Реши

Коротко: 2) \(\omega(\mathrm C)=85{,}7\%\); при увеличении \(n\) не меняется.
3) Циклобутан и метилциклопропан.
4) Плоская форма циклогексана невыгодна из-за напряжений; реализуется «кресло».
5) \( \mathrm{C_nH_{2n}+\frac{3n}{2}O_2\to nCO_2+nH_2O} \).
6) \(m(\mathrm{H_2O})=3{,}6\) г; \(m(\text{циклоалкана})=2{,}8\) г; формулу установить нельзя.
7) Циклопропан — присоединение с раскрытием цикла; циклопентан — замещение.
8) Формула \(\mathrm{C_4H_8}\).

---

2. Массовая доля углерода

а) Циклопропан \(\mathrm{C_3H_6}\):

\[ M=3\cdot12+6=42,\qquad \omega(\mathrm C)=\frac{36}{42}=0{,}857\approx85{,}7\%. \]

б) Циклогексан \(\mathrm{C_6H_{12}}\):

\[ M=6\cdot12+12=84,\qquad \omega(\mathrm C)=\frac{72}{84}=0{,}857\approx85{,}7\%. \]

Для любого циклоалкана \(\mathrm{C_nH_{2n}}\):

\[ \omega(\mathrm C)=\frac{12n}{12n+2n}=\frac{12}{14}=\frac67\approx85{,}7\%. \]

Вывод: с увеличением числа атомов углерода массовая доля углерода не изменяется.

---

3. Все циклоалканы состава \(\mathrm{C_4H_8}\)

Их два:

1. Циклобутан

\[ \mathrm{CH_2-CH_2-CH_2-CH_2} \] с замкнутым четырёхчленным кольцом.

2. Метилциклопропан

Трёхчленный цикл с группой \(\mathrm{CH_3}\):

\[ \mathrm{CH_3{-}CH} \] входит в кольцо с двумя \(\mathrm{CH_2}\).

---

4. Почему циклогексан не плоский

Атомы углерода в циклогексане находятся в \(sp^3\)-гибридном состоянии, для них выгодны углы около \(109{,}5^\circ\). В плоском шестиугольнике углы были бы \(120^\circ\), кроме того, связи \(\mathrm{C-H}\) располагались бы заслонённо.

Поэтому кольцо изгибается и принимает более устойчивую форму кресла, в которой меньше углового и торсионного напряжения. В этой форме атомы углерода уже не лежат в одной плоскости.

---

5. Общее уравнение горения циклоалканов

Циклоалканы имеют формулу \(\mathrm{C_nH_{2n}}\):

\[ \mathrm{C_nH_{2n}+\frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2+nH_2O} \]

или в целых коэффициентах:

\[ \mathrm{2C_nH_{2n}+3nO_2\rightarrow 2nCO_2+2nH_2O}. \]

---

6. Расчёт по продуктам сгорания

\[ n(\mathrm{CO_2})=\frac{8{,}8}{44}=0{,}2\text{ моль}. \]

При горении циклоалкана:

\[ \mathrm{C_nH_{2n}\to nCO_2+nH_2O} \]

поэтому количества веществ \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\) равны:

\[ n(\mathrm{H_2O})=0{,}2\text{ моль}. \]

\[ m(\mathrm{H_2O})=0{,}2\cdot18=3{,}6\text{ г}. \]

Масса сгоревшего углеводорода складывается из массы углерода и водорода:

\[ m(\mathrm C)=0{,}2\cdot12=2{,}4\text{ г}, \]

в \(0{,}2\) моль воды содержится \(0{,}4\) моль атомов \(\mathrm H\):

\[ m(\mathrm H)=0{,}4\cdot1=0{,}4\text{ г}. \]

\[ m(\text{углеводорода})=2{,}4+0{,}4=2{,}8\text{ г}. \]

Формулу установить нельзя: для всех циклоалканов \(\mathrm{C_nH_{2n}}\) соотношение \(\mathrm{CO_2:H_2O}=1:1\), поэтому \(n\) из этих данных не находится.

---

7. Взаимодействие с хлором

Циклопропан — малый напряжённый цикл, поэтому идёт присоединение с раскрытием кольца:

\[ \mathrm{C_3H_6+Cl_2\rightarrow ClCH_2-CH_2-CH_2Cl} \]

Продукт — 1,3-дихлорпропан.
Тип реакции: присоединение.

Циклопентан — обычный циклоалкан, для него характерно замещение:

\[ \mathrm{C_5H_{10}+Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_5H_9Cl+HCl} \]

Продукт — хлорциклопентан.
Тип реакции: замещение.

---

8. Углеводород с \(\omega(\mathrm H)=14{,}3\%\)

Массовая доля углерода:

\[ \omega(\mathrm C)=100-14{,}3=85{,}7\%. \]

Находим простейшую формулу:

\[ n(\mathrm C):n(\mathrm H)= \frac{85{,}7}{12}:\frac{14{,}3}{1} \approx7{,}14:14{,}3\approx1:2. \]

Простейшая формула — \(\mathrm{CH_2}\).

Молярная масса по плотности газа:

\[ M=\frac{\rho RT}{P}, \]

\[ T=27+273=300\text{ K},\qquad P=95{,}25\text{ кПа}. \]

\[ M=\frac{2{,}14\cdot8{,}314\cdot300}{95{,}25} \approx56\text{ г/моль}. \]

Так как \(M(\mathrm{CH_2})=14\), то:

\[ 14n=56\Rightarrow n=4. \]

Формула вещества:

\[ \boxed{\mathrm{C_4H_8}} \]

Проверка:

\[ \omega(\mathrm H)=\frac{8}{56}=0{,}143=14{,}3\%. \]

В рамках темы «циклоалканы» возможны структуры:

• циклобутан;
• метилциклопропан.

Формально формуле \(\mathrm{C_4H_8}\) соответствуют также алкены: бутен-1, бутен-2 и 2-метилпропен. Но если задание относится к циклоалканам, подходящие структуры — первые две.