Номер 98, страница 35 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

98. В молекуле некоторого алкана содержится 12 атомов водорода.

а) Приведите молекулярную формулу алкана.

б) Вычислите относительную плотность паров алкана по воздуху.

в) Напишите структурные формулы всех алканов, удовлетворяющих условию задачи. Укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

Дано:

Алкана содержит 12 атомов водорода ($N(H) = 12$).

Средняя молярная масса воздуха $M_{воздуха} \approx 29$ г/моль.

Найти:

а) Молекулярную формулу алкана.

б) Относительную плотность паров алкана по воздуху $D_{воздух}(алкан)$.

в) Структурные формулы всех изомеров и классификацию атомов углерода.

Решение:

а)

Общая формула алканов — $C_n H_{2n+2}$. По условию задачи, число атомов водорода в молекуле равно 12. Составим и решим уравнение для нахождения числа атомов углерода $n$:

$2n + 2 = 12$

$2n = 10$

$n = 5$

Следовательно, молекулярная формула искомого алкана — $C_5H_{12}$.

Ответ: $C_5H_{12}$.

б)

Относительная плотность паров алкана по воздуху ($D_{воздух}$) вычисляется как отношение молярной массы алкана к средней молярной массе воздуха:

$D_{воздух}(алкан) = \frac{M(алкан)}{M(воздух)}$

Сначала вычислим молярную массу алкана $C_5H_{12}$, используя относительные атомные массы $Ar(C)=12$ и $Ar(H)=1$:

$M(C_5H_{12}) = 5 \cdot Ar(C) + 12 \cdot Ar(H) = 5 \cdot 12 + 12 \cdot 1 = 72$ г/моль.

Теперь найдем относительную плотность паров по воздуху:

$D_{воздух}(C_5H_{12}) = \frac{72 \text{ г/моль}}{29 \text{ г/моль}} \approx 2,48$

Ответ: $\approx 2,48$.

в)

Для молекулярной формулы $C_5H_{12}$ существует три структурных изомера. Ниже приведены их структурные формулы и классификация атомов углерода (¹ - первичный, ² - вторичный, ³ - третичный, ⁴ - четвертичный).

1. н-Пентан

C¹H₃–C²H₂–C²H₂–C²H₂–C¹H₃

В молекуле н-пентана содержатся два первичных и три вторичных атома углерода.

2. 2-Метилбутан (изопентан)

C¹H₃ | C¹H₃–C³H–C²H₂–C¹H₃

В молекуле 2-метилбутана содержатся три первичных, один вторичный и один третичный атом углерода.

3. 2,2-Диметилпропан (неопентан)

C¹H₃ | C¹H₃–C⁴–C¹H₃ | C¹H₃

В молекуле 2,2-диметилпропана содержатся четыре первичных и один четвертичный атом углерода.

Ответ: Существует 3 изомера с формулой $C_5H_{12}$: н-пентан (2 первичных, 3 вторичных атома C), 2-метилбутан (3 первичных, 1 вторичный, 1 третичный атом C) и 2,2-диметилпропан (4 первичных, 1 четвертичный атом C). Их структурные формулы с классификацией атомов углерода приведены выше.