§ 29. Генетическая связь между неорганическими и органическими веществами

Вы уже знаете, что вещественный мир природы чрезвы­чайно разнообразен и вместе с тем все вещества взаимосвя­заны. Но до начала XIX в. считалось, что между неорганичес-

ЙЕНС-ЯКОБ БЕРЦЕЛИУС

(1779—1848)

Шведский химик и минералог, член Сток­гольмской АН. затем ее президент (1810—1818). Открыл церий, селен, кремний, цирконий, тантал, ианадий, торий. Обогатил органическую химию сведениями о кислотах и явлениях изомерии. Не менее важен его вклад в химический качествен­ный и количественный анализы и минералогичес­кую химию. Развил атомное учение классически­ми исследованиями закона кратных отношений. Составил таблицу атомных масс элементов. От­крыл катализ. Предложил химические символы элементов (1814), которыми мы пользуемся и поныне.

кими и органическими веществами существует непреодолимая граница.

Такая точка зрения объясняется тем, что в начале XIX в. благодаря трудам шведского химика Й. Берцелиуса, который в 1806 г. ввел в науку термин «органическая химия», начала формироваться наука об органических веществах как само­стоятельная отрасль химических знаний.

С одной стороны, обособление органической химии имело положительное значение, поскольку подчеркивало важность этой группы веществ. Но. с другой стороны, такое обособ­ление сыграло отрицательную роль, поскольку закрепляло мнение, что между неорганическими и органическими веще­ствами существует непроходимая пропасть. А это тормозило развитие науки. Это мнение подкреплялось тем. что в то время никому еще не удавалось синтезировать хотя бы одно веще­ство, считавшееся органическим. В этом ученые усматривали особое своеобразие органических веществ. И. Берцелиус в свя­зи с этим утверждал, что якобы природа имеет в своем распо­ряжении сверхъестественные силы, которыми химики не вла­деют, что в живой природе вещества подчиняются другим законам, чем в неживой, и что образование органических веществ происходит при участии «жизненной силы» — У^з УНаНз.

Первый удар по витализму был нанесен открытием не­мецкого химика Ф. Велера (ученика И. Берцелиуса), который в 1828 г. из неорганического вещества цианата аммония получил мочевину— вещество

животного происхождения:

Как выяснилось позже, это был не синтез, а только пере­группировка атомов.

Окончательно опровергли виталистическое учение син­тезы таких органических веществ, как анилин (Н. Н. Зинин, 1842), уксусная кислота (Г. Кольбе, 1845), жиры (М. Бертло, 1854), сахаристое вещество (А. М. Бутлеров, 1861), мочевая кислота (И. Я. Горбачевский, 1882). В результате этих синте­зов был сделан важный вывод: органические вещества могут быть получены из неорганических. В дальнейшем было осу­ществлено много различных синтезов органических веществ из неорганических. Все они подтвердили, что вещества гене­тически взаимосвязаны.

Ярким свидетельством существования генетической связи между неорганическими и органическими веществами явля­ется также круговорот биогенных элементов в природе.

Вспомним хотя бы круговорот углерода (см. § 23 в учеб­нике для 10 класса). Он осуществляется благодаря четко отла­женному в ходе эволюции механизму функционирования двух фундаментальных процессов — фотосинтеза и клеточного ды­хания. Вследствие жизнедеятельности растительных организ­мов (в том числе и фитопланктона Мирового океана), содер­жащих хлорофилл, углекислый газ из атмосферы и вода из почвы под влиянием солнечной энергии превращаются в орга­нические вещества, в частности углеводы. При этом энергия Солнца переходит в энергию химических связей органических соединений, прежде всего углеводов. Упрощенную схему фо­тосинтеза можно представить так:

Противоположный фотосинтезу процесс — это клеточное дыхание, при котором происходит расщепление синтезирован­ных из СО₂ и Н₂О углеводов. Кислород, выделяющийся во время фотосинтеза, используется всеми организмами (и жи­вотными, и растениями) для окисления углеводов. Окисляя органические вещества, живые клетки возвращают СО₂ в ат­мосферу (рис. 26). Человек осуществляет, по сути, то же самое, когда сжигает уголь или нефть: он возвращает в атмосферу еще «палеозойский СО₂».

Следовательно, все вещества генетически (от греч. §епе-818 — происхождение) связаны между собой. Генетическая связь состоит в том, что каждое вещество может химически взаимодействовать с веществами других классов. Органичес­кие соединения могут взаимодействовать с неорганическими. Их можно синтезировать из неорганических и превращать в

неорганические. В этом вы еще раз сможете убедиться, выпол­нив предложенные задания.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Задания для самоконтроля

199. По приведенным схемам напишите уравнения реакций, ото­бражающие генетическую связь между неорганическими вещест­вами:

200. По приведенным схемам напишите уравнения реакций, ото­бражающие генетическую связь между органическими веществами:

201. По приведенным схемам напишите уравнения реакций, ото­бражающие генетическую связь между неорганическими и органи­ческими веществами:

Практическая работа 1 Свойства уксусной кислоты

Опыт 1. Действие уксусной кислоты на индикаторы.

К раствору уксусной кислоты добавьте 1—2 капли рас­твора лакмуса или метилового оранжевого.

Как изменилась окраска раствора? О чем это свидетель­ствует?

Опыт 2. Взаимодействие уксусной кислоты с основа­ниями.

К раствору гидроксида натрия, окрашенного фенолфта­леином, добавляйте по каплям раствор уксусной кислоты до обесцвечивания фенолфталеина.

О чем свидетельствуют результаты опыта? Напишите урав­нение реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах.

О п ы т 3. Взаимодействие уксусной кислоты с металлами.

В пробирку с разбавленной уксусной кислотой опустите стружку магния. Наблюдайте выделение газа.

Какой газ выделяется? Напишите уравнение реакции в мо­лекулярной, полной и сокращенной ионных формах.

О п ы т 4. Взаимодействие уксусной кислоты с солями.

В пробирку с раствором уксусной кислоты добавьте соль какой-либо кислоты, более слабой, чем уксусная, например карбонат натрия.

Что наблюдается? Какой газ выделяется? Напишите урав­нение реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах.

Практическая работа 2

Решение экспериментальных задач на распознавание органических веществ

1. В трех пронумерованных пробирках содержатся: а) хлорсодержащее органическое вещество; б) раствор уксус­ ной кислоты; в) раствор крахмала. Определите, в какой про­ бирке какое вещество.

2. С помощью одного и того же реактива определите: а) глицерин; б) уксусный альдегид.

3. Докажите, что ацетат натрия — соль слабой кислоты. Результаты опытов подтвердите, где возможно, уравнения­ ми реакций.

Практическая работа 3

Решение экспериментальных задач Вариант I

Задача 1. Получите нитрат меди(Н), имея в своем распо­ряжении только растворы хлорида меди(П), азотной кислоты и гидроксида калия. Напишите уравнения реакций в' молекуляр­ной и ионной формах.

Задача 2*. В трех пронумерованных пробирках содержатся растворы глицерина, глюкозы и формальдегида. Определите, в какой из пробирок какое вещество содержится, и напишите необходимые уравнения реакций.

Вариант II

Задача 1. Получите хлорид железа(Ш) тремя различными способами. Напишите уравнения реакции в молекулярной и ионной формах.

Задача 2*. В трех пронумерованных пробирках содержатся растворы крахмала, мыла и белка. Определите, в какой из про­бирок какое вещество содержится, и, где возможно, напишите уравнения реакций.

Вариант III

Задача 1. Получите хлорид цинка тремя различными спо­собами. Напишите уравнения реакции в молекулярной и ион­ной формах.

Задача 2*. В трех пронумерованных пробирках содержатся растворы уксусной кислоты, этилового спирта и глицерина. Определите, в какой из пробирок какое вещество содержится, и напишите необходимые уравнения реакций.

Вариант IV

Задача 1. Докажите опытным путем, что выданный вам кристаллический моносахарид проявляет свойства альдегида и многоатомных спиртов. Ответ сопровождайте уравнениями реакций.

Задача 2. В трех пробирках содержатся растворы серной, соляной и азотной кислот. Как доказать присутствие той или иной кислоты? Ответ мотивируйте уравнениями реакций.

Задача 3. К раствору фосфата натрия добавьте раствор гидроксида кальция. Что наблюдается? Почему? Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

Вариант V

Задача 1. Докажите опытным путем, что в состав олеи­новой кислоты входит непредельный углеводородный ради­кал. Ответ проиллюстрируйте уравнением реакции.

Задача 2. В трех пронумерованных пробирках содержатся растворы карбоната натрия, хлорида натрия и сульфата натрия. Определите, в какой пробирке какая соль находится. Ответ мотивируйте уравнениями реакций.

Задача 3. В пробирку с раствором хлорида железа(Ш) до­бавьте раствор едкого натра. Что наблюдается? Почему? Напи­шите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

Вариант VI

Задача 1*. Исследуйте водный раствор фенолята натрия лакмусовой бумажкой. Какова реакция раствора? Чем она объясняется?

Задача 2. В трех пробирках содержатся растворы хлорида натрия, бромида натрия, йодида натрия. Как их распознать? Ответ мотивируйте уравнениями реакций.

Задача 3. В пробирку с раствором карбоната натрия до­бавьте немного разбавленной соляной кислоты. Что наблю­дается? Почему? Напишите уравнение реакции в молекуляр­ной и ионной формах.

Вариант VII

Задача 1. Докажите опытным путем, что: а) хлорид аммо­ния— это действительно аммонийная соль; б) хлорид аммо­ния — соль соляной кислоты. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

' Задача 2. В трех пробирках содержатся растворы фенола, уксусной кислоты и крахмала. Как их распознать? Напишите, где возможно, уравнения реакций.

Задача 3. Осуществите следующие превращения:

Напишите уравнения реакций.

Вариант VIII

Задача 1. Получите нитрат меди(И) тремя различными спо­собами. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ион­ной формах.

Задача 2*. В трех пробирках содержатся растворы глю­козы, глицерина и белка. Как их распознать? Напишите, где возможно, уравнения реакций.

Напишите уравнения реакций.

Задача 3. Осуществите следующие превращения:

Практическая работа 4

Решение экспериментально-расчетных задач

202. Получите сульфат бария реакцией обмена и выделите его из смеси. Вычислите массу каждого их исходных веществ, взятых вами для получения сульфата бария количеством ве­ щества 0,5 моль.

203. Получите карбонат кальция реакцией обмена и выде­ лите его из смеси. Вычислите массу каждого из исходных веществ, взятых вами для получения карбоната кальция коли­ чеством вещества 2 моль.

204. Получите гидроксид железа(Ш) и выделите его из сме­ си. Вычислите массу каждого из исходных веществ, взятых вами для получения гидроксида железа(Ш) количеством веще­ ства 0,5 моль.

205. Получите и соберите кислород. Докажите опытным путем, что полученный газ — кислород. Вычислите, хватит ли кислорода, полученного при разложении 0,5 моль перманга- ната калия, для сжигания 0,5 моль этана.

206. Получите и соберите оксид углерода(1У). Докажите опытным путем, что полученный газ — оксид углерода(1У). Вычислите объем (н. у.) оксида углерода(1У), который можно получить из карбоната кальция массой 200 г с массовой долей примесей 10 %.

■•207. Получите и соберите аммиак. Докажите опытным пу­тем, что полученный газ — аммиак. Вычислите, какой объем аммиака (н. у.) можно получить из хлорида аммония массой 20 г, если выход аммиака составляет 70 %.

208. Докажите опытным путем, у какого вещества кислот­ные свойства проявляются слабее — у фенола или угольной кислоты. Напишите необходимые уравнения реакций и вычис­лите объем оксида углерода(1У), который расходуется на реак­цию с фенолятом натрия количеством вещества 0,5 моль.

- 209*. В пробирку накапайте 3—5 капель концентрирован­ного раствора фенола и добавляйте каплями насыщенную бромную воду до появления осадка.

Напишите уравнение реакции бромирования фенола, ука­жите название осадка и вычислите его массу при условии, что

на бромирование фенола количеством вещества 0,5 моль из­расходовано 2 моль брома.

Внимание! После работы с фенолом тщательно

вымойте руки

210*. Взболтайте в пробирке 0,5 мл анилина и 3—4 мл во­ды. К полученной эмульсии добавляйте каплями концентри­рованную бромную воду до образования белого осадка.

Напишите уравнение реакции, назовите вещество, выпав­шее в осадок, и вычислите количество вещества осадка при условии, что анилин прореагировал с бромной водой объемом 200 мл с молярной концентрацией брома 3 моль/л.

Практическая работа 5

Решение расчетных задач и упражнений

211. Вычислите объем оксида углерода(1У) (н. у.), выде­ ляющегося при спиртовом брожении глюкозы, образующейся вследствие гидролиза 0,5 моль сахарозы.

212. Какая соль и какой массой образуется при действии избытка соляной кислоты на 11,2 г железа?

213. Какая масса соли образуется при действии на 10 г гидроксида калия раствора, содержащего 10 г азотной кис­ лоты?

214. Вычислите относительную плотность по водороду ок­ сида серы(1У).

215. Имеется раствор, в котором на 1 моль серной кислоты приходится 1 моль воды. Какова массовая доля серной кис­ лоты в этом растворе?

216. На едкий натр массой 20 г подействовали раствором, содержащим 60 г серной кислоты. Какая соль и каким коли­ чеством вещества образовалась при этом?

217. Определите массу безводной серной кислоты, какая может получиться по расчету из 800 т серного колчедана, в котором массовая доля серы составляет 45 %.

218. Определите массу гашеной извести, необходимую для получения из нашатыря столько аммиака, сколько его надо для приготовления 1 кг раствора с массовой долей аммиа­ ка 17 %.

219. Определите массу ортофосфата аммония, какую мож­ но получить при взаимодействии аммиака массой 50 кг со 100 кг раствора с массовой долей ортофосфорной кислоты •75 %.

220. Определите объем аммиака (н. у.), который можно получить, нагревая 20 г хлорида аммония с 20 г гидроксида кальция, если выход его составляет 98 %.

221. Какая масса аммиака требуется для получения 5 т раствора с массовой долей азотной кислоты 60 %, если потери аммиака в производстве составляют 2,8 %?

222. При пропускании смеси этилена с метаном через склянку с бромом масса склянки увеличилась на 8 г. Опре­ делите объем прореагировавшего газа.

д) этилен —> этанол —» этиловый эфир уксусной кислоты

223. При сжигании 1,3 г вещества образовалось 4,4 г оксида углерода(1У) и 0,9 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 39. Выведите молекулярную формулу этого соединения и рассчитайте, хватит ли 150 л кислорода (н. у.) для сжигания 1 моль этого вещества.

224. Определите массу уксусной кислоты, расходуемой на синтез 35,2 г этилового эфира уксусной кислоты, если выход последнего составляет 80 %.

225. При взаимодействии двухвалентного металла с водой образуется водород объемом 5,11 л (н. у.). Определите металл,

226. Напишите уравнения реакций на основании следую­ щих схем: