Хорошо, давайте разберем эти задания по химии.
Обобщение и систематизация знаний об углеводородах (1/3)
Цели: Повторить, обобщить и систематизировать знания учащихся об алканах, алкенах, алкинах и аренах на основе их сравнительной характеристики. Дать понятие о генетической связи между классами углеводородов. Обобщить знания о причинах многообразия органических соединений.
Методические рекомендации:
Подчеркиваем значение углеводородов для различных отраслей промышленности, техники и повседневной жизни людей. Углеводороды служат сырьем для производства более сложных органических соединений, а также используются как энергоносители для получения света и тепла.
Предлагаем проанализировать первые четыре строки таблицы 3, составленной учащимися заранее и ответить на вопрос: в чем заключаются причины многообразия углеводородов? Обобщая ответы учащихся, формулируем вывод: причины многообразия органических соединений следующие:
1) способность атомов углерода образовывать различные цепи: линейные, разветвленные и замкнутые;
2) образование между атомами углерода одинарных, двойных, тройных химических связей;
3) явления гомологии и изомерии.
Предлагаем фронтально выполнить задание (выполняя каждое из заданий, учащиеся должны комментировать свой ответ и пояснять используемые ими термины).
Даны формулы углеводородов:
а) \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
б) \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
в) \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
г) \( \text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_3 \)
д) \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \)
е) \( \text{CH}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
ж) \( \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{C}(\text{CH}_3)=\text{CH}_2 \)
з) \( \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \)
и) Бензол (циклическая формула с чередующимися двойными связями)
к) \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \)
Выберите формулу (формулы), соответствующую заданию.
1. а) Непредельный углеводород; б) предельный углеводород.
2. а) Алкан; б) алкен; в) алкадиен; г) алкин; д) арен.
3. Вещество, состав которого соответствует общей формуле: а) \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \); б) \( \text{C}_n\text{H}_{2n} \); в) \( \text{C}_n\text{H}_{2n-6} \); г) \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
4. Гомолог вещества с формулой а).
5. Изомер вещества с формулой а).
Предлагаем учащимся:
1) назвать по одному представителю каждого из классов углеводородов, формулы которых записаны на доске (в том числе не менее двух соединений с разветвленной цепью атомов углерода);
2) составить по одному изомеру углеродного скелета и положения двойной (тройной) связи для предложенных непредельных соединений;
3) записать формулу гомолога с большим и меньшим числом атомов углерода для предложенных соединений.
Для обобщения знаний о химических свойствах углеводородов предлагаем выполнить следующие задания для указанных ранее формул, используя таблицу 3.
Выберите формулу (формулы), соответствующую заданию.
1. Вещества, вступающие в реакции замещения (например, с хлором).
2. Вещества, обесцвечивающие бромную воду и раствор перманганата калия.
3. Вещества, вступающие в реакции присоединения.
4. Вещество, которое является мономером при производстве каучука.
---
Давайте по порядку отвечать на вопросы и выполнять задания.
Часть 1: Классификация и изомерия углеводородов
Сначала проанализируем данные формулы углеводородов и определим их классы, а также посчитаем количество атомов углерода и водорода для каждой формулы.
а) \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
Это бутан.
Класс: Алкан (предельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_4\text{H}_{10} \).
б) \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
Это 2-метилбутан.
Класс: Алкан (предельный углеводород, разветвленный).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_5\text{H}_{12} \).
в) \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
Это пропан.
Класс: Алкан (предельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_3\text{H}_8 \).
г) \( \text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_3 \)
Это бутин-2.
Класс: Алкин (непредельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_4\text{H}_6 \).
д) \( \text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \)
Это 2-метилпропан (изобутан).
Класс: Алкан (предельный углеводород, разветвленный).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_4\text{H}_{10} \).
е) \( \text{CH}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \)
Это бутин-1.
Класс: Алкин (непредельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_4\text{H}_6 \).
ж) \( \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{C}(\text{CH}_3)=\text{CH}_2 \)
Это 2,3-диметилбутадиен-1,3.
Класс: Алкадиен (непредельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_6\text{H}_{10} \).
з) \( \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \)
Это 2-метилпропен (изобутилен).
Класс: Алкен (непредельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n} \).
Количество атомов: \( \text{C}_4\text{H}_8 \).
и) Бензол (циклическая формула с чередующимися двойными связями)
Это бензол.
Класс: Арен (ароматический углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n-6} \) (для бензола \( \text{C}_6\text{H}_6 \)).
Количество атомов: \( \text{C}_6\text{H}_6 \).
к) \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \)
Это бутадиен-1,3.
Класс: Алкадиен (непредельный углеводород).
Общая формула: \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
Количество атомов: \( \text{C}_4\text{H}_6 \).
---
Теперь отвечаем на вопросы:
Выберите формулу (формулы), соответствующую заданию.
1. а) Непредельный углеводород; б) предельный углеводород.
* Непредельные углеводороды содержат двойные или тройные связи.
* Ответ: г), е), ж), з), и), к).
* Предельные углеводороды содержат только одинарные связи.
* Ответ: а), б), в), д).
2. а) Алкан; б) алкен; в) алкадиен; г) алкин; д) арен.
* а) Алкан: а), б), в), д).
* б) Алкен: з).
* в) Алкадиен: ж), к).
* г) Алкин: г), е).
* д) Арен: и).
3. Вещество, состав которого соответствует общей формуле:
* а) \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \) (алканы): а), б), в), д).
* б) \( \text{C}_n\text{H}_{2n} \) (алкены, циклоалканы): з).
* в) \( \text{C}_n\text{H}_{2n-6} \) (арены, например, бензол): и).
* г) \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \) (алкины, алкадиены, циклоалкены): г), е), ж), к).
4. Гомолог вещества с формулой а).
* Вещество а) - бутан \( \text{C}_4\text{H}_{10} \). Гомологи отличаются на одну или несколько групп \( \text{CH}_2 \).
* Ответ: б) 2-метилбутан \( \text{C}_5\text{H}_{12} \), в) пропан \( \text{C}_3\text{H}_8 \), д) 2-метилпропан \( \text{C}_4\text{H}_{10} \).
* Важно: д) 2-метилпропан \( \text{C}_4\text{H}_{10} \) является изомером бутана (а), а не гомологом. Гомологи имеют одинаковый тип строения, но отличаются по длине углеродной цепи.
* Правильный ответ: б) 2-метилбутан (гомолог с большим числом атомов углерода), в) пропан (гомолог с меньшим числом атомов углерода).
5. Изомер вещества с формулой а).
* Вещество а) - бутан \( \text{C}_4\text{H}_{10} \). Изомеры имеют одинаковый качественный и количественный состав, но разное строение.
* Ответ: д) 2-метилпропан \( \text{C}_4\text{H}_{10} \).
---
Предлагаем учащимся:
1) назвать по одному представителю каждого из классов углеводородов, формулы которых записаны на доске (в том числе не менее двух соединений с разветвленной цепью атомов углерода);
* Алкан (линейный): а) бутан.
* Алкан (разветвленный): б) 2-метилбутан или д) 2-метилпропан.
* Алкен: з) 2-метилпропен.
* Алкин: г) бутин-2 или е) бутин-1.
* Алкадиен: к) бутадиен-1,3 или ж) 2,3-диметилбутадиен-1,3.
* Арен: и) бензол.
2) составить по одному изомеру углеродного скелета и положения двойной (тройной) связи для предложенных непредельных соединений;
* Для г) бутин-2 \( \text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_3 \):
* Изомер положения тройной связи: е) бутин-1 \( \text{CH}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \).
* Для з) 2-метилпропен \( \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \):
* Изомер углеродного скелета: бутен-1 \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) или бутен-2 \( \text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3 \).
* Для к) бутадиен-1,3 \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \):
* Изомер углеродного скелета: 2-метилпропадиен \( \text{CH}_2=\text{C}=\text{CH}_2 \) (но это не алкадиен, а аллен, и имеет 3 атома углерода, а не 4).
* Изомер положения двойных связей: 2-метилбутадиен-1,2 \( \text{CH}_2=\text{C}=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3 \) (это уже другой тип соединения).
* Изомер углеродного скелета для \( \text{C}_4\text{H}_6 \) (алкадиен): циклобутен \( \text{C}_4\text{H}_6 \) (циклическое соединение).
* Изомер углеродного скелета для \( \text{C}_4\text{H}_6 \) (алкадиен): бутин-1 или бутин-2 (это уже алкины).
* Давайте возьмем ж) 2,3-диметилбутадиен-1,3 \( \text{C}_6\text{H}_{10} \).
* Изомер углеродного скелета: гексадиен-1,3 \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \).
* Изомер положения двойных связей: гексадиен-1,4 \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3 \).
3) записать формулу гомолога с большим и меньшим числом атомов углерода для предложенных соединений.
* Для а) бутан \( \text{C}_4\text{H}_{10} \):
* Гомолог с большим числом атомов углерода (например, на 1 \( \text{CH}_2 \) группу больше): пентан \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) (\( \text{C}_5\text{H}_{12} \)).
* Гомолог с меньшим числом атомов углерода (например, на 1 \( \text{CH}_2 \) группу меньше): пропан \( \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) (\( \text{C}_3\text{H}_8 \)).
* Для г) бутин-2 \( \text{C}_4\text{H}_6 \):
* Гомолог с большим числом атомов углерода: пентин-2 \( \text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) (\( \text{C}_5\text{H}_8 \)).
* Гомолог с меньшим числом атомов углерода: пропин \( \text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{CH} \) (\( \text{C}_3\text{H}_4 \)).
* Для з) 2-метилпропен \( \text{C}_4\text{H}_8 \):
* Гомолог с большим числом атомов углерода: 2-метилбутен-1 \( \text{CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}_2-\text{CH}_3 \) (\( \text{C}_5\text{H}_{10} \)).
* Гомолог с меньшим числом атомов углерода: пропен \( \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3
