Номер 99, страница 36 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

99. Суммарное число атомов водорода и углерода в молекуле алкана равно 23.

a) Приведите молекулярную формулу алкана.

б) Напишите структурные формулы всех алканов, удовлетворяющих условию задачи, главная цепь которых содержит пять атомов углерода. Укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

а) Приведите молекулярную формулу алкана.

Дано:

Суммарное число атомов водорода и углерода в молекуле алкана = 23

Найти:

Молекулярную формулу алкана

Решение:

Общая формула для гомологического ряда алканов — $C_nH_{2n+2}$, где $n$ — число атомов углерода.

Суммарное число всех атомов в молекуле алкана равно сумме числа атомов углерода ($n$) и числа атомов водорода ($2n+2$).

Согласно условию задачи, эта сумма равна 23. Составим и решим уравнение:

$n + (2n + 2) = 23$

$3n + 2 = 23$

$3n = 21$

$n = 7$

Таким образом, в молекуле алкана содержится 7 атомов углерода. Теперь найдем число атомов водорода:

$2n + 2 = 2 \cdot 7 + 2 = 14 + 2 = 16$

Следовательно, искомая молекулярная формула — $C_7H_{16}$.

Ответ: Молекулярная формула алкана — $C_7H_{16}$.

б) Напишите структурные формулы всех алканов, удовлетворяющих условию задачи, главная цепь которых содержит пять атомов углерода. Укажите первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

Решение:

Мы ищем структурные изомеры гептана ($C_7H_{16}$), у которых самая длинная углеродная цепь состоит из 5 атомов, то есть производные пентана. Общее число атомов углерода равно 7, значит, к пентановой цепи ($C_5$) необходимо добавить два углеродных атома в виде боковых заместителей. Эти два атома могут быть в виде одной этильной группы ($-C_2H_5$) или двух метильных групп ($-CH_3$).

1. 3-этилпентан

Присоединение одной этильной группы к цепи пентана возможно только в положении 3. В положении 2 это привело бы к удлинению цепи до 6 атомов (3-метилгексан).

Структурная формула:

CH₂—CH₃ |CH₃—CH₂—CH—CH₂—CH₃

Первичные атомы C (связаны с 1 другим атомом C): 3

Вторичные атомы C (связаны с 2 другими атомами C): 3

Третичные атомы C (связаны с 3 другими атомами C): 1

Четвертичные атомы C (связаны с 4 другими атомами C): 0

2. 2,2-диметилпентан

Две метильные группы у второго атома углерода.

Структурная формула:

CH₃ |CH₃—C—CH₂—CH₂—CH₃ | CH₃

Первичные атомы C: 4

Вторичные атомы C: 2

Третичные атомы C: 0

Четвертичные атомы C: 1

3. 3,3-диметилпентан

Две метильные группы у третьего атома углерода.

Структурная формула:

CH₃ |CH₃—CH₂—C—CH₂—CH₃ | CH₃

Первичные атомы C: 4

Вторичные атомы C: 2

Третичные атомы C: 0

Четвертичные атомы C: 1

4. 2,3-диметилпентан

Две метильные группы у второго и третьего атомов углерода.

Структурная формула:

CH₃ CH₃ | |CH₃—CH——CH—CH₂—CH₃

Первичные атомы C: 4

Вторичные атомы C: 1

Третичные атомы C: 2

Четвертичные атомы C: 0

5. 2,4-диметилпентан

Две метильные группы у второго и четвертого атомов углерода.

Структурная формула:

CH₃ CH₃ | |CH₃—CH——CH₂——CH—CH₃

Первичные атомы C: 4

Вторичные атомы C: 1

Третичные атомы C: 2

Четвертичные атомы C: 0

Ответ: Существует 5 алканов, удовлетворяющих условиям задачи.

1. 3-этилпентан:
Структурная формула:

CH₂—CH₃ |CH₃—CH₂—CH—CH₂—CH₃ Классификация атомов С: 3 первичных, 3 вторичных, 1 третичный.

2. 2,2-диметилпентан:
Структурная формула:

CH₃ |CH₃—C—CH₂—CH₂—CH₃ | CH₃ Классификация атомов С: 4 первичных, 2 вторичных, 1 четвертичный.

3. 3,3-диметилпентан:
Структурная формула:

CH₃ |CH₃—CH₂—C—CH₂—CH₃ | CH₃ Классификация атомов С: 4 первичных, 2 вторичных, 1 четвертичный.

4. 2,3-диметилпентан:
Структурная формула:

CH₃ CH₃ | |CH₃—CH——CH—CH₂—CH₃ Классификация атомов С: 4 первичных, 1 вторичный, 2 третичных.

5. 2,4-диметилпентан:
Структурная формула:

CH₃ CH₃ | |CH₃—CH——CH₂——CH—CH₃ Классификация атомов С: 4 первичных, 1 вторичный, 2 третичных.