Березан О.В. Органічна хімія

§93. Розв’язання якісних задач

Найчастіше трапляються якісні задачі, в яких потрібно:

1)розпізнати органічні речовини за допомогою характерних реакцій, відмінностей фізичних та хімічних властивостей (використовують будь-які реактиви);

2)розпізнати органічні речовини з використанням обмеженої кількості реактивів;

3)розділити суміші на окремі речовини.

Задача 1. У трьох пробірках без надписів міститься бензен, толуен, стирен. Як хімічним шляхом визначити вміст кожної пробірки?

Розв’язання

1. Усі речовини досліджують на взаємодію із бромною водою. У пробірці зі стиреном бромна вода знебарвиться:

+ Вr2 →

2. Замість розчину брому можна використати водний розчин калій перманганату, який також знебарвиться. Бензен не окиснюється калій перманганатом, толуен окиснюється до бензойної кислоти лише внаслідок нагрівання, а фіолетове забарвлення поступово зникає:

3. Для виявлення бензену можна здійснити реакцію нітрування:

Після доливання води до реакційної суміші утворюється масляниста рідина С6Н5NО2, яка важча за воду і має запах гіркого мигдалю.

Задача 2. У чотирьох пробірках міститься відповідно крохмаль, сахароза, аміноетанова кислота і тристеарат гліцеролу. Опишіть, як за відмінністю фізичних та хімічних властивостей визначити ці речовини.

Розв’язання

1.Сахарозу та аміноетанову кислоту можна розрізнити за їхнью розчинністю у воді.

2.Для виявлення сахарози треба здійснити кислотний гідроліз: лише сахароза гідролізує (з утворенням глюкози та фруктози):

глюкоза фруктоза

Одержаний розчин досліджують на наявність альдегідної групи за допомогою реактиву Толленса (реакція срібного дзеркала):

На стінках посудини утворюється металеве срібло.

3.Крохмаль визначають за характерною реакцією з йодом: утворюється складна сполука, розчин набуває синього кольору.

4.Залишається тристеарат гліцеролу, нерозчинний у воді.

172

Задача 3. У трьох ампулах містяться три рідини: карбон(IV) тетрахлорид, октан і бромоетан. Опишіть, як за відмінністю фізичних та хімічних властивостей визначити ці речовини. Наведіть рівняння реакцій.

Розв’язання

1. З усіх речовин лише бромоетан реагує з лугом: C2H5Br + КОН → С2Н5ОН + КBr

Йони Брому можна виявити реакцією з аргентум(І) нітратом:

КBr + AgNO3 → AgBr↓ + КNO3

жовтий осад

2. Із двох рідин, які залишились, лише октан хлорується на світлі:

Виділений гідроген хлорид (після розчинення газу у воді) можна виявити реакцією з аргентум(І) нітратом:

HCl + AgNO3 → AgCl↓ + НNO3

білий осад

Рідина, яка не прореагувала ні з лугом, ні з хлором, — це карбон(IV) тетрахлорид.

Задача 4. У чотирьох запаяних ампулах міститься чотири різних гази: нітроген(ІІ) оксид, бутен, метанамін і етин. Опишіть, як визначити ці речовини. Наведіть рівняння реакцій.

Розв’язання

1. На повітрі лише нітроген(ІІ) оксид окиснюється до нітроген(ІV) оксиду бурого кольору:

2NO + O2 → 2NO2

2.Метанамін має характерний різкий запах амоніаку.

3.Аналогічно й етин має специфічний запах. Унаслідок його горіння утворюється багато кіптяви. Також можна використати його реакцію з амоніачним розчином Ag2O:

СН≡СН + 2[Ag(NH3)2]OH → Ag–C≡С–Ag↓ + 4NH3↑ + 2Н2O

Утворюється білий осад аргентум(І) ацетиленіду.

4. Ненасичені вуглеводні бутен і етин знебарвлюють бромну воду:

СН2=СН–СН2–СН3 + Br2 → СН2Br–СНBr–СН2–СН3

СН≡СН+ 2Br2 → СНBr2–СНBr2

Задача 5. Як розділити суміш амоніаку, метану, пропену і пропіну?

Розв’язання

1. Послідовно пропустимо газову суміш крізь посудини, які містять:

а) хлоридну кислоту — поглинається амоніак, інші гази із гідроген хлоридом не реагують:

NH3 + НСl → NH4Cl

б) амоніачний розчин купрум(І) хлориду — поглинається пропін:

СН3–С≡С–Н + CuCl + NH3 → СН3–С≡С–Cu↓ + NH4Cl

в) бромну воду — буде зв’язуватися пропен, а 1,2-дибромопропан виділятися у вигляді крапельок важкої маслянистої рідини:

СН2=СН–СН3 + Br2 → СН2Br–СНBr–СН3

173

2. Після пропускання газів крізь усі посудини залишиться метан. Для виділення газів з утворених розчинів використаємо такі реакції:

г) до розчину амоній хлориду додаємо луг:

NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3↑ + НСl

ґ) до осаду купрум(І) метилацетиленіду додаємо хлоридну кислоту:

СН3–С≡С–Cu + НСl → СН3–С≡С–Н↑ + CuCl

д) до 1,2-дибромопропану додаємо цинк (пудру): СН2Br–СНBr–СН3 + Zn → СН2=СН–СН3↑ + ZnBr2

Задача 6. Як за допомогою одного реактиву розпізнати етаналь, гліцерол, етанову кислоту і глюкозу?

Розв’язання

1. Для проведення дослідження використаємо свіжоприготований купрум(ІІ) гідроксид, який, як правило, отримують взаємодією купрум(ІІ) сульфату з натрій гідроксидом:

CuSО4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SО4

Гліцерол і глюкозу належать до багатоатомних спиртів, із купрум(ІІ) гідроксидом вони утворюють характерні яскраво-сині розчини:

купрум(ІІ) гліцерат

прозорий розчин синього кольору

Утворені розчини доводять до кипіння, унаслідок чого альдегідна група глюкози окиснюється надлишком купрум(ІІ) гідроксиду з утворенням глюконової кислоти:

Утворюється осад купрум(І) оксиду червоного кольору.

2. Розчини етанової кислоти й етаналю не утворюють яскраво-синіх розчинів з купрум(ІІ) гідроксидом. Додаємо до них купрум(ІІ) гідроксид і нагріваємо:

а) у пробірці, що містить етаналь, відбувається його окиснення до етанової кислоти (утворюється червоний осад купрум(І) оксиду):

б) у пробірці, де містилась етанова кислота, відбулася її взаємодія з купрум(ІІ) гідроксидом з утворенням блакитного розчину купрум(ІІ) етаноату:

174

г) анілін, метанол, олеїнова кислота; ґ) октан, бутаналь, толуен; д) бензен, етанова кислота, метаналь;

e) масляна кислота, октан, анілін; є) стирен, гексан, толуен;

ж) хлороформ, бензен, трихлороетен; з) гексан, стирен, бензен.

Опишіть, як за відмінністю їхніх хімічних і фізичних властивостей можна визначити, де яка рідина міститься. Наведіть приклади реакцій.

846.У суміші містяться ізобутанол, пентан, етанова кислота, етанол та пропанон. Як виділити кожну речовину у чистому вигляді?

847.Каталітичним окисненням толуену одержали суміш, яка містить бензиловий спирт, бензальдегід, бензойну кислоту і толуен, що не прореагував. Запропонуйте схему хімічного розділення одержаної суміші на індивідуальні компоненти.

848.Як розділити суміш трьох ароматичних сполук: бензену, фенолу та аніліну?

849.Як хімічним шляхом розділити на індивідуальні компоненти суміш газів: а) суміш, яка містить сульфур(ІV) оксид, метанамін, етин і кисень;

б) суміш, яка містить вуглекислий газ, етен та етин; в) суміш метану, пропену та азоту; г) суміш пропану, пропену та пропіну;

д) суміш метанаміну, кисню та етену? Напишіть рівняння реакцій.

850.*У трьох пронумерованих пробірках містяться такі тверді речовини: а) крохмаль, сахароза, дипептид аміноетанової кислоти; б) тристеарат гліцеролу, аміноетанова кислота, сахароза; в) сечовина, аміноетанова кислота, крохмаль; г) бензойна кислота, крохмаль.

Як, знаючи їхні хімічні та фізичні властивості, визначити, де яка речовина міститься?

851.Як з газової суміші, що містить пропан, бутан, ізобутан та ізобутилен, хімічним способом виділити ізобутилен?

852.Як розпізнати бензен, толуен та бензин прямої перегонки?

853.*У чотирьох склянках містяться бензойна кислота, винна кислота, щавлева кислота, глюкоза. Ідентифікуйте кожну речовину, використавши мінімальну кількість реактивів.

854.Які хімічні реакції можна використати, щоб ідентифікувати видані вам два полімери: полістирен та поліхлоровініл?

855.Як розпізнати гліцерол, метаналь та етанол за допомогою одного реактиву?

856.Як довести, що молочна та метанова кислоти є біфункціональними сполуками? Напишіть рівняння реакцій.

857.Як, використовуючи відмінності фізичних і хімічних властивостей, можна виявити гази, запаяні в трьох ампулах:

а) метанамін, нітроген(ІV) оксид, метаналь; б) бутан, пропен, етин; в) метан, етен, вуглекислий газ;

г) бутадієн, метанамін, етин?

176

858. У чотирьох пронумерованих пробірках містяться гексан, гексен, хлорогексан та суміш гексену із хлорогексаном. Використовуючи лише мідний дріт, водний розчин калій перманганату та пальник, ідентифікуйте кожну речовину.

§94. Електронна будова елементів, реакційна здатність речовин, типи реакцій, у які вступають органічні сполуки

Хімічні властивості сполук, типи реакцій, у які вони можуть вступати, а також швидкість цих реакцій залежать від розподілу електронної густини в молекулі органічної речовини, яка, своєю чергою, залежить від типу хімічного зв’язку між атомами.

Нижче наведено таблицю, що містить відносні електронегативності деяких атомів елементів (за Полінгом):

Якщо різниця електронегативностей дорівнює або більша за 1,7, то утворюється йонний зв’язок. Якщо різниця електронегативностей менша за 1,7, то утворюється полярний ковалентний зв’язок.

1.Користуючись наведеними вище значеннями відносних електронегативностей атомів, доведіть, які хімічні зв’язки більш характерні для органічних сполук.

2.Для яких класів органічних сполук можливе утворення речовин, що містять іонний зв’язок?

Як відомо, залежно від способу перекриття електронних орбіталей ковалентні зв’язки поділяють на σ-зв’язки та π-зв’язки.

1.Які зв’язки називають σ-зв’язками?

2.Які існують способи перекриття електронних орбіталей?

3.Як утворюються σ-зв’язки? Які електронні орбіталі беруть участь у їхньому утворенні?

4.Порівняйте міцність σ- та π-зв’язків.

5.Які способи гібридизації електронних орбіталей карбонових атомів ви знаєте?

6.Укажіть тип гібридизації, довжину С–С зв’язку та валентний кут у молекулах метану, етену, етину та бензену.

7.Укажіть стан гібридизації кожного карбонового атома в молекулі такої будови:

СН3–СН=СН–С≡СН Скільки в ній міститься σ- та π-зв’язків?

Знаючи, що реакційна здатність характеризує легкість, з якою сполуки вступають у той чи інший тип реакції, і залежить від типу зв’язку в молекулі, його полярності та електронних ефектів:

1.Поясніть, чому сполуки, що мають у будові π-зв’язки, вважають більш реакційноздатними порівняно з органічними речовинами, у будові яких є лише σ-зв’язки.

2.Порівняйте хімічну активність етану і хлороетану.

3.Обґрунтуйте, яка сполука з наведених дигалогенопохідних алканів є найбільш реакційноздатною: 1,2-дихлоробутан, 1,2-дибромобутан чи 1,2-дифлуоробутан.

4.Порівняйте реакційну здатність етанової та бромоетанової кислот.

Як відомо, залежно від того, як відбувається розрив зв’язків в органічних сполуках, хімічні реакції поділяють на радикальні та йонні.

177

1.Дайте визначення радикальних реакцій. Запишіть схему розриву спільної електронної пари.

2.Дайте визначення йонних реакцій. Які є два шляхи розриву спільної електронної пари в молекулах органічних сполук? Який з них характерний для йонних реакцій?

3.Наведіть приклади радикальних та йонних реакцій.

4.До якого типу реакцій належить реакція галогенування насичених вуглеводнів?

5.Як відбувається реакція взаємодії спиртів з гідроген галогенідами?

§95. Класифікація хімічних реакцій

Залежно від того, скільки речовин вступило в реакцію і скільки їх утворилося, визначають тип реакції.

І. Реакції приєднання відбуваються шляхом розриву π-зв’язку в молекулі органічної сполуки та одного σ-зв’язку в молекулі реагенту.

1.Наведіть приклад реакцій приєднання водню до алкіну, альдегіду та алкадієну. Установіть зв’язки, які руйнуються.

2.Для яких інших класів органічних речовин характерні реакції приєднання? Наведіть приклади.

3.Як відбуваються реакції приєднання води, гідроген броміду до бут-1-ену?

4.Напишіть рівняння реакції повної гідрогенізації молекули, що має таку будову:

5.Заповніть таблицю:

178

ІІ. Розрізняють основні чотири типи реакцій відщеплення. Заповніть таблицю:

ІІІ. Наведіть приклади реакцій заміщення Гідрогену на галоген, нітрогрупу та сульфогрупу, використовуючи вивчені класи органічних речовин.

§96. Види ізомерії

Дайте відповіді на запитання:

1.Що таке ізомерія? Які види ізомерії вам відомі?

2.Що таке ізомери?

3.Чим відрізняються ізомери від гомологів? Заповніть таблицю:

-за структурою карбонового ланцюга

-за місцем кратного зв’язку

179