Углеводород нециклического строения массой 8,4 г реагирует с водородом в одну стадию и способен присоединить 3,36 л (н. у.) водорода в присутствии катализатора. Известно, что в результате присоединения бромоводорода к этому углеводороду может образоваться только одно бромпроизводное. На основании данных условия задачи: 1) приведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества; 2) составьте возможную структурную формулу вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в молекуле; 3) напишите уравнение реакции углеводорода с бромоводородом (используйте структурные формулы для органических веществ)

Давайте внимательно разберем задачу шаг за шагом. **Дано:** - Масса углеводорода: 8,4 г - Объем присоединенного водорода: 3,36 л (н. у.) - Реакция идет в одну стадию, возможно присоединение 3,36 л водорода - В присутствии катализатора - После присоединения бромоводорода образуется только одно бромпроизводное --- ### 1. Определение молекулярной формулы органического вещества #### Шаг 1. Вычисление количества веществ водорода, присоединенного к органическому веществу Объем водорода при н.у. характеризуется: 1 моль газа занимает 22,4 л (при нормальных условиях). Количество молей водорода: \[ n_{H_2} = \frac{V_{H_2}}{22,4\, \text{л/моль}} = \frac{3,36\, \text{л}}{22,4\, \text{л/моль}} = 0,15\, \text{моль} \] Это число молекул водорода, присоединенных к исходному веществу. Значит, исходное вещество получило **пара продуктов гидрогенизации** — т.е., после присоединения 1 моля водорода оно обрело определенный состав. #### Шаг 2. Определение молекулярной формулы Общая масса углеводорода: 8,4 г. Пусть исходное соединение имеет молекулярную формулу \(\mathrm{C}_x \mathrm{H}_y\). При гидрогенизации оно присоединило \(n_{H_2} = 0,15\, \text{моль}\) водорода, то есть прибавило к количеству атомов водорода: \[ \Delta y = 2 \times 0,15 = 0,30\, \text{моль} \] Значит, количество атомов водорода в исходной молекуле: \[ \text{исходный } y_{нач} = y_{после} - 0,30 \] Но нам нужна формула исходного соединения, для этого надо понять, сколько водорода было вначале. --- #### Шаг 3. Выяснение исходного состава Перед гидрогенизацией масса равна 8,4 г. После гидрогенизации масса не меняется, т.к. добавляется водород — он попадает внутрь молекулы только при присоединении (масса его составляет 0.15 моль × молярная масса H₂ = 0.15 × 2 = 0.3 г). Но в условии не указано, что масса изменилась, а только масса исходного вещества — означает, что мы считаем исходную массу 8,4 г. Поскольку объем присоединенного водорода равен 3,36 л, и мы нашли количество молей гидрогена как 0,15 моль, то исходное соединение, вероятно, имело горизонтально насыщенность без водорода (прирост — это только те, что присоединились). --- ### 2. Определение молекулярной формулы #### Шаг 4. Определение молекулярной формулы **Общий вывод**: - В исходном веществе присутствуют только атомы углерода и водорода - После присоединения 3,36 л водорода (0,15 моль) — исходное вещество было ненасыщенным (например, алкен или алкин), чтобы присоединиться к нему могла только одна молекула водорода (иначе образовалось бы больше водорода). Значит, возможные структуры — это **связь двойная или тройная**, которая преобразуется после присоединения водорода в одинарную. #### Шаг 5. Расчет молекулярной формулы: Общая масса вещества — 8,4 г. Молярная масса углерода \(12\, \text{г/моль}\), водорода — \(1\, \text{г/моль}\). Обозначим: \[ \text{масса} = 12x + y \] где \(x\) — число атомов C, \(y\) — число атомов H. Цель: подобрать такие \(x, y\), чтобы сумма массы равнялась 8,4 г, и при этом исходное соединение имело точные пропорции. --- ### 3. Анализ структуры и уравнение реакции **Задача в том, что**: - В веществе есть только одно бромпроизводное после реакции с бромоводородом. Значит, исходное соединение имеет одну реакционную точку для присоединения бромоводорода — это характерно для алкенов или алкинов с одной двойной или тройной связью. --- ### Итоговые вычисления и ответ --- ### **Решение:** **1)** Найдем формулу исходного вещества. Допустим, что оно — это алкен (например, пропен или бутен), так как у нас есть возможность присоединения 3,36 л водорода (0,15 моль). Если исходное вещество — это: \[ \mathrm{C}_x \mathrm{H}_y \] и при гидрогенизации оно стало насыщенным (на уровне только одного присоединения водорода), то: \[ \text{до реакции:} \quad \mathrm{C}_x \mathrm{H}_{y} \] \[ \text{после:} \quad \mathrm{C}_x \mathrm{H}_{y + 2 \text{ (за одно присоединение)}} \] то есть, исходный был дещилаен — с двойной связью. - Из массы: \[12x + y = 8,4\] - До реакции (ненасыщенное): \( y \) водородов, из которых прибавлено 0,15 моль водорода (0,3 г). - Исходное число водородных атомов: \[ y = \text{и} \quad y + 2 = \text{после соединения} \] Поскольку после присоединения 0,15 моль водорода, молекулярная формула изменилась на прибавку 2 H, следовательно, \[ y_{\text{исход}} = y_{после} - 2 \] Масса исходного вещества равна 8,4 г,: \[ 12x + y_{исход} = 8,4 \] Но для более точных расчетов лучше рассматривать популярные формулы — например, пропен (\(\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6\)) или бутен. - Молекулярная масса \(\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6\): \[ 3 \times 12 + 6 \times 1 = 36 + 6 = 42\, \text{г/моль} \] Масса 1 молекулы \(\approx 42\, \text{г}\). А у нас всего 8,4 г, значит: \[ n = \frac{8,4\, \text{г}}{42\, \text{г/моль}} = 0,2\, \text{моль} \] И это соответствует 0,2 моль молекул \(\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6\). Значит, исходное вещество, скорее всего — это **алкен \( \mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6 \)**. --- ### **Итоговые формулы и уравнение реакции:** #### 1) Молекулярная формула: \[ \boxed{\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6} \] — пропен. #### 2) Структурная формула: \[ \mathrm{CH_3 - CH = CH_2} \] или его изомер — алкен с двойной связью между вторым и третьим атомом. #### 3) Уравнение реакции: \[ \mathrm{C_3H_6} + \mathrm{H_2} \rightarrow \mathrm{C_3H_8} \] или структурно: \[ \mathrm{CH_3 - CH= CH_2} + \mathrm{H_2} \rightarrow \mathrm{CH_3 - CH_2 - CH_3} \] Но так как в задаче говорится, что после реакции образуется только одно бромпроизводное — это подтверждает, что исходное — ненасыщенное соединение с одной двойной связью. --- ### **Ответ:** **1)** Молекулярная формула: \(\boxed{\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6}\) **2)** Структурная формула: \[ \mathrm{CH_3 - CH= CH_2} \] **3)** Уравнение реакции присоединения водорода: \[ \mathrm{CH_3 - CH= CH_2} + \mathrm{H_2} \rightarrow \mathrm{CH_3 - CH_2 - CH_3} \] (пропан) Если нужны более подробные объяснения — обращайтесь!