Какова классификация углеводородов? Чем отличаются гомологи от изомеров? Приведите примеры. Что такое гомологический ряд?
Классификация углеводородов основана на типе связи между атомами углерода и строении молекул. Различают предельные (алканы), содержащие только одинарные связи; непредельные, включающие алкены с одной двойной связью, алкадиены с двумя двойными связями, и алкины с тройной связью. Также существуют ароматические углеводороды, содержащие циклы с сопряжёнными связями.
Гомологи — это вещества одного класса с одинаковой химической природой, отличающиеся друг от друга на одну или несколько групп —CH₂—, например, метан CH₄, этан C₂H₆, пропан C₃H₈. Изомеры — вещества с одинаковой молекулярной формулой, но разным строением молекулы, например, бутан C₄H₁₀ и метилпропан C₄H₁₀. Гомологический ряд — это последовательность соединений одного класса, у которых каждая последующая молекула отличается на одну группу —CH₂—, например, метан, этан, пропан, бутан.
1. Укажите, какие вещества, формулы которых приведены, относятся к алкенам, алкадиенам: c3h8, c3h6, c5h10, c6h10, c6h10, c3h4, c5h8, c8h16, c6h14, c7h16?
Алкены (CₙH₂ₙ): C3H6, C5H10, C6H10, C8H16
Алкадиены (CₙH₂ₙ₋₂): C3H4, C5H8, C6H10
Алканы (CₙH₂ₙ₊₂): C3H8, C6H14, C7H16
2. Составьте молекулярные формулы алкинов, в молекулах которых:
а) 4 атома углерода; в) 8 атомов водорода.
б) 6 атомов углерода;
а) 4 атома углерода → C4H6
б) 6 атомов углерода → C6H10
в) 8 атомов водорода → C4H6 (так как алкины CₙH₂ₙ₋₂)
3. Приведены формулы некоторых веществ: C2H6, C3H4, C5H8, C5H10, C2H2, C3H6. Какие из них алкины? Составьте их структурные формулы, дайте им названия.
C2H2 → H–C≡C–H → ацетилен
C3H4 → CH≡C–CH3 → пропин или CH2=C=CH2 → аллена (в зависимости от изомера)
C5H8 → CH≡C–CH2–CH2–CH3 → пентин-1 или другие изомеры
4. Запишите структурные формулы следующих углеводородов:
а) 2-метилбутен-1; в) 2-метилбутадиен-1,3.
б) З-метилбутин-1;
а) 2-метилбутен-1 → CH2=CH–CH(CH3)–CH3
б) Z-метилбутин-1 → CH3–CH=CH–C≡CH (с Z-конфигурацией)
в) 2-метилбутадиен-1,3 → CH2=C(CH3)–CH=CH2
5. Для соединения состава Н2С=СН-СН2–СН3 напишите формулы двух изомеров и двух гомологов. Дайте им названия.
Соединение H₂C=CH–CH₂–CH₃ — это бутен-1. Два возможных изомера: H₂C=CH–CH₂–CH₃ (бутен-1) и CH₃–CH=CH–CH₃ (бутен-2). Два гомолога отличаются на одну группу –CH₂–: C₅H₁₀ → пентен-1 или пентен-2.
6. Укажите, какие вещества, формулы которых приведены ниже, являются гомологами, а какие — изомерами:
1)H2C=CH-CH3
2)HC≡C-CH3
3)H2C=C=CH2
4)H2C=CH=CH2-CHE
5)H2C=C=CH=CH3
6)HC≡CH
7)H2C=C(CH3)-CH3
H₂C=CH–CH₃ → пропен
HC≡C–CH₃ → пропин
H₂C=C=CH₂ → пропадиен
H₂C=CH=CH–CH₃ → бутадиен-1,2
H₂C=C=CH=CH₃ → бутадиен-1,3
HC≡CH → ацетилен
H₂C=C(CH₃)–CH₃ → 2-метилпропен
Гомологи — вещества одного класса, отличающиеся на —CH₂—: H₂C=CH–CH₃ (C₃H₆) и H₂C=CH–CH₂–CH₃ (C₄H₈). Изомеры — вещества с одинаковой формулой, но разным строением: H₂C=CH–CH₂–CH₃ и CH₃–CH=CH–CH₃, H₂C=C=CH₂ и H₂C–CH=CH₂.
7. Выберите правильный ответ.
Углеводороды цис-бутен-2 и транс-бутен-2
а) гомологи в) геометрические изомеры
б) структурные изомеры г) одно и то же вещество
Цис-бутен-2 и транс-бутен-2 — это геометрические изомеры. Правильный ответ: в).
8. Выберите правильный ответ.
Углеводороды бутин-2 и бутадиен-1,3
Бутин-2 и бутадиен-1,3 — это структурные изомеры (разное строение связей и формула одинаковая C₄H₆). Правильный ответ: б).
9. Определите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором равна 85,7%, а водорода — 14,3%. Относительная плотность вещества по водороду равна 28.
Массовые доли: C = 85,7%, H = 14,3%. На 100 г вещества:
Масса углерода = 85,7 г → n(C) = 85,7 / 12 ≈ 7,14 моль
Масса водорода = 14,3 г → n(H) = 14,3 / 1 ≈ 14,3 моль
Отношение n(H):n(C) ≈ 14,3 : 7,14 ≈ 2:1 → формула CₙH₂ₙ, значит, молекула — алкен.
Относительная плотность по водороду = 28 → масса молекулы / 2 ≈ 28 → M ≈ 56 → C₄H₈.
Молекулярная формула углеводорода: C₄H₈.