Лидин Р. А., Молочко В. А. Химия для абитуриентов. От средней школы к вузу
.pdfн ы й к и с л о р о д и а м м и а ч н ы й а з о т :
а) 4РеОГ + 6Н20 = 4РеО(ОН)| 4- БОН" 4- 302|,
4РеО|“ + 20Н+ = 4Ре3 + 4- 10Н2О 4- ЗОэ; б) 2К2Ре04 + 2(ЫН3 • Н20) =
= 2РеО(ОН)| + 2Н20 4- 4КОН + И2|.
Оксид Ре20 3 и РеО(ОН) проявляют амфотерные свой ства; при действии кислот они образуют соответствующие соли железа(Ш)-РеС13, Ре2(804)3 и др., а при сплавлении с КаОН или Ка2С 0 3-диоксоферрат(П1) натрия КаРе02. С разбавленными щелочами РеО(ОН) не реагирует, но при кипячении в 50%-м растворе КаОН образуется гидроксокомплекс Ка3[Ре(ОН)6]:
РеО(ОН) + Н20 4- ЗИаОНСконц.) = Ка3[Ре(ОН)б] | .
Однако этот феррат(Ш) малорастворим, и поэтому РеО(ОН) не переходит в раствор, как, например, гидроксид алюминия.
Следует иметь в виду, что при осаждении из водного раствора получается гидрат оксида железа(Ш) неопреде ленного состава, Ре20 3 лН20:
2Ре3 + 4- 60Н~ |
+ (л-3)Н 20 |
= Ре20 3 |
лН20 |, |
который при |
кипячении |
суспензии |
постепенно переходит |
в метагидроксид железа РеО(ОН). Гидроксид состава Ре(ОН)3 не существует.
Обнаружение ионов Ре2+ и Ре3+ в водном растворе проводят с помощью реактивов К 3[Ре(СК)6] и. К4[Ре(СК)6] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения:
РеиС12 4- К3[Реш(СК)6] = КРеш[Реп(СК)6] | 4- 2КС1,
' РешС13 4- К4[Реп(СМ)6] = КРеш[Реп(СК)6] | 4- ЗКС1.
В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь, или турнбуллева синь. Приведем химические названия исходных реактивов и продукта реакций:
К3[Ре(СК)6]-гексацианоферрат(Ш) калия
К4[Ре(СК)6] -гексацианоферрат(Н) калия
КРеш[Ре(СМ)6] - гексйцианоферрат(П) железа(Ш)-калия
Кроме того, хорошим реактивом на ионы Ре3 + является тиоцианат-ион КС8“; железо(Ш) соединяется с ним, и появ-
190
ляется ярко-красная окраска:
Ре3 + 4- 6ИС8- = [Те(КС8)6]3-.
Этим реактивом (например, в виде соли КИС8) можно обнаружить даже следы железа(Ш) в водопроводной воде, если она проходит через покрытые изнутри ржавчиной же лезные трубы.
Железо-четвертый по4 распространенности элемент на Земле (4,7%; после кислорода, кремния и алюминия) и наибо лее распространенный из тяжелых металлов. Железо из вестно с глубокой древности («железный век»-период в раз витии человечества, наступивший в начале 1-го тысячелетия до н. э. и связанный с началом выплавки железа и изготовле нием железных орудий труда и оружия).
Вприроде железо находится в связанном виде; входит
всостав горных пород,. природных вод и вод некоторых минеральных источников, содержится в живых организмах.
Растения при недостатке железа, не образуют |
хлорофилла |
и теряют возможность ассимилировать С 0 2 |
из воздуха.ч |
У животных и человека железодействующее начало гемо глобина-переносчика кислорода от брганов дыхания к тка ням; соединениями железа являются многие ферменты и бел ки. В организме взрослого человека содержится 4-5 г желе за.
20.1.Составьте электронные конфигурации Сг, Мп, Ре, Си и Ъп. Укажите число валентных и неспаренных электронов.
20.2.Составьте электронные конфигурации ионов Сг2+, Сг3+,
Мп2+, Ре2+, Ре3+, Си+, Си , Тп2+. Приведите примеры соединений, содержащих эти ионы. -
20.3.Сравните электронное строение атомов марганца и хлора. Объясните различие в их химических свойствах и наличие нескольких степеней окисления у обоих элементов.
20.4.Назовите следующие вещества: (ТЧН4)2Сг04, ВаРе04,
Сг804(0Н), |
А§2Сг20 7, |
Ре(НСОэ)2, |
СЮ(ОН), |
Н2СЮ4, |
|
КСг(804)2 • 12Н20, (Сг2Ре)04, ПСЮ2, МпОэР, Ре3С. |
|
||||
20.5. Напишите формулы следующих веществ: |
|
||||
дихромат калия |
гидроксид хрома(Ш) |
|
|||
хромат свинца(И) |
метагидроксид марганца |
|
|||
феррат бария |
|
дисульфид(2—) марганца(Н) |
|
||
оксид хрома(1У) |
пермангацат бария |
|
|
||
20.6. Составьте уравнения реакций, иллюстрирующих окисли тельно-восстановительные свойства роединений марганца в водном
191
растворе: / |
КМп04 4“ НС1(конц.) = |
' Мп02 + Н2804 + КВг = |
|
КМд04 + Н2804 + А1 = |
Мп(ОН)2 (суспензия) 4- 0 2 = |
Мп02 + Щ(конц.) = |
Мд2+ + Н+ + РЬ02 = |
МпОГ + ,Н+ + N07 = |
Мд2 + + Н20 + Мп04 = |
МдО^ + Н20 4- 30|~ = |
А§Мп0 4 + ЮЮ3 4- Н° = А§| + |
МпОГ + Н+ + н2о2 =. |
4: Мп(Ы03)2 4“ ... ' |
МпОГ + Н+ + 302 = |
20,7. Предложите способы получения кристашюгидрата Мп804' 5Н20, исходя и з реагентов: а)1СМп04* б) Мп02, в) Мп.
' - 20.8. Составьте уравнения реакции, иллюстрирующих окисли тельно-восстановительные свойства соединений хрома в водном _ растворе: _ .
СЮ3 + Н2804 = 0 2\ + |
№ 3[Сг(ОН)6] 4- Ка2С2 = Иа2Сг04.4- Л • |
СгС12 + НС1 + 0 2 = |
К2СЮ4 4- Н20 + Н28 = 8 | + ... |
К2Сг20 7 4“ НС1(конц.) = |
К2Сг20 7 4- Н2804 + К1 = |
Сг20 7” + Н+ + 802 = |
[Сг(ОН)б]3_ + №ВЮ3 = СгО|- + |
|
+ В1(ОН)3| + ... |
„ 20.9* Прокаливают на воздухе: а) РеСОэ, б) Ре, в) Ре8. Со ставьте уравнения реакций и обоснуйте образование железосодержащйх продуктов.
20.10.Составьте уравнения термических реакций:
Ре 4- С12 = |
(Т4Н4)2Сг20 7 * Сг2Оэ 4- N2 + ... |
. Ре(М03)3 = |
МпСОэ 4- КСЮ3 = Мп02 4- КС1 4-... |
Сг2Оэ.4* А1 = |
КМп04 = К2Мп04 + Мп02 4-... |
Сг20^ 4“ ЫаОН .= |
Мп02 -4“ КОН + К Ж )3 = К К 02 + ... |
СЮ3 4- С(графит) = |
Ре20 3 + КОН + КЖ )3 = КИ02 4- .... |
= со + ... |
(Сг2Ре)04 4- КОН 4- 0 2 = |
Сг(ОН)3 = (2 реакции) |
=К2СЮ4 + Ре2Оэ + ...
20.11.Какая из степеней окисления железа может считаться наиболее устойчивой? Ваш ответ обоснуйте примерами.
20.12.Составьте уравнения реакций, иллюстрирующих окисли
тельно-восстановительные свойства соединений железа в водном
растворе: |
. |
. |
Ре(НСОэ)2 4- 0 2 = С02|, 4- ... |
|
Ре -Ь Н2804(разб.) = |
Ре804 4- Н2804 + КМп04 = |
|
Ре(ОН)2 4- НЖ)3(конц.) = |
РеО2" + Н+ + Мп2+ = |
|
Ре8* + НЖ)3(конц.) = |
РеО2" 4- Н28 = 8 | + ОН~ + ...- |
|
Ре(82) 4- НЖ)3(конц.) = |
Ре3С + НЖ )3(разб.) = Ре(Ж)3)3 + |
|
Ре3+: + Н28 = Ре8]Г +- |
+ со2т +... |
|
4-8| + ... |
192
20.13. Будет ли защищена железная конструкция от электрохи мической коррозии в воде, если на ней укрепить электрод из магния, свинца, цинка или никеля? - . ,
20.13: В водном растворе находятся одновременно ионы: а) Мп2+ и 2п2+;-б) Ре2+ и Сг3+, в)чРе3+ й Ва2*:^Предложите способы их разделения (выбор реактивов не ограничивается).
20.15.Составьте уравнения обменных реакций в водном раство
ре:
Ее804 + Са(ОН)2 = |
Мп20 7 4* Н20 = |
|
МпО 4- НС1 = |
С кл2 4- ИаОН = |
|
НМп04 4- КОН = |
СгС13 + ИаОН = (2 реакции) |
|
(РепРе“ )04 + НС1 = |
С г20 2“ |
41 ОН’ = Сг02‘_ + |
Ре2(804)3 + КОН = |
СЮ2’ |
4- Н+ = Сг20 2_ 4“ ... |
20.16. При сливании растворов: а) СгС13 и № 28; б) РеС13 иКа2С 03 образуется осадок,гидроксида и выделяется газ. Составь
те уравнения реакций. |
|
|
|
|
^ |
||
20.17. .Составьте уравнения гидролиза солей КСг(804)2, |
|||||||
(ИН4)2Ре(804)2, РеС13 и Мп0^О3)2. |
|
|
|
||||
20.18. Как осуществить Следующие превращения: |
|
||||||
а) Сг |
—> |
СгС12 —> |
Сг(ОН)2 |
—» |
Сг(ОН)3 |
' |
|
|
|
|
—*■ |
Сг(Ы03)3 |
Сг20 3 —> Сг; |
||
б) Сг |
—> |
Сг(Ж>3)3 |
—* Сг(ОН)3 |
—> |
№ 3[Сг(ОН)6] —> |
||
|
|
|
|
—* |
Сг(ОН)3 |
СгС13; |
|
в) Ыа3[Сг(ОН)6] —► № 2Сг04 |
—* |
Ыа2Сг20 7 —» ’ |
|||||
|
|
|
|
* Сг2(804)3 |
► Сг804; |
||
г) Мп —► Мп804 —»• Мп(ОН)2 —> МпО(ОН) —>
—► Мп02 —*• МпС12 —> Мп; д) Ре —> Ре(ОН)2 —> РеО(ОН) —> (РеПРё?)04 —>
—* Ре(Н03)3 —> Ре2Оэ;~
е) Ре —> РеС12 —»• РеС13 —> РеО(ОН) —> —► К2Ре04 —> РеО(ОН) —► Ре20 3 —*■ Ре;
ж) Ре(82) —► Ре2Оэ —►.. (Ре,гРе!1п)04 —> РеО —► —► Ре —► РеС13 —> РеС12.
7-1945
В. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
.................. V Л < :— 1 И г Л 5' . 7- . >1; л , " > \ -----т ^ г г т — — и ■ ’- г т " / |
:------- Н ------- |
/- 21 .ТЕр,ВДЯ Х1ЩИМЕСКОГО Й Щ ЕШ М |
|
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ |
. , |
Предмет органической химии. Теория химического строения А. М'. Бутлерова: Развернутые и сокращенные структурные форму лы. Изомерия. Ациклические и циклические соединения. Первичный, вторичный, третичный, и четвертичный атомы водорода.
Классы органических соединений. Функциональные группы. Го мологические ряды органических соединений.
Природа химической связи в органических соединениях. Реакции замещения, присоединения и разложения. Реакции образования ра дикалов и ионов. • ' * .
. Органическая химия-это химия соединений углерода; точнее, химия углеводородов и их производных. Органи ческие соединения обязательно включают в себя атомы углерода и водорода и часто содержат также атомы кислоро да, азота, галогенов и других элементов...Многообразие органических соединений, их свойства и превращения объяс няет теория химического строения (А. М. Бутлеров, 1861— 1864 гг.).
Химическое строение-это определенная последователь ность расположения атомов в молекуле. Строение молекулы органического соединения изображается структурной фор мулой (развернутой или сокращенной), в которой символы связанных атомов соединяются валентной чертой, например, для этанола С2Н5ОН:
Н Н
I I
развернутая структурная формула Н—С—С—О—Не
сокращенная структурная формула СН3—СН2—ОН
Химические свойства зависят не только от состава (числа атомов того ,или иного элемента) вещества, но и . от его химического строения. Один и тот же состав может соот ветствовать нескольким органическим соединениям с раз ным строением и соответственно разными, свойствами. Это явление называетея изомерией. Например: ,,
|
|
. |
г-> этанел СН3—СН2—ОН |
|
' |
Состав С2Нбр— |
. |
||
>г«' |
' |
Ц |
диметиловый эфир СН3—О—СН3?* |
|
|
|
|
|
194 |
§
Такие вещества называют изомерами.
В зависимости от того, как соединены между собой атомы углерода, различают:
ациклические \ соединения, характеризуются открытой
цепью атомЬв углерода, например |
П. |
|
1 1 1 1 ' |
насыщенные (с одинарными связями)соединения |
|
—С—С—С—С— |
||
—С— |
|
|
I . |
|
|
—С—С =С —С— |
ненасыщенные соединения |
|
—С— |
|
|
циклические соединения, имеют замкнутую в цикл цепь атомов углерода, например
алщиклические соединения-циклические соединения неароматического характера
/ \
—с С— ароматические соединения
Ациклические соединения могут содержать как прямую цепь атомов углерода, так и разветвленную« Поэтому раз личают атомы углерода: первичный (соединен с одним дру гим атомом углерода), вторичный (соединен с двумя атома ми углерода), третичный (соединен с тремя атомами угле рода) и четвертичный (соединен с четырьмя атомами угле рода). Прямая углеродная цепь состоит только из первичных и вторичных атомов углерода; разветвленная цепь содержит
195
7*
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
та^к^хр^тцчньуе флетведоячвые. а т т ш |
углерода, например: |
: |
||||||||||
|
|
|
ЛН |
|
|
|
|
' |
|
, |
V' |
1 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
^ |
9 1 Ш*р.ЧНг |
- 'Ж 4 Ж. I |
ж : \Я О и - П Ы 'Л |
|
|
% |
||||
3 |
\4 |
5 |
6 |
|
|
|
1 |
|
|
|||
С—С—С—С—С—С |
, |
- |
|
|
|
| |
||||||
|
1 |
I |
' |
'< |
|
|
|
|
|
1 |
||
|
С |
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где атомы 7, 2\ 4\ 4", б-первичные; атомы 3, 5 -вторичные; |
|
|||||||||||
атом 2-третичный; атом 4 -четвертичный. |
, |
|
|
|||||||||
|
Приведем, например, все возможные изомеры для соеди |
* |
||||||||||
нения состава С3Н80 . Во-первых, запишем прямую (нераз- |
||||||||||||
ветвленную) цепь атомов углерода с тремя атомами углеро- |
~ |
|||||||||||
да и спиртовую группу —ОН соединим с первичным атомом - |
| |
|||||||||||
углерода. Получим формулу первого изомера: |
|
|
| |
|||||||||
СН3—СН2—СН2—ОН |
|
|
|
|
|
|
; |
|||||
Переместим теперь группу —ОН ко вторичному атому |
I |
|||||||||||
углерода, получаем формулу второго изомера: |
|
. |
] |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
СЧз—с н —с н 3 |
,, |
, |
|
| |
||
- ■.-к,- |
|
|
, -Л |
- |
г ^ н -: |
• |
--> |
>'• |
|
| |
||
Составим, наконец, прямую цепь атомов углерода и вклю- |
; |
|||||||||||
чим в |
нее атом ‘ кислорода. Получаем формулу третьего |
1 |
||||||||||
изомера (простой эфир): |
|
, |
|
|
|
|
||||||
СН3—О—СН2—СН3. |
|
|
|
|
|
|
| |
|||||
Таким образом, существуют три изомерных соединения |
|
|||||||||||
состава С3Н80-первичный и вторичный спирты и простой |
|
|||||||||||
эфир. |
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
Все |
органические |
соединения |
делятся н а, классы. При |
] |
|||||||
надлежность соединения к тому или иному классу опреде- |
||||||||||||
ляется наличием в его составе функциональных групп-групп |
|
|||||||||||
атомов, обусловливающих характерные химические свойства |
|
|||||||||||
данного класса соединений. К функциональным группам |
|
|||||||||||
принадлежат группы —ОН, —СНО, —СООН, —N02, |
; |
|||||||||||
—ИН2 и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Группа атомов органического соединения, которая во |
|
||||||||||
многих реакциях может переходить в молекулу продукта не -* |
* |
|||||||||||
изменяясь;, называется радикалом и обозначается К, напри- |
||||||||||||
мер, метальный радикал —СН3. |
|
|
|
|
' |
|||||||
|
Углеводороды (состоят только из атомов С и Н) и их |
|||||||||||
производные образуют гомологические рядьц члены которых |
! |
|||||||||||
имеют сходное строение и свойства; они отличаются друг от |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
196 |
|
|
|
|
|
|
Л .
друга л а одну или ^несколько-групп |
СН2 |
(гамологическая |
|||
разность). |
|
|
|
|
1 |
Важнейшие классы органических соединений: |
|||||
углеводороды К—Н |
|
|
; |
> _ |
|
галогенопроизводные углеводородов К—X (X = Р, С1, Вг, I) |
|||||
спирты К—ОН |
|
|
|
|
|
.................. |
|
О |
|
||
|
^ ° |
‘ |
|
к |
|
альдегиды К—С с" |
и |
кетоны К.—С—К.' |
|
||
; |
х ОН |
|
|
|
|
кислоты К—С \ |
|
|
|
|
|
х ОН |
|
|
|
|
|
простые эфиры К—О—К' |
|
|
|
||
|
|
/'О |
|
|
■| . |
сложные эфиры К—С< |
|
|
* - |
||
' |
' ' |
ХОК' |
|
||
нитросоединёния К—Ж )2 |
|
|
|
||
амины К.—МН2 |
* |
г; |
' -5‘ " |
|
|
Органические соединения образованы главным образом ковалентными связями. Если ковалентная связь полярна, электронная плотность оказывается смещенной в сторону . более электроотрицательного атома. Вследствие этого на атомах появляются частичные заряды: положительный (8+)
и отрицательный (8—):
5 + 8 - |
8 + 8 - |
|
СН3—Вг, |
,СН3—СН=СН2 |
V, V - |
Химические реакции, типичные для органических соеди нений, можно классифицировать по различным признакам.
1) По типу химического превращения^ * 5 • реакции замещений,сопровождающиеся образованием но
вых ковалентных связей при замещении одного атома (или группы атомов) на другие атомы или группы атомов, на пример:
СН3—Н + С12 —* СН3—С1 + НС1,
СН3—С1 + КаОН |
СН3—ОН + ЫаС1, |
реакции присоединения (синтеза), сопровождающиеся об разованием новых ст-связей за счет разрыва” тг-связи, напри мер:
СН2=С Н 2 + НВг —* Н—СН2—СН2—Вг.
реакции разложения, сопровождающиеся образованием
1&
новых болеедростых псцсоставу молекул, нацример:
Н |
Н , ; С |
Эц |
. : |
Н—С—С—Н Н250?|(КОНЦ)>СЦ2 г .СН2 + Н2<}. |
|
||
I |
I , ' |
" |
|
I-----------1 |
|
|
|
! и |
он ] |
|
|
2) |
По, Способу разрыва связи: 1 ^ |
> Ч |
|
реакции с образованием радикалов; сопровождающиеся симметричным разрывом связи {гемолитический разрыв свя
зи), например |
ч |
*- |
А •* В —> А- + В- |
|
|
радикалы |
|
|
реакции с образованием ионов, сопровождающиеся несим метричным разрывом связи {гетеролитический разрыв свя
зи), например |
- |
^ |
А~В -* А+ + (В:)‘ |
|
|
катион анион |
|
|
|
Упражнения |
|
21:1. Укажите, какие из перечисленных ниже соединений явля ются органическими: Ка2СОэ, С3Н8, С2Н5С1, С2Н4, СаС2, ИаС1, СН3СООН, С 02, СН3ЫН2, С6Н5Ж )2, Са(СЫ)2, Н28, С2Н2, СН3ОН, НЖ )3, СО: ,
21.2.Составьте'^развёрнутые структурные формулы следующих органических соединений: С2Нб, СН3ОН, С2Н5ОС3Й7, С3Н7ОН, С3Н8, С2Н5ЫН2, С2Н5Вг.
21.3.Для веществ, приведенных в упражнении 21.2, напишите сокращенные структурные формулы.
21.4.В следующих углеродных цепях укажите первичные, вто ричные, третичные и четвертичные атомы углерода:
А |
|
I ' ‘ |
1 1 1 1 |
“ С— |
|
I I I |
I |
|
—С—С—С—, |
—с= с—с—с—, |
—с—с—с— |
21.5.Составьте структурные формулы всех возможных изоме ров для молекулярных формул: а) С4Н10, б) С4Н10О. Укажите первичные, вторичные и третичные атомы углерода.
21.6.Укажите среди следующих веществ насыщенные, ненасы
198
щенные, алицикличеекиел ароматические соединения:
СН—СН3 |
Н2С—СН2 |
СН2—СН2 |
. |
СН - |
||
II |
, 1 |
1 , |
1 1 |
/ Ч |
• |
|
СН—СН3 |
Н2С |
СН2 |
СН2 СН3 |
НС |
СВг |
|
|
\ |
/ |
\ |
11- 1 |
||
|
|
СН2 |
СН2Вг |
НС |
СН |
|
СН
21.7.Назовите класс, к которому принадлежат следующие
органические соединения: |
- |
СН3ИН2, СН3СООН, С2Н5Ж )2, СН3С(0)0С2Н5, СН3С(0)С2Н5,' С2Н5ОСН3, С2Н5С(0)Н, С2Н6, С2Н5Вг, С3Н6, С6Н5ОН, С6Н12.
22. ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. ЦИКЛОАЛКАНЫ
Предельные углеводороды (алканы, парафины). Гомологиче |
|
||
ский ряд алканов, номенклатура. Алкилы. Строение предельных |
|
||
углеводородов. |
|
|
|
Химические свойства алканов. Взаимодействие с галогенами. |
|
||
Механизм реакций замещения. Способы получения алканов. |
|
||
Метан и этан как важнейшие представители предельных углево |
|
||
дородов. |
, |
< |
' |
Понятие о циклоалканах. |
|
. |
|
Предельные углеводороды (алканы, парафины, жирные или
алифатические соединения)-это соединения углерода с водо родом, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой одинарной связью. Общая формула гомологи ческого ряда алканов'СиН2и+2*Радикал, получающийся при отрыве одного атома водорода от молекулы предельного углеводорода, называется алкилом; общая формула алкилов СяН2я+1. Приведем формулы и названия первых шести алканов (Сх—0$) и отвечающих им радикалов:
Алкан |
Алкил |
СН4метан |
—СН3 -метил |
С2Н6-этан |
—С2Н5~этил |
С3Н8 - пропан |
—С3Н7 - пропил |
С4Н10бутан |
—С4Н9-бутил |
С5Н12-пентан —С5Нц-пентил |
_ |
|
СбН14-гексан |
—СбН13-гексил |
|
Для составления названий алканов с разветвленной цепью, например алкана
СН3 СН3
СН3—СН—СН—сн2—сн3, |
||
1 |
1 |
" |
I 2 |
. 3 4 |
5 |
выбирают самую длинную углеродную цепь (в примере- 5 ,
199