Zdzisław Głowacki. Zakres podstawowy i rozszerzony. Odpowiedzi i rozwiązania zadań. Rozdział 1. Powinno być



Podobne dokumenty
Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - węglowodory nasycone - alkany + przykładowe zadania

Zdzisław Głowacki. Zakres podstawowy i rozszerzony. Odpowiedzi i rozwiązania zadań. Rozdział 2. Strona Linia zadanie Jest Powinno być

H H H. Wzór "płaskostrukturalny": Wzór klinowy: H H. Model kulkowy cząsteczki: (obrazuje długosci wiązań, kąty między wiązaniami)

Materiały do zajęć dokształcających z chemii organicznej

3. Wprowadzenie do nazewnictwa związków organicznych

Slajd 1. Wstęp do chemii organicznej. Nomenklatura, własności fizyczne, struktura. eter. mapa potencjału elektrostatycznego cząsteczki eteru etylowego

Elementy chemii organicznej

Wskaż grupy reakcji, do których można zaliczyć proces opisany w informacji wstępnej. A. I i III B. I i IV C. II i III D. II i IV

RJC # Defin i i n c i ja

Alkany i cykloalkany

Alkany. Alkeny. Alkiny

Konspekt wykładu Chemia Organiczna dla studentów Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej

PRZYKŁADOWE ZADANIA WĘGLOWODORY

Węglowodory poziom podstawowy

Alkeny: Struktura, nazewnictwo, Termodynamika i kinetyka

Nazwy pierwiastków: ...

CHEMIA ORGANICZA - węglowodory. Podział węglowodorów

4-6. Wprowadzenie do nazewnictwa związków organicznych

Test sprawdzający, wielostopniowy z chemii: Węglowodory

Spis treści. Budowa alkanów. 1 Budowa alkanów 2 Reakcje chemiczne alkanów 3 Izomeria 4 Rzędowość atomów węgla 5 Energia wewnętrzna. Konformacje.

Alkeny. Wzór ogólny alkenów C n H 2n. (Uwaga identyczny wzór ogólny mają cykloakany!!!)

Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - halogenowęglowodory + przykładowe zadania z rozwiązaniami

Alkany i Cykloalkany C n H 2n+2

Modele: kulkowy i czaszowy: wzór półstrukturalny: H 2 C=CH 2. Obecność wiązania podwójnego sygnalizuje końcówka nazwy "-en" Wzór strukturalny:

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

Chemia organiczna. Stereochemia. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

Różnorodny świat izomerów powtórzenie wiadomości przed maturą

MATERIAŁY POMOCNICZE 1 GDYBY MATURA 2002 BYŁA DZISIAJ CHEMIA ZESTAW EGZAMINACYJNY PIERWSZY ARKUSZ EGZAMINACYJNY I

Zadanie 1. Wskaż grupę związków chemicznych, do której należy węglowodór o gęstości 2,5 normalne). C. alkiny D. areny

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2010/2011

Dział: Węglowodory - Zadania powtórzeniowe

Wykład 5 XII 2018 Żywienie

Węglowodory poziom rozszerzony

odbarwia wodę bromową

Chemia Grudzień Styczeń

WĘGLOWODORY POWTÓRZENIE WIADOMOŚCI

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Polarność cząsteczek

Twórcza szkoła dla twórczego ucznia Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

IX Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2016/2017. ETAP II r. Godz

Chemia organiczna to chemia związków węgla.

Budowa przestrzenna alkanów

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII

Izomerię konstytucyjną można podzielić na podgrupy a) izomeria szkieletowa, która polega na różnej budowie szkieletu węglowego cząsteczek Przykład:

10. Alkeny wiadomości wstępne

I KSZTAŁCENIA PRAKTYCZNEGO. Imię i nazwisko Szkoła Klasa Nauczyciel Uzyskane punkty

EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII

Wykład 19 XII 2018 Żywienie

A. 3-bromo-3,4-dimetyloheks-5-yn B. 4-bromo-4-etylo-3-metylopent-1-yn C. 4-bromo-3,4-dimetyloheks-1-yn D. 2-etylo-2-bromo-3-metylopent-4-yn

CHEMIA 10 WĘGLOWODORY I ICH FLUOROWCOPOCHODNE. ALKOHOLE I FENOLE. IZOMERIA. POLIMERYZACJA.

O MATURZE Z CHEMII ANALIZA TRUDNYCH DLA ZDAJĄCYCH PROBLEMÓW

Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością.

Zadanie 2. [3 pkt.] Podaj wzory trzech związków o budowie jonowej, w których wszystkie kationy i aniony tworzące te związki mają po 18 elektronów.

Plan dydaktyczny z chemii klasa: 2TRA 1 godzina tygodniowo- zakres podstawowy. Dział Zakres treści

Procentowa zawartość sodu (w molu tej soli są dwa mole sodu) wynosi:

3. Cząsteczki i wiązania

X / \ Y Y Y Z / \ W W ... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 16 stycznia 2015 r. zawody II stopnia (rejonowe)

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

EGZAMIN SPRAWDZAJĄCY Z CHEMII - WĘGLOWODORY DLA UCZNIÓW KLASY III

Sprawdzian 2. CHEMIA. Przed próbną maturą. (poziom rozszerzony) Czas pracy: 90 minut Maksymalna liczba punktów: 34. Imię i nazwisko ...

Cz. I Stechiometria - Zadania do samodzielnego wykonania

7-9. Stereoizomeria. izomery. konstytucyjne różne szkielety węglowe, różne grupy funkcyjne różne położenia gr. funkcyjnych

Cząsteczki wieloatomowe - hybrydyzacja. Czy w oparciu o koncepcję orbitali molekularnych można wytłumaczyć budowę cząsteczek?

Test kompetencji z chemii do liceum. Grupa A.

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Elementy chemii organicznej

4. Stereoizomeria. izomery. konstytucyjne różne szkielety węglowe, różne grupy funkcyjne różne położenia gr. funkcyjnych

Ogólne zasady oceniania są takie same jak dla wszystkich prac maturalnych z chemii.

1. Określ liczbę wiązań σ i π w cząsteczkach: wody, amoniaku i chloru

Wewnętrzna budowa materii

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

Halogenki alkilowe- atom fluorowca jest związany z atomem węgla o hybrydyzacji sp 3 KLASYFIKACJA ZE WZGLĘDU NA BUDOWĘ FRAGMENTU ALKILOWEGO:

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

Pochodne węglowodorów, w cząsteczkach których jeden atom H jest zastąpiony grupą hydroksylową (- OH ).

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

Zadanie 2. [2 pkt.] Podaj symbole dwóch kationów i dwóch anionów, dobierając wszystkie jony tak, aby zawierały taką samą liczbę elektronów.

Część I ZADANIA PROBLEMOWE (26 punktów)

Zadanie: 2 (4 pkt) Napisz, uzgodnij i opisz równania reakcji, które zaszły w probówkach:

Na rysunku przedstawiono fragment układu okresowego pierwiastków.

Węglowodory powtórzenie wiadomości

Slajd 1. Reakcje alkinów

Podstawy Chemii. Zarys chemii organicznej. Dr inż. Marcin Libera

CHEMIA 10. Oznaczenia: R - podstawnik węglowodorowy, zwykle alifatyczny (łańcuchowy) X, X 2 - atom lub cząsteczka fluorowca

MATERIAŁ DIAGNOSTYCZNY Z CHEMII

Sprawdzian 1. CHEMIA. Przed próbną maturą (poziom rozszerzony) Czas pracy: 90 minut Maksymalna liczba punktów: 30. Imię i nazwisko ...

Wykład z Chemii Ogólnej

Rozdział 6. Odpowiedzi i rozwiązania zadań. Chemia organiczna. Zdzisław Głowacki. Zakres podstawowy i rozszerzony

Test sprawdzający z chemii do klasy I LO i technikum z działu Budowa atomu i wiązania chemiczne

WYMAGANIA EDUKACYJNE w klasie III

3. Cząsteczki i wiązania

Chemia organiczna. Stereochemia. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2018/2019 ETAP REJONOWY

EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

Orbitale typu σ i typu π

Beata Mendak fakultety z chemii II tura PYTANIA Z KLASY PIERWSZEJ

Wymagania przedmiotowe do podstawy programowej - chemia klasa 7

Transkrypt:

Zdzisław Głowacki Chemia organiczna Zakres podstawowy i rozszerzony 2b Odpowiedzi i rozwiązania zadań Rozdział 1 Errata do pierwszego rozdziału ćwiczeń: Strona Linia / zadanie Str. 10. Linia 1. Str. 16. Zadanie 1.11. Jest 4-etylo-2,4- trimetyloheksanu 4-etylo-2,6-dimetylo-3,4- dipropylooktanu Powinno być 4-etylo-2,2,4- trimetyloheksanu 3-etylo-2,6-dimetylo-4,4- dipropylooktanu Oficyna Wydawnicza TUTOR Wydanie I. Toruń 2013 r.

Podpowiedzi Alkany Zadanie 1.1. Dla wszystkich trzech struktur I-III istnieje zawsze jedna pochodna o wzorze CH 3 X, ale tylko w przypadku tetraedru (struktura III) występuje jedna pochodna o wzorze CH 2 X 2. Prezentują to poniższe rysunki. I. II. III. Zadanie 1.2. a.1) Na rysunku zaznaczono najdłuższy łańcuch, ponumerowano atomy węgla w takim kierunku, żeby podstawnik miał najniższy numer (lokant). C 5 H 12 2-metylobutan

Alkany 3 a.2) Przy wzorze zaznaczono najdłuższy łańcuch, ponumerowano atomy węgla w takim kierunku, żeby pierwszy podstawnik miał najniższy lokant. C 8 H 18 2,4-dimetyloheksan a.3) C 11 H 24 2,2,5-trimetylooktan a.4) C 8 H 18 3-metyloheptan a.5) Przy wzorze zaznaczono najdłuższy łańcuch, ponumerowano atomy węgla w takim kierunku, żeby suma lokantów (numerów podstawników) była najniższa. W obu kierunkach pierwsza grupa metylowa miałby lokant 3. C 12 H 26 3,3,5,6-tetrametylooktan

4 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań b) 4-etylo-2,9,10-trimetylododekan c) Główne zasady obowiązujące przy ustalaniu systematycznej nazwy nasyconych węglowodorów: 1. wybieramy najdłuższy łańcuch atomów węgla jeżeli jest kilka o tej samej długości to wybieramy ten łańcuch jako główny, przy którym jest najwięcej podstawników, 2. ustalamy kolejność numerowania zaczynamy od strony przy której najbliżej znajduje się podstawnik jeżeli z obu stron są podstawniki przy tym samym lokancie, a są to jedyne dwa podstawniki, to kolejność jest alfabetyczna, jeżeli podstawników jest więcej, to decyduje niższa suma lokantów wszystkich podstawników dla wybranego kierunku numerowania, 3. w nazwie podstawniki wymieniamy alfabetycznie, wskazując ich liczbę przedrostkami: di-, tri-, tetra- itd. oraz podając ich położenie wymieniając wszystkie lokanty. Zadanie 1.3. Wzór grupowy (półstrukturalny) 4-etylo-2,2,4-trimetyloheksanu?*. Na rysunku zaznaczono rzędowość atomów węgla w tym związku. Liczba atomów węgla (pierwszorzędowych) 6 (drugorzędowych) 3 (trzeciorzędowych) 0 * Uwaga. W wydaniu I tych ćwiczeń w nazwie związku zabrakło cyfry 2. Przepraszamy.

Alkany 5 Zadanie 1.4. Odpowiedź D. Zadanie 1.5. Kolejno: C i D. Zadanie 1.6. Najbliższymi homologami 2,2-dimetylobutanu są: alkany o łańcuchach dłuższych: alkany o łańcuchach krótszych: Zadanie 1.7. a) 2,2,7,9-tetrametylodekan Atomy węgla Lokanty pierwszorzędowe 1, 10 drugorzędowe 3, 4, 5, 6, 8 trzeciorzędowe 7, 9 czwartorzędowe 2

6 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań b) Izomer, który posiada tylko pierwszo- i drugorzędowe atomy węgla to tetradekan. c) Przykładowy izomer, który nie posiada drugorzędowych atomów węgla. 2,2,3,3,4,4,5,5-oktametyloheksan d) Odpowiedź D. e) Odpowiedź A. Zadanie 1.8. a) Cząsteczka metanu nie jest polarna po pierwsze dlatego, że różnica pomiędzy elektroujemnością atomów wodoru (2,1) i atomu węgla (2,5) nie jest duża. Po drugie, momenty dipolowe są skierowane w czterech kierunkach, od naroży tetraedru do centrum cząsteczki i wzajemnie się kompensują*. Gęstość elektronowa jest nieznacznie większa na sferach bliższych centrum cząsteczki. Z tego powodu także cząsteczka CCl 4 (tetrachlorometanu zwanego potocznie tetrą) nie jest cząsteczką polarną pomimo, iż występuje większa różnica w elektroujemności atomów chloru (3,0) i węgla (2,5) w tym przypadku gęstość elektronowa jest wyższa na sferach zawierających atomy chloru. * Wiązania C H i C Cl są wiązaniami kowalencyjnymi spolaryzowanymi. Elektrony uwspólnione, które tworzą wiązanie są przesunięte w stronę jednego z atomów. Powoduje to, że przy jednym z atomów biorących udział w wiązaniu tworzy się cząstkowy ładunek elektryczny dodatni, a przy drugim ujemny. Dlatego wiązanie to ma cechy dipola elektrycznego. Miarą polarności wiązań jest moment dipolowy (µ). Moment dipolowy (µ) określany jest jako wektor skierowany wzdłuż osi wiązania (cząsteczki) od jej punktowego ładunku ujemnego do dodatniego (Uwaga! Na rysunkach strzałkę ilustrującą występowanie momentu dipolowego rysuje się grotem w kierunku ładunku ujemnego). Wartość momentu dipolowego określa zależność: µ = q l (q wartość ładunku cząstkowego, l w tym przypadku długość wiązania).

Alkany 7 b) Odpowiedź B. lub/i D. Obie odpowiedzi można traktować jako poprawne. c) Moment dipolowy cząsteczki metanu wynosi zero, ponieważ momenty dipolowe występujące wzdłuż wiązań C H są skierowane symetrycznie w czterech kierunkach (do naroży tetraedru). Gęstość elektronowa jest uśredniona na sferach otaczających atom węgla nie można wyróżnić bieguna dodatniego i ujemnego. d) Stwierdzenie, że atomy wodoru w cząsteczce metanu są równocenne oznacza, że jeżeli dowolny z tych atomów zostanie zastąpiony (podstawiony) innym atomem lub grupą atomów to zawsze otrzymamy taką samą pochodną metanu. Oznacza to także, że atomy wodoru w cząsteczce metanu są nierozróżnialne każdy z nich ma identyczne otoczenie i takie same właściwości fizyczne i chemiczne. e) Metan można otrzymać w wyniku: suchej destylacji drewna (niewielkie ilości), syntezy węgla i wodoru, oczyszczania gazu ziemnego, dekarboksylacji octanu sodu (metoda laboratoryjna), reakcji gazu syntezowego. Zadanie 1.9. a) Odpowiedź E. b) Zaznaczono rzędowość atomów węgla* oraz otoczono kółkami wszystkie jego grupy metylowe a grupy metylowe równocenne zamalowano. * Atomy węgla w grupach metylowych są Iº. c) Na rysunku zamalowano równocenne grupy atomów CH 3. Natomiast nie ma w tej cząsteczce równocennych grup CH 2 2,2-dimetylopentan

8 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Zadanie 1.10. Węglowodór nasycony o ogólnym wzorze C n H 2n+2, musi być zbudowany z co najmniej czterech atomów węgla, żeby mogła wystąpić izomeria konstytucyjna. n-butan izobutan (nazwa zwyczajowa) 2-metylopropan Zadanie 1.11. a) Wzór półstrukturalny 3-etylo-2,6-dimetylo-4,4-dipropylooktanu* tymi samymi figurami otoczone równocenne grupy. * Uwaga! W wydaniu I tych ćwiczeń w nazwie tego związku błędnie podano lokanty. Przepraszamy. b) Wszystkie wiązania w tej cząsteczce (C H) oraz (C C) są typu. Jest ich 55. Zadanie 1.12. Podane stwierdzenia są fałszywe. Zadanie 1.13. Odpowiedź B.

Alkany 9 Zadanie 1.14. Izomerami jest para związków: 2. i 9. oraz mogą być pary związków 3. i 6. a także 7. i 8. Nie możemy podać, że są to pary izomerów bo nie znamy struktury związków 6. i 8. Pod postacią wzoru sumarycznego może być ukryty związek o takiej samej strukturze jak odpowiednio 3. i 7. Zadanie 1.15. Cząsteczki są chiralne jeżeli posiadają centrum stereogeniczne, w tym przypadku jest to asymetryczny atom węgla taki, przy którym znajdują się cztery różne podstawniki. Poniżej przedstawiono wzory grupowe dwóch najprostszych alkanów, które są chiralne. 2,3-dimetylopentan 3-metyloheksan Podane tu chiralne alkany są względem siebie izomerami konstytucyjnymi (szkieletowymi) heptanu. Gwiazdką(*) oznaczono asymetryczne atomy węgla. Zadanie 1.16. a) Na podstawie danych i ich wykresu można stwierdzić, że temperatura wrzenia alkanów wzrasta liniowo wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego. Temperatura topnienia także wzrasta, ale zmiany te nie są regularne jak w przypadku temperatury wrzenia.

10 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Zadanie 1.17. Przykładowe zestawienie. Temperatura topnienia Temperatura wrzenia butan 138 0 izobutan (2-metylopropan) 159 12 pentan 130 36 izopentan (2-metylobutan) 160 28 heksan 95 69 izoheksan 2-metylopentan 154 60 3-metylopentan 118 63 2,2-dimetylobutan 98 50 2,3-dimetylobutan 129 58 Na podstawie wyżej zebranych danych można stwierdzić, że temperatury topnienia oraz temperatury wrzenia bardziej rozgałęzionych węglowodorów są niższe w odniesieniu do ich nie rozgałęzionego izomeru. Zadanie 1.18. Uwaga! W warunkach standardowych (298 K) objętość mola gazu wynosi około 24,45 dm 3. a) C n H 2n+2 + 3n+1 O 2 2 nco 2 + (n + 1)H 2 O b) C 4 H 10 + 6,5 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O 1 mol 6,5 mola 4 mole 5 moli 24,45 dm 3 158,925 dm 3 97,8 dm 3 122,25 dm 3 183,375 dm 3 220,05 dm 3 substraty łącznie 7,5 mola produkty łącznie 9 moli Objętość gazowych produktów jest większa od objętości gazowych substratów. c) C C C H O O O H C O 338 kj/mol 412 kj/mol 494 kj/mol 460 kj/mol 715 kj/mol

Alkany 11 CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O musimy rozerwać wiązania zostaną utworzone 4 (C H) 2 (C O) 2 (O O) 4 (O H) bilans energii ΔH = 4 412 + 2 494 2 715 4 460 = 634 [kj/mol] reakcja egzotermiczna e) 1 l = 700 g, 1 mol (C 8 H 18 ) = 114 g 700 g = 6,14 mola izooktanu 2 C 8 H 18 + 25 O 2 16 CO 2 + 18 H 2 O 2 7 (C C) 32 (C O) 2 18 (C H) 36 (O H) 25 (O O) ΔH = 7526 kj na 2 mole C 8 H 18 na 6,14 moli ΔH = 23104,8 kj f) Nafta jest mieszaniną biernych chemicznie alkanów, zanurzone w niej metale aktywne są izolowane od składników atmosfery, z którymi mogłyby reagować (tj. tlen, para wodna, dwutlenek węgla). Zadanie 1.19. Gęstość Masa molowa [g/mol] Nazwa Wzór sumaryczny 1,34 g/dm 3 30 etan C 2 H 6 2,59 g/dm 3 58 butan C 4 H 10 0,714 g/dm 3 16 metan CH 4 1,96 g/dm 3 44 propan C 3 H 8

12 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Zadanie 1.20. a) Lp. Wzór empiryczny % wagowy węgla % wagowy wodoru 1. CH 4 75,00 25,00 2. C 2 H 5 82,76 17,24 3. C 3 H 7 83,72 16,28 4. C 5 H 12 83,33 16,67 Przykład 4. Rozwiązanie: procenty masowe zamieniamy na proporcje stechiometryczne węgiel wodór 83,33% 100% 83,33% = 16,67% dzielimy przez odpowiednie masy atomowe przez 12 przez 1 otrzymujemy, stosunek moli atomów w cząsteczce 6,944 : 16,67 dzielimy obie liczby przez 6,944, otrzymujemy 1 : 2,4 sprowadzamy proporcję do najniższych liczb całkowitych 5 : 12 stąd C 5 H 12. Obliczenia najlepiej wykonywać z dokładnością do 2-3 miejsc po przecinku, żeby uzyskać dobre rozwiązanie. b) Badanym węglowodorem jest izomer heksanu C 6 H 14 (masa molowa 86 g), ponieważ cztery grupy metylowe są równocenne to będzie to 2,3-dimetylobutan. Zadanie 1.21. Lp. Masa węglowodoru x Masa CO 2 y Masa H 2 O z % wagowy węgla w węglowodorze % wagowy wodoru w węglowodorze 1. 100 338,5 69,12 92,32 7,68 2. 50 157,1 64,35 85,7 14,3 3. 100 330 90 90 10 4. 60 176 108 80 20

Alkany 13 n n Hn ( m )O2 m CO2 H O 4 2 Cm 2 100 g 338,5 g CO2 x 92,32 g C 1 mol 44 g CO 2 12 g C 92,32 g C 7,648 g H 7,69 mola CO 2 1 mol H 2 O 18 g 2g H y = 69,12 g 7,68 g H Zadanie 1.22. Odpowiedź E. Zadanie 1.23. a) CH4 Cl CH3 HCl b) Łańcuchowy mechanizm reakcji chlorowania metanu. światło inicjacja reakcji: Cl 2 2 Cl mechanizm łańcuchowy, w trakcie którego odtwarzane są rodnikicl CH 4 +Cl CH 3 + HCl zamyka się ogniwo łańcucha Cl Cl 2 + CH 3 Cl światło Cl 2 2 Cl CH 4 + Cl CH 3 + Cl 2 CH 3 + HCl CH 3 -Cl + Cl zamyka się ogniwo łańcucha odtworzony zostaje rodnik wywołujący reakcję c) Substytucja rodnikowa łatwiej zajdzie przy wyżej rzędowym atomie węgla, czyli w tym przypadku III rzędowym. Wszystkie reakcje w trakcie których powstają rodniki lub jony na atomach szkieletu węglowego związku organicznego zachodzą zawsze łatwiej w przypadku wyżej rzędowych atomów węgla. Jest to spowodowane możliwością rozproszenia ładunku na większą część cząsteczki.

14 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Dlatego wyżej rzędowe rodniki i jony są bardziej trwałe, łatwiej powstają w rezultacie w niższych temperaturach otrzymujemy więcej pochodnych z podstawieniem na wyżej rzędowych atomach węgla. W wyższych temperaturach kiedy rodniki mają wysoką energię substytucja może zachodzić na każdym atomie węgla z jednakową szybkością. d) Jeżeli założymy (por. komentarz do punktu c), że prawdopodobieństwo podstawienia atomu wodoru atomem chloru jest dla każdego atomu wodoru w cząsteczce jednakowe to wtedy: w 9 przypadkach na 14 możliwych podstawień (bo tyle jest atomów wodoru w cząsteczce) otrzymamy 1-chloro-2,2- dimetylobutan, w 3 przypadkach otrzymamy 1-chloro-3,3-dimetylobutan i w dwóch przypadkach 2-chloro-3,3-dimetylobutan. Przyjmując, że 14 przypadków to 100% otrzymujemy odpowiednio 9 64,3%, 3 21,4% oraz 2 14,3%. udział procentowy w mieszaninie poreakcyjnej razem 14 możliwych podstawień (100%) 1-chloro-2,2-dimetylobutan 2-chloro-3,3-dimetylobutan 1-chloro-3,3-dimetylobutan Zadanie 1.24. b) wzory grupowe najprostszych chloropochodnych: pierwszorzędowej, drugorzędowej i trzeciorzędowej I 0 II 0 III 0

Alkany 15 Zadanie 1.25. a) 1-chloropropan, t. wrz. 47 C, 2-chloropropan, t. wrz. 36 C, izomery te można rozdzielić w procesie destylacji wykorzystując różnicę w temperaturach wrzenia. b) Odpowiedź B. c) 2,2-dimetylobutan. d) Nazwa Wzór D [g/cm 3 ] T. topn. T. wrz. 1. fluorometan CH 3 F 0,56 141,8 78,4 2. chlorometan CH 3 Cl 1,0 97,7 24,2 3. bromometan CH 3 Br 1,7 93,7 3,6 4. jodometan CH 3 I 2,3 66,4 42,4 5. fluoroetan CH 3 CH 2 F 0,72 143,2 38 6. chloroetan CH 3 CH 2 Cl 0,94 136,4 12,2 7. bromoetan CH 3 CH 2 Br 1,46 119,3 38,4 8. jodoetan CH 3 CH 2 I 1,94 111,1 72,5 9. fluoropropan CH 3 CH 2 CH 2 F 0,78 159 3,2 10. chloropropan CH 3 CH 2 CH 2 Cl 0,89 122,3 47 11. bromopropan CH 3 CH 2 CH 2 Br 1,35 110 71 12. jodopropan CH 3 CH 2 CH 2 I 1,75 101,4 102,5 Gęstość wyznaczono w temperaturze 20 C lub w temperaturze wrzenia związku. W tablicach chemicznych i poradnikach można znaleźć wartości gęstości i temperatur nieco różniące się od siebie.

16 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Nazwa Wzór D [g/cm 3 ] T. topn. T. wrz. 1. fluorometan CH 3 F 0,56 141,8 78,4 5. fluoroetan CH 3 CH 2 F 0,72 143,2 38 9. fluoropropan CH 3 CH 2 CH 2 F 0,78 159 3,2 2. chlorometan CH 3 Cl 1,0 97,7 24,2 6. chloroetan CH 3 CH 2 Cl 0,94 136,4 12,2 10. chloropropan CH 3 CH 2 CH 2 Cl 0,89 122,3 47 3. bromometan CH 3 Br 1,7 93,7 3,6 7. bromoetan CH 3 CH 2 Br 1,46 119,3 38,4 11. bromopropan CH 3 CH 2 CH 2 Br 1,35 110 71 4. jodometan CH 3 I 2,3 66,4 42,4 8. jodoetan CH 3 CH 2 I 1,94 111,1 72,5 12. jodopropan CH 3 CH 2 CH 2 I 1,75 101,4 102,5 Gęstość wyznaczono w temperaturze 20 C lub w temperaturze wrzenia związku. W tablicach chemicznych i poradnikach można znaleźć wartości gęstości i temperatur nieco różniące się od siebie. Prezentowane dane wskazują, że wzrost masy fluorowca od fluoru do jodu powoduje wzrost gęstości związku oraz wzrost jego temperatur topnienia i wrzenia (por. dane 1-4, 5-8 oraz 9-12). Ponadto w przypadku tego samego fluorowca przy wzrastającym podstawniku alkilowym od metylu do propylu można stwierdzić regularny wzrost temperatury wrzenia w każdym szeregu homologicznym, natomiast gęstości związków i temperatury topnienia nie zmieniają się w sposób regularny (por. dane 1-5-9, 2-6-10, 3-7-11 oraz 4-8-12). Zadanie 1.26. a) Odpowiedź B.

Alkany 17 b) heksan jako główny produkt otrzymamy w reakcji 2 CH 3 CH 2 CH 2 Cl + 2 Na CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + 2 NaCl 2-metylopentan otrzymamy jako jeden z trzech produktów w poniższej syntezie Produktami będą także: heksan i 2,3-dimetylobutan. 2,3-dimetylobutan jako główny produkt otrzymamy w reakcji Zadanie 1.27. a) Szkielety cykloalkanów: cyklopropan cyklobutan cyklopentan cykloheksan b) przykładowe wzory (mogą być także inne stereoizomery geometryczne) W przypadku tych związków może występować izomeria położeniowa podstawników oraz stereoizomeria geometryczna i optyczna.

18 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Zadanie 1.28. a) Odpowiedź D. b) Kąt wewnętrzny n-kąta foremnego ma miarę n 2 : n 180 n Cykloalkan Kąt w płaskim wielokącie 3 cyklopropan 60 60 Kąt w cząsteczce 4 cyklobutan 90 bliski 90 5 cyklopentan 108 z uwagi na pofałdowanie pierścieni 6 cykloheksan 120 w cząsteczkach tych cykloalkanów miara kątów C C C jest bliska 7 cykloheptan 128,6 109,5, co odpowiada hybrydyzacji 8 cyklooktan 135 sp 3 c) W przypadku cyklopropanu i cyklobutanu możemy mówić o znacznych naprężeniach wiązań wewnątrz cząsteczek, które wynikają z tego, iż kąt pomiędzy wiązaniami C C C jest znacznie mniejszy od kąta 109,5, który odpowiada hybrydyzacji sp 3 w alkanach w tetraedrze. Efekty te jest najlepiej zaprezentować na modelach związków chemicznych! Energię naprężenia wiązań można wyznaczyć na podstawie entalpii spalania cykloalkanów, licząc wartość tej energii odpowiadającą spaleniu jednej grupy CH 2. Najwyższą wartość otrzymamy dla cyklopropanu w tej cząsteczce, z uwagi na najmniejszy kąt, energia naprężenia jest najwyższa wyzwala się ona w procesie spalania. Zadanie 1.29. a) 1 E, 2 G, 3 D, 4 B, 5 C, 6 A, 7 F. b) izomery cis podstawniki leżą po jednej stronie płaszczyzny pierścienia izomery trans podstawniki leżą po obu stronach płaszczyzny pierścienia

Alkany 19 Oznaczenia cis i trans opisują izomery geometryczne. W cząsteczkach w których występuje ten rodzaj izomerii musi być wyróżniona płaszczyzna względem której rozmieszczone są podstawniki. Jeżeli są one po jednej stronie płaszczyzny to jest to izomer cis, jeżeli po przeciwnych stronach to izomer trans. Izomeria geometryczna występuje m.in. cykloalkanach oraz w alkenach. W cykloalkanach wyróżniona płaszczyzna jest płaszczyzną pierścienia a w alkenach jest to płaszczyzna zawierająca wiązanie podwójne. c) Cząsteczki chiralne występujące wśród izomerów cis i trans dimetylocyklopropanu i dimetylocyklobutanu. odbicia lustrzane odbicia lustrzane d) Wzory strukturalne wszystkich cyklicznych izomerów dimetylocyklobutanu zawierających pierścień czterowęglowy. e) Odpowiedz E. f) Odpowiedź A.

20 Chemia 2b. Odpowiedzi i rozwiązania zadań Zadanie 1.30. a) energie wiązań (E W ) i ich długości (l) C C E W = 338 kj/mol, l = 154 pm C H E W = 412 kj/mol, l = 109 pm dla porównania bariera rotacji względem wiązania C C w etanie ma energię 3 kcal/mol = 12,6 kj/mol Dla przypomnienia: 1 kcal = 4,184 kj b) Jeden mol cząsteczek etanu (30 g) potrzebuje 9 kcal = 37,7 kj (cząsteczka 3 razy musi pokonać barierę), stąd 10 g zużyje 3 kcal/s = 12,6 kj/s. c) Konformery są to przestrzenne układy atomów (grup) w molekule w której może następować zmiana kształtu cząsteczki w wyniku rotacji atomów (grup atomów) względem pojedynczych wiązań chemicznych (np. w przypadku cząsteczki etenu nie możemy mówić o konformerach, gdyż nie ma możliwości rotacji wokół podwójnego wiązania). Zadanie 1.31. Najbardziej trwałe konformacje w przypadku: etanu to konformacja naprzemianległa, cykloheksanu to konformacja krzesłowa (por. rysunek poniżej).

Alkany 21 Zadanie 1.32. Wzory Newmana przedstawiające najbardziej stabilną konformację dla: 1,2-dichloroetanu Cl H H C C H H Cl 2-bromo-1-chloroetanu Cl H H C C H H Br trans-1,4-dichlorocykloheksanu