Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум для СПО
.pdf
41
Практическая часть
1. На примере 2-метилбутана покажите взаимодействие с бромом, азотной
кислотой, кислородом.
2. На примере пропена покажите взаимодействие с бромоводородом, во-
дой, окислителем.
3. На примере бутина покажите взаимодействие с хлороводородом, водой,
амидом серебра.
4. Для углеводорода состава С5Н8 приведите структурные формулы всех
возможных изомеров.
Экспериментальная часть
Получение и свойства этилена
Лабораторным способом получения алкенов является реакция внутримолекулярной дегидратации спиртов в присутствии минеральных кислот.
Для получения этилена используют этиловый спирт и концентрированную
серную кислоту. Реакция идет по следующей схеме:
Н3С – Н2С – ОН + НОSО2ОН → Н3С – Н2С – О – SО2ОН + НОН;
этанол этилсерная кислота
t°
Н3С – Н2С – О – SО2ОН → Н2SО4 + Н2С = СН2.
этилен
Этилен как непредельный углеводород легко вступает в реакции присоединения и окисления химическими окислителями. Реакция этилена с бромом (АЕ)
идет по следующей схеме:
Н2С = СН2 + Вr2 → Н2С – СН2.
Br Br
этилен 1, 2-дибромэтан
В реакции окисления этилена окислителем является водный раствор перманганата калия. В результате разрыва двойной связи образуется двухатомный
42
спирт — гликоль. Реакция носит имя Е.Е. Вагнера, открывшего эту реакцию,
и используется в качестве теста на наличие двойных углерод-углеродных связей,
поскольку в ходе реакции исчезает окраска. Реакция идет по следующей схеме:
Н2С = СН2 + О + НОН → Н2С – СН2.
|
НО ОН
этилен этиленгликоль (этандиол)
Горение этилена идет по схеме:
С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О.
Пламя яркое и коптящее из-за высокого процентного содержания углерода.
Проведение опыта. В сухую пробирку помещают смесь этилового спирта
и концентрированной серной кислоты в соотношении 1:1 в количестве около
1 мл, на кончике шпателя кипятильники. В другие две пробирки наливают растворы бромной воды и перманганата калия.
Реакционную пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и закрепляют в держателе, нагревают над пламенем спиртовки до кипения. Последовательно опускают газоотводную трубку в приготовленные растворы так,
чтобы газообразные продукты проходили через слой жидкости. Реакцию ведут
до полного обесцвечивания растворов. Смесь в реакционной пробирке постепенно темнеет в результате выделения наряду с этиленом побочных продуктов.
Не убирая пробирку из пламени, подносят к концу газоотводной трубки
зажженную спичку и наблюдают горение этилена.
2.3. ГИДРОКСИСОЕДИНЕНИЯ (СПИРТЫ)
Спирты — гидроксипроизводные углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу — ОН. Они характеризуются одинарной углерод-кислородной связью, где углерод находится
в первой степени окисления.
Классификация спиртов:
1) насыщенные, ненасыщенные, ароматические — в зависимости от стро-
ения углеводородного радикала (прил. 6);
43
2) одно- и многоатомные — в зависимости от числа групп –ОН;
3) первичные, вторичные, третичные — в зависимости от атома углерода,
с которым связана гидроксильная группа.
Реакции, протекающие с разрывом связи С–О:
– взаимодействие с галогеноводородами: основные свойства спиртов,
находятся в зависимости третичные спирты вторичные спирты первичные
спирты:
СН3СН2ОН + HBr CH3CH2Br + H2O;
этанол бромэтан
– межмолекулярная дегидратация — образование простых эфиров:
Н2SO4
СН3СН2ОН + СН3СН2ОН СН3СН2–О–СН2СН3 + Н2О;
этанол диэтиловый эфир
– внутримолекулярная дегидратация — образование алкенов:
СН
2
CH
2
CH
3
CH
2
OH
S
t
H
2
O
;
этанол этен
– реакция этерификации — образование сложных эфиров:
Н
2
О
Н
R'
OH
R
ОН
О
С
R
С
OR'
О
.
кислота спирт сложный эфир
Реакции, протекающие с разрывом связи О–Н — взаимодействие с ме-
таллами: кислотные свойства спиртов, находятся в зависимости первичные спирты вторичные спирты третичные спирты.
Одноатомные спирты являются очень слабыми кислотами, слабее, чем
вода. Увеличение числа гидроксильных групп в многоатомных спиртах приводит к усилению кислотных свойств:
2СН3ОН + 2Na 2СН3ОNa + H2.
метанол метилат
44
Реакция окисления осуществляется кислородом воздуха в присутствии
катализаторов (CuO, Cu) или различными неорганическими окислителями
(KMnO4, Na2Cr2O7 + H2SO4, CrO3 и др.). При этом первичные спирты образуют
альдегиды, вторичные спирты — кетоны:
R
СН
2
ОН
[][ ]
O
R
C
O
O
OH
O
C
H
R
альдегид
карбоновая
кислота
;
О
R
ОН
HRRC
][
O
C
R H2O
кетон
.
Задания для самоконтроля
1. Приведите классификацию спиртов, примеры.
2. Раскройте основные химические свойства спиртов, приведите примеры.
Практическая часть
1. Напишите взаимодействие бутанола-2 с натрием, хлороводородом, ме-
танолом, окислителем, уксусной кислотой, дайте название соединениям.
2. Напишите взаимодействие фенола с гидроксидом натрия, хлором в при-
сутствии катализатора, этанолом, уксусной кислотой, бромоводородом, дайте
название соединениям.
3. Напишите взаимодействие этиленгликоля с гидроксидом меди, хлороводородом, метанолом, окислителем, уксусной кислотой, дайте название соединениям.
4. Осуществите цепочку химических взаимодействий, назовите соединения: 2-бромбутан + NаОН, Н2О → ? + Н2SО4, t °С → ? + КМnО4, Н2О → ?
Экспериментальная часть
Исследование кислотности спиртов
Кислотные свойства спиртов обусловлены присутствием реакционноспо-
собной гидроксильной группы –ОН. При этом происходит разрыв полярной
45
ковалентной связи «кислород — водород»: –О Н, и водород замещается металлом с образованием металлических производных по типу минеральных солей.
Однако подвижность водорода гидроксильной группы у разных спиртов неодинакова.
Одноатомные спирты проявляют слабокислый характер, их кислотные
свойства слабее, чем у воды, поэтому реакция идет только с активными металлами (Na, К, Li и др.).
Многоатомные спирты имеют более заметные, хотя и слабые кислотные
свойства. Они легко вступают в реакцию с гидратами окисей многих металлов
с образованием комплексных солей. Такие соли получили название хелатных от
греч. chelas, что в переводе означает «клешня». Комплексные соли обусловливают интенсивную окраску и хорошую растворимость. В нашем случае образующийся медный комплекс представляет прозрачную жидкость темно-синего
цвета и называется глицератом меди. Эту реакцию применяют для качественного определения глицерина или аналогичных соединений, содержащих несколько групп –ОН:
Н2 С–ОН НО НО–СН
2 Н2
С–О
НО–СН2
Н С–ОН + Сu + НО–СН ⎯→ НС–ОН Сu НО–СН.
–2НОН
Н2 С–ОН ОН НО–СН2 Н2С–ОН О–СН2
глицерин глицерат меди
Комплексные соли устойчивы к действию щелочей. Кислоты, наоборот,
разрушают их с образованием исходного спирта и медной соли примененной
кислоты. При этом окраска жидкости исчезает или резко уменьшается ее интенсивность.
Проведение опыта. Получают гидроксид меди (II). Для этого в пробирку
наливают 1,5–2 мл разбавленного раствора сульфата меди и добавляют двойной
объем разбавленного раствора гидроксида натрия. Наблюдают образование
студнеобразного осадка гидроксида меди (II). Переносят половину осадка во вторую пробирку. В одну из пробирок добавляют около 0,5 мл глицерина, а в другую — столько же этилового спирта. Обе пробирки встряхивают.
Отмечают растворение осадка и появление характерного синего окрашивания в пробирке с глицерином. В пробирке с этанолом осадок не растворяется,
и окраска раствора не меняется.
46
Затем в пробирку с глицератом меди добавляют избыток разбавленной серной или соляной кислоты и наблюдают изменение окраски.
Реакции окисления спиртов
Первичные и вторичные спирты окисляются рядом реагентов, такими,
например, как хромовая кислота, бихромат калия в присутствии серной кислоты,
кислород воздуха в присутствии медных и других катализаторов, марганцовокислый калий и др.
Во всех случаях первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные — до кетонов по схеме:
R – СН2 – ОН + О → R – С = О;
–НОН
Н
первичный спирт альдегид
R – СН – R + О → R – С – R.
–НОН
ОН О
вторичный спирт кетон
В опыте для реакции окисления используют этиловый спирт как предста-
витель первичных спиртов. В качестве окислителя применяют хромовую смесь,
которая является сильным окислителем:
К2Сr2О7 + 4Н2SО4 → К2SО4 + Сr2(SО4)3 + 4Н2О + 3О.
Реакция восстановления хрома (Cr+6 → Cr+3) сопровождается переходом
оранжевой окраски раствора в темно-зеленую. Атомарный кислород расходуется
на окисление спирта:
Н ОН
СН3 – С – ОН + О → СН3 – С – ОН → СН3 – С = О + НОН.
Н Н Н
этанол этандиол-1.1 ацетальдегид
47
Проведение опыта. Смешивают в пробирке 2 мл 5 %-ного раствора би-
хромата калия, 1 мл разбавленной серной кислоты (1:5) и 0,5 мл этилового
спирта. Пробирку закрепляют в держателе и осторожно нагревают на пламени
спиртовки до изменения окраски раствора и появления характерного запаха уксусного альдегида, напоминающего запах лежалых яблок.
2.4. ОКСОСОЕДИНЕНИЯ (АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ)
Оксосоединения являются производными углеводородов, содержащими
карбонильную группу С=О:
C
O
кетогруппа;
О
Н
С
альдегидная группа.
Карбонильная группа поляризована в силу повышенной электроотрица-
тельности атома кислорода, поэтому смещение электронной плотности происходит в сторону кислорода. Альдегиды более реакционноспособны, так как полярность карбонильной группы у них выше, чем у кетонов.
Классификация оксосоединений:
– по числу функциональных групп: моно-, поликарбонильные соединения;
– по строению углеводородного радикала: насыщенные, ненасыщенные,
ароматические и т. д.
Реакции присоединения:
– синильной кислоты:
СН
3
CH
3
О
Н
С HCN CH CN
OH
;
– воды:
H2O
Н
О
Н
С
CH
2
OH
OH
;
48
– спиртов:
CH3OHCH
3
О
Н
С
HCl
CH
3
CH
OH
OCH
3
cухой
(
)
CH
3
CH
OCH
3
OCH
3
CH3OH
H2O
;
– водорода (реакция восстановления):
СН
3
СН
2
H
2
CH
3
О
Н
С OH
Ni
.
Реакции окисления: альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот,
даже такими мягкими окислителями, как аммиачный раствор оксида серебра (качественная реакция на альдегиды):
О
Н
С
R
2
[
Ag(NH
3)2
]OH
R
О
С
ONH
4
2
Ag H
2
O
NH
3
3
.
Кетоны в этих условиях не окисляются.
Задания для самоконтроля
1. Приведите классификацию оксосоединений, примеры.
2. Раскройте основные химические свойства оксосоединений, приведите
примеры.
Практическая часть
1. Напишите реакции взаимодействия 2-метилбутаналя с водородом, ам-
миачным раствором оксида серебра, водой, бромом, метанолом.
2. Напишите реакции взаимодействия пентанона-3 с синильной кислотой,
водой, бромом, водородом, щелочным раствором йода.
3. Напишите реакции взаимодействия бензальдегида с хлорметаном в при-
сутствии катализатора, с синильной кислотой, водородом, щелочным раствором
гидроксида меди (II), этанолом.
49
4. Осуществите цепочку химических взаимодействий, назовите соедине-
ния: пропанол-1 + К2Сr2О7, Н2SО4, t °С → ? + РCl5 → ? + NаОН, С2Н5ОН → ?
Экспериментальная часть
Восстановление альдегидами соединений серебра
Альдегиды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот
с тем же числом углеродных атомов, восстанавливая соединения серебра в щелочной среде до металлического: Ag+1 → Ag0. Эта качественная реакция на аль-
дегиды называется реакцией «серебряного зеркала», или реакцией Толленса.
Реакция в условиях опыта протекает по схеме:
СН3 – С = О + Ag2О → СН3 – С = О + 2Ag.
Н ОН
уксусный альдегид уксусная кислота
Проведение опыта. В пробирку вносят около 1 мл исследуемого альде-
гида и добавляют около 1 мл свежеприготовленного аммиачного раствора оксида
серебра. Пробирку помещают в водяную баню при 50–60 °С и выдерживают до
появления зеркального налета на стенках пробирки или черного осадка.
По окончании работы пробирку следует вымыть, а осадки и налеты на ее
стенках растворить разбавленной азотной кислотой.
Восстановление альдегидами соединений
двухвалентной меди
Альдегиды восстанавливают при нагревании в щелочном растворе соединения двухвалентной меди в одновалентную: Cu+2 → Cu+1, при этом сами окисляются до соответствующих карбоновых кислот. Эта реакция на альдегиды
называется реакцией «медного зеркала», или реакцией Троммера. Она лежит
в основе количественного метода определения альдегидов.
НО–Cu–ОН t°
Н – С = О + ⎯→ Н – С = О + 2CuОН.
НО–Cu–ОН –НОН
Н ОН
метаналь муравьиная кислота
50
Гидроксид меди (I) в условиях реакции распадается до оксида меди (I):
2CuОН → Cu2О + НОН.
Все указанные в схеме соединения меди очень малорастворимы в щелочных растворах и выделяются в виде осадков, имеющих характерную окраску:
гидроксид меди (I) — желтого цвета, оксид меди (I) — красного.
Проведение опыта. В пробирку вносят около 1 мл исследуемого альде-
гида, затем 5 %-ный раствор гидроксида натрия и 1–2 капли 5 %-ного раствора
сульфата меди. Пробирку закрепляют в держателе, встряхивают и нагревают на
пламени спиртовки до начала кипения, при этом изменяется цвет.
2.5. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Карбоновые кислоты — производные углеводородов, содержащие кар-
боксильную группу –СООН.
Классификация карбоновых кислот:
1) по строению углеводородного радикала: предельные, непредельные,
ароматические и т. д. (прил. 6);
2) по числу карбоксильных групп: монокарбоновые (одноосновные), поли-
карбоновые (многоосновные);
3) по наличию функциональных групп: гидроксикислоты (спиртокисло-
ты), оксокислоты (альдегидо-, кетокислоты).
Химические свойства:
– диссоциация — кислотность карбоновых кислот:
R – COOH + H2O R – COO− + H3O+, среда кислая рН < 7;
– образование солей:
R – COOH + NaOH → R – COONa + H2O;
– образование сложных эфиров — реакция этерификации:
Н2О
Н
R'
OH
R
ОН
О
С
R
С
OR'
О
;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]