1. Какие углеводороды называют карбоциклическими? Что такое циклоалканы и какова их общая формула?

На фото восемь вопросов — отвечаю по всем; в расчётных задачах показываю ход решения.

1. Карбоциклические углеводороды — это углеводороды, содержащие один или несколько замкнутых циклов из атомов углерода. Среди них различают алициклические и ароматические. Циклоалканы — насыщенные алициклические углеводороды, в цикле которых есть только одинарные связи. Общая формула моноциклических циклоалканов: \[ \mathrm{C_nH_{2n}}. \]

2. Циклопропан малоустойчив из-за сильного напряжения маленького трёхчленного кольца: внутренний угол \(60^\circ\) сильно отличается от тетраэдрического \(109^\circ28'\). Связи С–С здесь «изогнутые», перекрывание орбиталей хуже, поэтому молекула энергетически невыгодна.

Угловое напряжение — это напряжение, вызванное отклонением валентных углов в цикле от нормального тетраэдрического угла. Оно есть в малых циклах: прежде всего в циклопропане и циклобутане; в циклопропане выражено сильнее всего. В циклогексане за счёт конформации «кресло» угловое напряжение практически снимается.

3. Для циклоалканов характерны:

• структурная изомерия — разный размер кольца или разное строение боковой цепи: например, циклобутан и метилциклопропан, \(\mathrm{C_4H_8}\);
• изомерия положения заместителей: 1,1-диметилциклопропан и 1,2-диметилциклопропан, \(\mathrm{C_5H_{10}}\);
• межклассовая изомерия с алкенами: циклогексан и гексен-1, \(\mathrm{C_6H_{12}}\);
• пространственная цис-транс-изомерия: цис-1,2-диметилциклопропан и транс-1,2-диметилциклопропан;
• оптическая изомерия возможна у некоторых замещённых циклоалканов, например у энантиомеров транс-1,2-диметилциклопропана.

4. Структурные формулы:

• 1,1-диметилциклопентан — пятиугольник, у одной вершины два заместителя \(\mathrm{CH_3}\); брутто-формула \(\mathrm{C_7H_{14}}\).
• этилциклогексан — шестиугольник, у одной вершины группа \(\mathrm{CH_2CH_3}\); брутто-формула \(\mathrm{C_8H_{16}}\).
• транс-1,3-диметилциклобутан — квадрат, у противоположных вершин C1 и C3 по \(\mathrm{CH_3}\), причём один заместитель находится перед плоскостью кольца, другой — за ней; брутто-формула \(\mathrm{C_6H_{12}}\).

5. Подходит первая, крайняя левая формула: в ней метильные группы стоят при C1 и C3. Остальные структуры соответствуют 1,4-, 1,2- и 1,1-диметилциклогексану.

6. Уравнения: \[ \mathrm{C_6H_{12}+Br_2\to C_6H_{11}Br+HBr}, \] \[ \mathrm{HBr+KOH\to KBr+H_2O}. \]

\[ M(\mathrm{C_6H_{12}})=84\ \text{г/моль},\quad n=\frac{8{,}4}{84}=0{,}1\ \text{моль}. \] Значит, образовалось \(0{,}1\) моль \(\mathrm{HBr}\), на нейтрализацию нужно \(0{,}1\) моль \(\mathrm{KOH}\). \[ m(\mathrm{KOH})=0{,}1\cdot56=5{,}6\ \text{г}. \] Масса раствора: \[ m_{\text{р-ра}}=\frac{5{,}6}{0{,}11}=50{,}9\ \text{г}. \] Объём: \[ V=\frac{50{,}9}{1{,}1}=46{,}3\ \text{см}^3. \]

Ответ: около \(46{,}3\) см³, или \(46{,}3\) мл.

7. Метилциклогексан — \(\mathrm{C_7H_{14}}\), \(M=98\) г/моль: \[ n=\frac{24{,}5}{98}=0{,}25\ \text{моль}. \] При дегидрировании до толуола: \[ \mathrm{C_7H_{14}\to C_7H_8+3H_2}. \] Теоретически водорода: \[ n(\mathrm{H_2})=3\cdot0{,}25=0{,}75\ \text{моль}, \] \[ V_{\text{теор}}=0{,}75\cdot22{,}4=16{,}8\ \text{л}. \] С учётом выхода 75%: \[ V_{\text{практ}}=16{,}8\cdot0{,}75=12{,}6\ \text{л}. \]

Ответ: \(12{,}6\) л.

8. Количества веществ: \[ n(\mathrm{C_2H_4})=\frac{5{,}6}{22{,}4}=0{,}25\ \text{моль}, \] \[ n(\mathrm{C_3H_6})=\frac{1{,}12}{22{,}4}=0{,}05\ \text{моль}. \] Этен и циклопропан — малый цикл — оба присоединяют бром: \[ \mathrm{C_2H_4+Br_2\to C_2H_4Br_2}, \] \[ \mathrm{C_3H_6+Br_2\to C_3H_6Br_2}. \] Всего бромa: \[ n(\mathrm{Br_2})=0{,}25+0{,}05=0{,}30\ \text{моль}, \] \[ m(\mathrm{Br_2})=0{,}30\cdot160=48\ \text{г}. \] Масса 1,6%-й бромной воды: \[ m_{\text{р-ра}}=\frac{48}{0{,}016}=3000\ \text{г}=3\ \text{кг}. \]

Ответ: \(3\) кг.

Общий принцип расчётов: сначала переводим массу или объём в моль, затем смотрим коэффициенты уравнения, а в конце учитываем массовую долю раствора или выход реакции.