Параграф 2 - Химия. 10 класс. Кузнецова Н.Е.

Химия для 10-го класса
Предмет:	Химия
Класс:	10 класс
Автор учебника:	Кузнецова Н.Е.
Год издания:	2011
Издательство:
Кол-во заданий:
Кол-во упражнений:
Мы в социальных сетях
Телеграм • ВКонтакте

Данные задания относятся к первому разделу учебника - Теоретические основы органической химии, второго параграфа - Отличительные признаки органических соединений. Правки, дополнительные вопросы по заданиям и теме в целом можно оставлять на странице обсуждения.

Отличительные признаки органических соединений

Задание 1. Органические соединения

• Какие соединения относятся к органическим? Приведите примеры. Почему элемент углерод образует множество соединений? Проанализируйте качественный состав следующих органических веществ: ${\ce {C2H6}}$; ${\ce {C2H5-OH}}$; ${\ce {C6H5-NO2}}$; ${\ce {CH3-Cl}}$; ${\ce {CH3-NH2}}$. Атомы каких элементов входят в состав этих соединений и сколько их? K какому классу органических соединений они относятся?

Органические соединения - это соединения, содержащие углеродные атомы, которые образуют цепочки и/или кольца, связанные с атомами других элементов, такими как водород, кислород, азот, сера и др. Примеры органических соединений:

1. Метан (${\ce {CH4}}$)
2. Этанол (${\ce {C2H5OH}}$)
3. Нитробензол (${\ce {C6H5NO2}}$)
4. Хлорметан (${\ce {CH3Cl}}$)
5. Метиламин (${\ce {CH3NH2}}$).

Множество соединений углерода обусловлено способностью углерода образовывать четыре связи и образовывать длинные цепочки и кольца. Это позволяет создавать разнообразные молекулы с различными функциональными группами и свойствами. Анализ качественного состава соединений:

1. ${\ce {C2H6}}$: Состоит из двух атомов углерода и шести атомов водорода. Относится к классу алканов.
2. ${\ce {C2H5-OH}}$: Состоит из двух атомов углерода, шести атомов водорода и одной гидроксильной группы (-OH). Относится к классу спиртов.
3. ${\ce {C6H5-NO2}}$: Состоит из шести атомов углерода, пяти атомов водорода и одной нитрогруппы (-NO2). Относится к классу нитрокомпаундов.
4. ${\ce {CH3-Cl}}$: Состоит из одного атома углерода и трех атомов водорода, а также одного атома хлора. Относится к классу галогеналканов.
5. Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CH3-NH2}} : Состоит из одного атома углерода и трех атомов водорода, а также одной аминогруппы (-NH2). Относится к классу аминоалканов.

• Проблема: Как различить эти соединения. относящиеся к разным областям химии? Есть ли признаки, раскрывающие их особенности?

Проблема различения соединений связана с их химическим составом и функциональными группами. Различные классы соединений имеют разные химические свойства и реакции, которые могут быть использованы для их идентификации. Дополнительно, инструменты анализа, такие как спектроскопия и хроматография, позволяют определить структуру и состав соединений.

Признаки, раскрывающие особенности соединений:

1. Функциональные группы: Особенные группы атомов, придающие свойства и реакционную способность молекуле. Например, гидроксильная группа (-OH) в спиртах или карбонильная группа (>C=O) в альдегидах и кетонах.
2. Спектроскопические данные: Спектры поглощения в ИК, УФ и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) могут раскрывать структурные характеристики молекулы.
3. Реакции: Реакции, в которых участвует соединение, могут подтвердить его структуру. Например, реакция окисления алканов приводит к образованию карбонильных соединений.

Распознавание и классификация органических соединений требует химических знаний и методов анализа, чтобы определить их химическую структуру и свойства.

Задание 2. Усвоение азота живыми организмами

• Вспомните, как происходит усвоение азота живыми организмами и как называется этот процесс.

Усвоение азота живыми организмами происходит через процесс, называемый ассимиляцией азота. Важным этапом этого процесса является превращение азота из неорганических форм, таких как аммиак (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{NH3}} ) и нитраты (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{NO3-}} ), в органические соединения, такие как аминокислоты и белки. Растения через корни поглощают нитраты и аммиак из почвы, а затем используют их для синтеза органических молекул.

• Проблема: Как экспериментально отличить органическое вещество от неорганического?

Проблема различения органических и неорганических веществ может быть решена с помощью экспериментальных методов:

1. Сжигание: Одним из первых методов было сжигание вещества. Органические вещества, такие как дерево или углеводы, горели с пламенем и оставляли уголь и пепел. Неорганические вещества, такие как металлы, не оставляли угля при сжигании.
2. Разложение при нагревании: Органические вещества часто разлагаются при нагревании с выделением дыма и запаха. Например, разложение органических молекул в древесине приводит к образованию древесного угля и выделению запаха.
3. Спектроскопия: Использование методов спектроскопии, таких как инфракрасная спектроскопия (ИК) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР), позволяет анализировать взаимодействия атомов в молекуле и определять наличие характерных функциональных групп органических соединений.
4. Биологические тесты: Некоторые органические вещества могут использоваться в биологических тестах, например, детекция глюкозы через реакцию с реагентами, образующими окраску.
5. Анализ химической структуры: Методы анализа структуры, такие как масс-спектрометрия и хроматография, позволяют идентифицировать и анализировать химическую структуру вещества.
6. Проведение химических реакций: Органические вещества часто реагируют с определенными реагентами, приводя к образованию характерных продуктов или изменению свойств.

Экспериментальное различение органических и неорганических веществ требует знания химических свойств и методов анализа, чтобы определить тип вещества.

Задание 3. Лабораторный опыт

• Смешайте выданное вам органическое вещество (например. парафин, вазелин и др.) с порошком оксида меди(II) и поместите смесь в сухую пробирку. Пробирку закройте пробкой с газоотводной трубкой, согнутой под прямым углом. Пробирка с исходными веществами должна быть закреплена в штативе под прямым углом или с небольшим наклоном вниз. Пробирку со смесью осторожно нагревайте в пламени горелки, опустите затем газоотводную трубку в другую пробирку, на 1/4 заполненную известковой водой - насыщенным раствором гидроксида кальция Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{Ca(OH)2}} (рис. 1). Что наблюдаете? Какую роль в данном эксперименте играют оксид меди и гидроксид кальция? Какие элементы, входящие в состав органического вещества, вы обнаружили с помощью этого опыта? Когда вы обнаружите слой восстановленной меди, подняв лапку штатива, выньте газоотводную трубку из пробирки с известковой водой, нагревание прекратите.

Описанный вами опыт представляет собой химическую реакцию восстановления меди(II) оксидом углерода из органического вещества (например, парафина или вазелина). Давайте разберем каждый этап опыта и рассмотрим роли веществ:

1. Смешивание органического вещества и оксида меди(II): Оксид меди(II) является веществом, способным к реакции восстановления. В данном опыте он будет служить восстановителем. Органическое вещество, такое как парафин или вазелин, содержит углерод и водород. При нагревании органического вещества с оксидом меди(II) может произойти реакция восстановления, в результате которой углерод из органического вещества принимает на себя кислород из оксида меди, а медь восстанавливается из меди(II) состояния до меди(0).
2. Нагревание смеси в пробирке: При нагревании смеси органического вещества и оксида меди(II) реакция восстановления может произойти, образуя медь и оксид углерода (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CO}} или Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CO2}} , в зависимости от условий).
3. Использование газоотводной трубки: Газоотводная трубка позволяет вывести образующиеся газы (оксид углерода) из пробирки в другую пробирку с известковой водой. Известковая вода является щелочным раствором гидроксида кальция (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{Ca(OH)2}} ), и она реагирует с оксидом углерода, образуя нерастворимый осадок белого цвета – карбонат кальция (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CaCO3}} ).
4. Образование слоя восстановленной меди: Если в результате реакции восстановления действительно образовалась медь, то её можно обнаружить в виде слоя на стенках пробирки после прекращения нагревания.

Этот опыт демонстрирует важное химическое свойство восстановления металлов, а также способность органических веществ действовать в качестве восстановителей. Медь в данном случае выступает как индикаторной металл для восстановления, и её присутствие в слое указывает на успешное проведение реакции восстановления из органического вещества.

Проблема: В чём причина такого явления, в каком направлении надо её искать?

Проявление реакции восстановления меди(II) оксидом углерода из органического вещества, такого как парафин или вазелин, можно объяснить на основе принципов химических реакций и электрохимии.

Органические вещества содержат углерод и водород, а также иногда другие элементы. В данном случае, углерод в органическом веществе обладает большей способностью к взаимодействию с кислородом, чем медь из оксида меди(II). Поэтому, при нагревании органического вещества с оксидом меди(II), углерод из органического вещества может "забрать" кислород из оксида меди, образуя оксид углерода (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CO}} или Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CO2}} ), в то время как медь будет восстанавливаться из оксида меди(II) до меди.

Реакции восстановления меди из её оксида основаны на электронном переносе. Углерод из органического вещества отдаёт электроны меди в оксиде, таким образом, восстанавливая медь, в то время как сам углерод окисляется, образуя оксид углерода.

В данном опыте газоотводная трубка направлена в известковую воду (раствор гидроксида кальция), чтобы поймать и улавливать газы (оксид углерода) и предотвратить их выход в атмосферу. Реакция оксида углерода с известковой водой приводит к образованию нерастворимого белого осадка – карбоната кальция, что является химическим индикатором наличия газа оксида углерода.

Таким образом, корень данного явления можно найти в химической способности углерода к восстановлению металлов и электронной структуре реакции.

Задание 4. Образования ковалентной связи

• Раскройте механизм образования ковалентной связи и дайте её описание.

Ковалентная связь - это тип химической связи, который возникает между атомами, когда они делят электроны, чтобы достичь более устойчивой электронной конфигурации. Эта связь образуется преимущественно между неметаллическими элементами, такими как водород, кислород, азот, углерод и другие.

Механизм образования ковалентной связи может быть объяснен на примере образования молекулы воды (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{H2O}} ) через обмен электронами:

1. Инициация: Два атома водорода (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{H}} ) и один атом кислорода (Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{O}} ) приближаются друг к другу.
2. Образование локализованных атомных орбиталей: Когда атомы приближаются, их внешние электроны начинают взаимодействовать. В данном случае каждый атом водорода имеет один электрон в своей валентной оболочке, а атом кислорода имеет шесть электронов в валентной оболочке. Атом кислорода имеет две электронные оболочки - K и L. Однако для формирования ковалентной связи рассматриваются только электроны в валентной оболочке (L оболочка), то есть шесть электронов. Атом кислорода делит эти шесть электронов на две пары: две электронные пары остаются одиночными, а две электронные пары объединяются в одну область с большей вероятностью нахождения электронов.
3. Образование молекулярных орбиталей: Образовавшиеся пары электронов становятся общими для обоих атомов, создавая так называемую молекулярную орбиталь. Эта орбиталь образуется путем наложения атомных орбиталей в области между атомами.
4. Образование ковалентной связи: В результате наложения атомных орбиталей образуется молекулярная орбиталь, в которой электроны больше не принадлежат отдельным атомам, а общим образом занимают пространство между атомами. Это общее пространство электронов создает ковалентную связь между атомами водорода и атомом кислорода.

Таким образом, обмен и общий контроль электронов в молекуле позволяют атомам создавать более стабильные электронные конфигурации, что приводит к образованию ковалентной связи.

Задание 5. Дополнительные вопросы

• Раскройте особенности состава и строения органических веществ.

Органические вещества - это химические соединения, состоящие преимущественно из углерода и водорода, а также могут содержать атомы других элементов, таких как кислород, азот, сера, фосфор и другие. Они играют огромную роль в биологии, химии и технологии. Основные особенности состава и строения органических веществ включают:

1. Углеродное основание: Основным строительным блоком органических молекул является углерод. Способность углерода образовывать длинные цепочки и кольца, а также образовывать множество связей с другими атомами, делает его ключевым для образования разнообразных органических соединений.
2. Функциональные группы: Органические молекулы часто содержат функциональные группы - группы атомов, придающие молекуле определенные свойства и реакционную активность. Примеры функциональных групп включают гидроксильные (-OH) группы (присутствующие в спиртах и карбоновых кислотах), аминогруппы (-NH2, -NH-) и карбонильные группы (C=O) (присутствующие в альдегидах и кетонах).
3. Вариабельность структуры: Органические молекулы могут иметь разнообразные структуры, включая прямые и разветвленные цепи, кольца и их комбинации. Это многообразие структур обусловливает разнообразие свойств и функций органических веществ.
4. Изомерия: Изомерия - это явление, при котором молекулы имеют одинаковый химический состав, но различную структуру. Изомеры могут иметь разные свойства и активности, так как их атомы могут быть упорядочены по-разному.
5. Спиральная структура: Многие органические молекулы могут образовывать спиральные структуры, такие как альфа-спирали и бета-спирали, которые могут влиять на их свойства и функции.
6. Полярность: В зависимости от наличия различных функциональных групп, органические молекулы могут быть полярными или неполярными. Это влияет на их растворимость, взаимодействие с другими молекулами и реакционную активность.
7. Молекулярные массы: Органические молекулы могут иметь разнообразные молекулярные массы в зависимости от числа и типа атомов, из которых они состоят. Это важно для определения их свойств и реакционной активности.

Органические вещества обладают широким спектром свойств и функций благодаря этим особенностям состава и строения. Они являются основой для жизни на Земле и служат материалами для множества химических промышленных процессов.

• Как экспериментально можно установить элементарный состав и молекулярную формулу органических соединений? Опишите прибор и методику проведения опыта.

Этот раздел требует полной доработки. Знаете ответ? Тогда Вы можете помочь проекту! Этот раздел задания необходимо заполнить. Комментарии могут быть на странице обсуждения. Чтобы ввести текст в этот раздел, нажмите кнопку "править". {{{описание3}}}

• Укажите отличительные особенности органических соединений и причины их проявления.

• Какие вещества называются изомерами? Напишите структурные формулы всех изомеров гексана.

• Предложите способ экспериментального определения качественного состава дихлорэтана в условиях школьной лаборатории.

• Опираясь на знания особенностей органических веществ, предложите способ удаления пятна от смолы с одежды из хлопчатобумажной ткани.

• При сгорании алкана массой 4,4 г образовался оксид углерода (IV) объемом 6,72 л (н. у.) и 7,2 л водяных паров. Плотность этого вещества равна 1,97 г/л. Найдите молекулярную формулу этого алкана. Соотнесите эту задачу с той, которая дана в параграфе.