Номер 250, страница 63 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

250. Алкен неразветвленного строения массой 3,5 г может присоединить 8 г брома. Приведите структурную формулу алкена, если известно, что он может существовать в виде двух пространственных (цис- и транс-) изомеров.

Дано:

$m(\text{алкена}) = 3,5 \text{ г}$

$m(Br_2) = 8 \text{ г}$

Алкен имеет неразветвленное строение.

Алкен существует в виде цис- и транс-изомеров.

Найти:

Структурную формулу алкена.

Решение:

1. Общая формула алкенов $C_nH_{2n}$. Алкены вступают в реакцию присоединения с бромом по двойной связи. Запишем уравнение реакции в общем виде:

$C_nH_{2n} + Br_2 \rightarrow C_nH_{2n}Br_2$

Из уравнения реакции видно, что алкен и бром реагируют в мольном соотношении 1:1, следовательно, их количества вещества равны:

$\nu(C_nH_{2n}) = \nu(Br_2)$

2. Рассчитаем количество вещества брома, вступившего в реакцию. Для этого сначала найдем молярную массу брома $Br_2$. Атомная масса брома $A_r(Br) \approx 80 \text{ а.е.м.}$, тогда молярная масса молекулярного брома:

$M(Br_2) = 2 \cdot 80 = 160 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества брома:

$\nu(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{8 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

3. Так как $\nu(C_nH_{2n}) = \nu(Br_2)$, то количество вещества алкена также составляет 0,05 моль.

$\nu(C_nH_{2n}) = 0,05 \text{ моль}$

4. Зная массу алкена (из условия) и его количество вещества, можем рассчитать молярную массу алкена:

$M(C_nH_{2n}) = \frac{m(C_nH_{2n})}{\nu(C_nH_{2n})} = \frac{3,5 \text{ г}}{0,05 \text{ моль}} = 70 \text{ г/моль}$

5. Теперь определим молекулярную формулу алкена. Общая формула молярной массы для алкена $C_nH_{2n}$ равна $M(C_nH_{2n}) = 12 \cdot n + 1 \cdot 2n = 14n$.

Приравняем это выражение к найденной молярной массе и найдем $n$:

$14n = 70$

$n = \frac{70}{14} = 5$

Следовательно, молекулярная формула искомого алкена — $C_5H_{10}$.

6. Установим структурную формулу. По условию, алкен имеет неразветвленную (нормальную) углеродную цепь и существует в виде цис- и транс-изомеров. Это означает, что он должен обладать геометрической изомерией.

Для алкена $C_5H_{10}$ с неразветвленной цепью возможны два изомера положения двойной связи:

Пентен-1: $CH_2=CH-CH_2-CH_2-CH_3$

Пентен-2: $CH_3-CH=CH-CH_2-CH_3$

Условие существования цис-транс-изомерии заключается в том, что каждый из двух атомов углерода при двойной связи должен быть соединен с двумя различными атомами или группами атомов.

- В пентене-1 первый атом углерода ($C_1$) при двойной связи соединен с двумя одинаковыми атомами водорода. Поэтому пентен-1 не имеет цис- и транс-изомеров.

- В пентене-2 второй атом углерода ($C_2$) соединен с атомом водорода (–H) и метильной группой (–CH$_3$). Третий атом углерода ($C_3$) соединен с атомом водорода (–H) и этильной группой (–CH$_2$CH$_3$). Поскольку у каждого атома углерода при двойной связи заместители разные, для пентен-2 возможна геометрическая изомерия.

Таким образом, искомый алкен — это пентен-2.

Ответ: Структурная формула алкена — пентен-2: $CH_3-CH=CH-CH_2-CH_3$.