Структуроване завдання з хімії: дві частини задачі
~20 хв · 9 розділів · 12 тестових запитань
Структуроване завдання №21 НМТ з хімії: обчислення відносної молекулярної маси алкану та підрахунок його структурних ізомерів. Кожна частина оцінюється окремо — помилка в одній не знижує бал за іншу.
Завдання №21 у НМТ з хімії — це структуроване завдання, яке складається з основи (умови) і двох окремих частин, позначених 21.1 і 21.2. Кожна частина оцінюється незалежно: правильна відповідь на одну частину дає 1 бал, правильна відповідь на обидві частини — 2 бали. Якщо обидві відповіді хибні або відповіді немає — 0 балів. Таким чином, за завдання 21 можна отримати 0, 1 або 2 бали.
У демонстраційному варіанті НМТ-2026 частина 21.1 перевіряє обчислення відносної молекулярної маси алкану (розділ 4.1 програми), а частина 21.2 — підрахунок кількості його структурних ізомерів (розділ 3.2.1). Цей курс спирається на схему 2026 року, однак формат 2027 року варто звірити з офіційною характеристикою НМТ-2027, коли її опублікують.
Найважливіша особливість: частини оцінюються окремо. Помилка в 21.1 не скасовує бал за 21.2, і навпаки. Тому кожну частину варто виконувати незалежно, не залишаючи жодної порожньою. Навіть якщо ви не впевнені в обчисленні маси, спробуйте підрахувати ізомери — це може принести окремий бал.
Алкани — це насичені вуглеводні із загальною формулою CₙH₂ₙ₊₂. Щоб обчислити відносну молекулярну масу (Mr) алкану, треба знати число атомів Карбону n і скористатися значеннями відносних атомних мас, округленими до одиниць: Ar(H) = 1, Ar(C) = 12.
Формула для обчислення:
Mr(CₙH₂ₙ₊₂) = n · 12 + (2n + 2) · 1 = 12n + 2n + 2 = 14n + 2
Розгляньмо кілька прикладів:
n | Формула | Назва | Mr |
|---|---|---|---|
4 | C₄H₁₀ | бутан | 4·12 + 10·1 = 58 |
5 | C₅H₁₂ | пентан | 5·12 + 12·1 = 72 |
6 | C₆H₁₄ | гексан | 6·12 + 14·1 = 86 |
7 | C₇H₁₆ | гептан | 7·12 + 16·1 = 100 |
Якщо в завданні дано відносну молекулярну масу алкану, формулу знаходять оберненою дією. Наприклад, Mr = 72. Складаємо рівняння:
14n + 2 = 72 → 14n = 70 → n = 5. Отже, алкан — C₅H₁₂ (пентан).
Інший тип завдань: за числом атомів Гідрогену знайти число атомів Карбону. Якщо в алкані 16 атомів H, то:
2n + 2 = 16 → 2n = 14 → n = 7. Формула — C₇H₁₆, назва — гептан.
У частині 21.1 відповідь — це безрозмірне ціле число. Не дописуйте «г/моль» або інші одиниці. Інструкція до завдань 21–24 вимагає округлювати відносні атомні маси до одиниць (у довідковій таблиці їх подано з десятковими знаками).
Структурні ізомери — це речовини однакового молекулярного складу, але з різним порядком сполучення атомів. Для алканів структурна ізомерія зумовлена різною будовою вуглецевого ланцюга: нерозгалужений (нормальний) ланцюг або розгалужений з однією чи кількома метильними групами.
Систематичний перебір ізомерів
Щоб не пропустити жодного ізомеру й не порахувати той самий двічі, дотримуйтесь такого порядку:
Запишіть найдовший вуглецевий ланцюг (нерозгалужений алкан).
Укоротіть ланцюг на 1 атом Карбону. Розмістіть метильну групу (CH₃) при різних атомах ланцюга, не рахуючи крайніх (там вийде той самий нерозгалужений ланцюг).
Укоротіть ланцюг на 2 атоми Карбону. Розмістіть дві метильні групи або одну етильну групу (C₂H₅) в різних положеннях.
Для кожного варіанту перевірте, чи не збігається він із уже знайденим. Якщо нумерація з іншого кінця дає ту саму назву — це повтор.
Кількість ізомерів для поширених алканів
Формула | Назва нерозгалуженого | Усього структур складу | Ізомерів (крім вихідного) |
|---|---|---|---|
C₄H₁₀ | бутан | 2 | 1 |
C₅H₁₂ | пентан | 3 | 2 |
C₆H₁₄ | гексан | 5 | 4 |
C₇H₁₆ | гептан | 9 | 8 |
Як читати умову
Формулювання завдання визначає, яке число треба записати:
«Скільки структурних ізомерів має гексан?» — маються на увазі інші структури, крім самого гексану. Відповідь: 4.
«Скільки ізомерів складу C₆H₁₄?» — усі структури, які відповідають цій формулі, включно з нерозгалуженою. Відповідь: 5.
«Скільки структурних ізомерів має 2-метилпентан складу C₆H₁₄?» — інші структури, крім самого 2-метилпентану. Відповідь: 4.
Уважно прочитайте умову! Слова «має речовина» зазвичай означають «крім самої речовини», а «складу» — усі структури даної формули.
Відповіді на частини 21.1 і 21.2 мають різну розмірність, що допомагає перевірити себе. Відповідь на 21.1 — це велике ціле число, зазвичай десятки (58, 72, 86, 100 тощо). Відповідь на 21.2 — мале ціле число, для алканів C₄–C₇ воно лежить у межах 1–9.
Правило контролю для 21.1: якщо ви обчислили Mr, перевірте, чи (Mr − 2) / 14 дає ціле число. Наприклад, Mr = 86: (86 − 2) / 14 = 84 / 14 = 6 — ціле, отже, формула C₆H₁₄ правильна. Якщо результат дробовий — ви помилилися в обчисленні або взяли неправильну формулу.
Не залишайте жодної частини порожньою! Частина 21.1 дає легкий бал за просте обчислення, а 21.2 — бал за систематичність. Навіть якщо ви не впевнені, спробуйте підрахувати ізомери — це може принести 1 бал.
Проста перевірка ізомерів: усі знайдені вами структури мають однакову брутто-формулу й різні назви за систематичною номенклатурою. Якщо дві структури мають однакову назву після нумерації з різних кінців — це одна й та сама речовина, не рахуйте її двічі.
Стратегія: спочатку виконайте 21.1 (обчислення маси), потім 21.2 (ізомери). Якщо часу обмаль — 21.1 швидша й простіша, зробіть її першою.
Розгляньмо кілька типових варіантів структурованого завдання 21, щоб побачити логіку обох частин на практиці.
Приклад 1. Структуроване завдання (гептан)
Умова: «Гептан — насичений вуглеводень. 21.1. Обчисліть відносну молекулярну масу гептану. 21.2. Скільки ізомерів складу C₇H₁₆?»
Розв'язання:
21.1. Гептан — це алкан із 7 атомами Карбону, формула C₇H₁₆. Mr = 7 · 12 + 16 · 1 = 84 + 16 = 100. Відповідь: 100.
21.2. Ізомери складу C₇H₁₆ — усі структури, що відповідають цій формулі. Їх 9: гептан, 2-метилгексан, 3-метилгексан, 2,2-диметилпентан, 2,3-диметилпентан, 2,4-диметилпентан, 3,3-диметилпентан, 3-етилпентан, 2,2,3-триметилбутан. Відповідь: 9.
Чому 8 — хибна відповідь? Тому що 8 — це кількість ізомерів, які має гептан (крім самого гептану). А в умові сказано «ізомерів складу C₇H₁₆», тобто всіх структур, включно з гептаном.
Приклад 2. Структуроване завдання (бутан)
Умова: «Бутан — насичений вуглеводень. 21.1. Обчисліть відносну молекулярну масу бутану. 21.2. Скільки структурних ізомерів має бутан?»
Розв'язання:
21.1. Бутан — C₄H₁₀. Mr = 4 · 12 + 10 · 1 = 48 + 10 = 58. Відповідь: 58.
21.2. Умова запитує, скільки структурних ізомерів має бутан. Бутан — це нерозгалужений алкан C₄H₁₀. Його ізомер — 2-метилпропан (ізобутан). Отже, бутан має 1 структурний ізомер. Відповідь: 1.
Якби в умові запитали «скільки ізомерів складу C₄H₁₀», відповідь була б 2 (бутан і 2-метилпропан). Різниця в одному слові змінює відповідь удвічі!
Приклад 3. Структуроване завдання за Mr
Умова: «Алкан має відносну молекулярну масу 86. 21.1. Визначте число атомів Карбону в молекулі цього алкану. 21.2. Скільки ізомерів складу цього алкану?»
Розв'язання:
21.1. Використовуємо формулу Mr = 14n + 2. 14n + 2 = 86 → 14n = 84 → n = 6. Отже, у молекулі 6 атомів Карбону. Відповідь: 6.
21.2. Формула алкану — C₆H₁₄ (гексан). Ізомерів складу C₆H₁₄ — 5. Відповідь: 5.
Ключові числа: 6 і 5. Запам'ятайте: для гексану (C₆H₁₄) n = 6, а ізомерів складу — 5.
Приклад 4. Коротка відповідь — уважність до формулювання
Умова: «Скільки структурних ізомерів має 2-метилпентан складу C₆H₁₄?»
Розв'язання: 2-метилпентан — це одна з п'яти структур складу C₆H₁₄. Умова запитує, скільки структурних ізомерів має саме 2-метилпентан, тобто інших структур, крім нього самого. Усього структур складу C₆H₁₄ — 5. Одна з них — це сам 2-метилпентан. Отже, інших структур — 4. Відповідь: 4.
Чому 5 — хибна відповідь? Тому що 5 — це кількість усіх структур складу C₆H₁₄, а не кількість ізомерів, які має 2-метилпентан.
Рахувати Mr із десятковими атомними масами замість округлення до одиниць. На НМТ у завданнях 21–24 атомні маси округлюють до одиниць: Ar(H) = 1, Ar(C) = 12. Якщо візьмете Ar(H) = 1,008, відповідь не збігатиметься з очікуваною.
Забувати, що H₂ₙ₊₂ — це 2n + 2, а не 2n. Наприклад, для n = 6 кількість атомів Гідрогену — 14, а не 12. Помилка в індексі призводить до неправильної Mr.
Повторно рахувати ту саму структуру, записану по-іншому (нумерація з іншого кінця). Наприклад, 2-метилпентан і 4-метилпентан — це одна й та сама речовина, якщо нумерувати з іншого кінця ланцюга.
Плутати «ізомери складу C₆H₁₄» (5) і «ізомери гексану» (4). Перше — усі структури, друге — тільки інші, крім самого гексану.
Лишати частину 21.2 порожньою через складність, втрачаючи бал. Навіть якщо ви не впевнені, спробуйте систематичний перебір — це може принести 1 бал.
У НМТ з хімії завдання №21 — це структуроване завдання, що має основу й дві частини (21.1 і 21.2). Кожна частина оцінюється окремо: 1 бал за правильну відповідь. За завдання загалом можна отримати 0, 1 або 2 бали.
У демонстраційному варіанті НМТ-2026 частина 21.1 перевіряла обчислення відносної молекулярної маси алкану, а частина 21.2 — кількість його структурних ізомерів. Це відповідає карті демонстраційного варіанта. Формат 2027 року варто звірити з офіційною характеристикою НМТ-2027.
Числові відповіді вписують у поле для відповіді. Інструкція до завдань 21–24 вимагає округлювати атомні маси до одиниць (Ar(H) = 1, Ar(C) = 12). Відповідь — ціле число без одиниць вимірювання.
Важливо: частини оцінюються незалежно. Якщо ви правильно виконали лише 21.1, ви отримуєте 1 бал. Помилка в 21.2 не знижує бал за 21.1. Тому не ігноруйте жодну частину.
Чи можна отримати 1 бал, якщо правильна лише перша частина?
Так, можна. Кожна частина завдання 21 оцінюється окремо: 1 бал за правильну відповідь на 21.1 і 1 бал за правильну відповідь на 21.2. Якщо ви правильно обчислили відносну молекулярну масу (21.1), але помилилися в підрахунку ізомерів (21.2), ви отримуєте 1 бал. І навпаки — правильна відповідь лише на 21.2 також дає 1 бал. Саме тому варто виконувати обидві частини, навіть якщо одна здається складною.
Як не пропустити ізомер під час перебору?
Дотримуйтесь систематичного перебору: спочатку запишіть найдовший ланцюг, потім укоротіть його на один атом Карбону й розмістіть метильну групу в різних положеннях (не біля крайніх атомів — там вийде той самий довгий ланцюг). Далі вкоротіть ланцюг на два атоми й розмістіть дві метильні групи або одну етильну. Перевіряйте кожну структуру на повтор: якщо нумерація з іншого кінця дає ту саму назву — це вже знайдений ізомер.
Чи рахувати сам вихідний алкан серед його ізомерів?
Це залежить від формулювання умови. Якщо запитують «скільки структурних ізомерів має гексан», то мають на увазі інші структури, крім самого гексану — відповідь 4. Якщо запитують «скільки ізомерів складу C₆H₁₄», то рахують усі структури, включно з нерозгалуженим гексаном — відповідь 5. Уважно читайте, чи згадано в умові конкретну речовину, чи тільки формулу складу.
Як знайти формулу алкану, якщо відома тільки Mr?
Використайте формулу Mr = 14n + 2. Підставте відому Mr і розв'яжіть рівняння: 14n + 2 = Mr → 14n = Mr − 2 → n = (Mr − 2) / 14. Якщо n — ціле число, ви знайшли правильну формулу. Наприклад, Mr = 86: (86 − 2) / 14 = 6, отже, алкан — C₆H₁₄ (гексан). Якщо n вийшло дробовим — перевірте обчислення або згадайте, чи справді це алкан.
Завдання 21 має дві частини по 1 балу, які оцінюються окремо. Разом — 0, 1 або 2 бали.
Mr алкану = 14n + 2. Атомні маси округлюють до одиниць: Ar(H) = 1, Ar(C) = 12.
Ізомери рахують систематично: від найдовшого ланцюга до більш розгалужених.
Запам'ятайте кількість структур складу: C₄H₁₀ — 2, C₅H₁₂ — 3, C₆H₁₄ — 5, C₇H₁₆ — 9.
Розрізняйте формулювання: «має ізомерів» (крім самої речовини) та «ізомерів складу» (усі структури).
Не залишайте жодної частини порожньою — кожна може принести 1 бал.