Matura z chemii · czerwiec 2023 · poziom rozszerzony

Zadanie 24.

2 pktFormuła 2023Źródło: CKE
Węglowodorystechiometriatyp i mechanizm reakcjizadanie obliczeniowe
Informacja do zadań 24.–25.

z atomami węgla o różnej rzędowości wskazuje, że najłatwiej ulega podstawieniu atom wodoru związany z atomem węgla o najwyższej rzędowości. Ilości poszczególnych produktów zależą od liczby atomów wodoru o określonej rzędowości oraz od ich reaktywności i są zwykle podawane w przeliczeniu na jeden atom wodoru jako

tzw. współczynnik reaktywności.. Względna ilość produktu reakcji substytucji jest iloczynem
liczby atomów wodoru o określonej rzędowości i ich współczynnika reaktywności.

Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.

Dla reakcji monochlorowania w temperaturze pokojowej współczynniki reaktywności atomów wodoru wynoszą odpowiednio:

trzeciorzędowym drugorzędowym pierwszorzędowym współczynnik 5,0 3,8 1,0 reaktywnościtrzeciorzędowym drugorzędowym pierwszorzędowym współczynnik 5,0 3,8 1,0 reaktywności

Atom wodoru związany z atomem węgla

Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.

W wyniku reakcji monochlorowania na świetle jednego z alkanów o wzorze sumarycznym
C4H10 otrzymano dwie izomeryczne monochloropochodne: 64 % izomeru Ai 36 %
izomeru B.
Na podstawie obliczeń ustal, który alkan poddano reakcji monochlorowania
na świetle, a następnie napisz jego nazwę systematyczną.
Odpowiedź i zasady oceniania (CKE)
Zasady oceniania

2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do ustalenia organicznego substratu reakcji monochlorowania – sprawdzenie procentowej zawartości izomerów dla węglowodorów o wzorze C4H10, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie wzoru węglowodoru poddanego monochlorowaniu oraz napisanie poprawnej nazwy systematycznej.

1 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do ustalenia organicznego substratu reakcji monochlorowania, ale:

• popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku. LUB

• brak nazwy węglowodoru.

0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.

Rozwiązanie

Istnieją dwa węglowodory o wzorze C4H10: 1. n-butan: CH3CH2CH2CH3 2. 2-metylopropan: CH3CH(CH3)CH3 W reakcji monochlorowania na świetle każdego z nich mogą powstać 2 izomeryczne monochloropochodne, więc można wykonać obliczenia tylko dla jednego z izomerów C4H10 i na tej podstawie potwierdzić lub odrzucić tezę o chlorowaniu danego izomeru. Można również wykonać obliczenia dla obu izomerów węglowodoru o wzorze C4H10 i wyciągnąć wniosek.

Sposób 1.

Monochlorowanie n-butanu prowadzi do otrzymania:

Nazwa monochloropochodnejWzględna ilość produktu (liczba atomów · współczynnik reaktywności)
1-chlorobutan6 · 1,0 = 6,0
2-chlorobutan4 · 3,8 = 15,2

Ilość monochloropochodnych w procentach:

21,2 – 100 % 6,0 – x21,2 – 100 % 6,0 – x

x = 28,3 % 1-chlorobutanu oraz 71,7 % 2-chlorobutanu. Żadna z otrzymanych izomerycznych monochloropochodnych n-butanu nie spełnia warunku zadania – chlorowaniu został poddany 2-metylopropan. Nazwa systematyczna alkanu: 2-metylopropan ALBO metylopropan

Sposób 2.

Monochlorowanie 2-metylopropanu prowadzi do otrzymania:

Nazwa monochloropochodnejWzględna ilość produktu (liczba atomów · współczynnik reaktywności)
2-chloro-2-metylopropan1 · 5,0 = 5,0
1-chloro-2-metylopropan9 · 1,0 = 9,0

Ilość monochloropochodnych w procentach:

14,0 – 100 % 5,0 – x14,0 – 100 % 5,0 – x

x = 35,7 % ≈ 36 % 2-chloro-2-metylopropanu oraz 64 % 1-chloro-2-metylopropanu

2-chloro-2-metylopropan spełnia warunek zadania – chlorowaniu został poddany 2-metylopropan. Nazwa systematyczna alkanu: 2-metylopropan ALBO metylopropan

Sposób 3.

1. Monochlorowanie n-butanu prowadzi do otrzymania:

Nazwa monochloropochodnejWzględna ilość produktu (liczba atomów · współczynnik reaktywności)
1-chlorobutan6 · 1,0 = 6,0
2-chlorobutan4 · 3,8 = 15,2

Ilość monochloropochodnych w procentach: 21,2 – 100 % 6,0 – x x = 28,3 % 1-chlorobutanu oraz 71,7 % 2-chlorobutanu.

2. Monochlorowanie 2-metylopropanu prowadzi do otrzymania:

Nazwa monochloropochodnejWzględna ilość produktu (liczba atomów · współczynnik reaktywności)
2-chloro-2-metylopropan1 · 5,0 = 5,0
1-chloro-2-metylopropan9 · 1,0 = 9,0

Ilość monochloropochodnych w procentach: 14,0 – 100 % 5,0 – x x = 35,7 % ≈ 36 % 2-chloro-2-metylopropanu oraz 64 % 1-chloro-2-metylopropanu Nazwa systematyczna węglowodoru: 2-metylopropan ALBO metylopropan

Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanejpoprawnej metody i poprawnych obliczeń.:

Podobne zadanie z kursu

Ten dział w kursie: węglowodory

Ten temat w kursie masz rozłożony od zera: teoria, zadania od najprostszych do poziomu CKE, a do wielu z nich film z rozwiązaniem krok po kroku.

145zadań w tej lekcji
128filmów z rozwiązaniami
15podlekcji
Zobacz kurs maturalny 2027 →