Свойства органических соединений (стр. 6 )

Пример расчета. Пусть объем водорода, выделившегося в опыте, равен 203 мл = 0,000203 м3, атмосферное давление – 98300 Па, температура 17 ºС, что соответствует 290 К. Подставляя полученные опытные данные в формулу, находим количество водорода в эксперименте – 0,0083 моль, что сопоставимо с теоретическим выходом, соответствующим структуре молекулы этанола в виде формулы:

Примечание. По этой методике можно проводить и другие количественные опыты, как определение массовой доли уксусной кислоты в растворе, выхода газообразных продуктов реакций в процентах от теоретически возможного, нахождение состава смесей веществ и т. д.

Опыт 9. Реакция замещения гидроксильной группы спирта галогеном. В колбу объемом 50 мл насыпьте по 2-3 г сухой поваренной соли и безводного сульфата меди, затем добавьте 6-8 мл смеси из 2 объемов безводного спирта и 5 объемов концентрированной серной кислоты. Колбу с содержимым закройте пробкой с короткой прямой стеклянной газоотводной трубкой с оттянутым концом и медной спиралью внутри, укрепите в лабораторном штативе и несильно нагрейте. Наблюдайте ход реакции по изменению окраски веществ в колбе. Упрощенно процесс можно объяснить следующими реакциями. Серная кислота реагирует с хлоридом натрия с выделением хлороводорода:

NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl.

Хлороводород в условиях опыта реагирует со спиртом:

С2Н5ОН + HCl ® С2Н5Сl­+ H2O.

Избыток серной кислоты и безводного сульфата меди способствуют смещению последней реакции вправо, так как связывают выделяющуюся воду. По изменению окраски CuSO4 можно судить о ходе реакции. Подожгите с помощью горящей лучинки выделяющийся из газоотводной трубки хлорэтил, который горит зеленым цветом.

Опыты 10-11. Окисление этанола. Вариант 1. Конец медной проволоки закрутите в виде спирали из 6-8 витков такого диаметра, чтобы она свободно входила в пробирку. Укрепите пробирку вертикально в лабораторном штативе и налейте в нее 2-3 мл этанола. Внесите спираль в окислительную зону пламени грелки, чтобы поверхность меди покрылась черным слоем оксида. Погрузите горячую спираль в пробирку со спиртом и наблюдайте восстановление меди. При этом обнаруживается запах уксусного альдегида.

Вариант 2. Из медной проволоки диаметром 1,5–2 мм, очищенной от изоляции, изготовьте спираль диаметром 3–4 см и длинной 5–6 см. Расстояние между витками спирали должно быть равно диаметру проволоки. Спираль нагрейте в окислительной зоне пламени грелки (можно в это время обсудить с учащимися строение пламени):

4Cu + O2 = 2Cu2O.

2Cu2O + O2 = 4CuO.

В небольшую фарфоровую чашку налейте 2–3 мл этанола и в нее вертикально установите раскаленную спираль так, чтобы 2–3 витка ее оказались в жидкости, как на рис. 48.

Спирт разогревается, испаряется, и пары этанола реагируют с оксидом меди (II), восстанавливая металл:

CH3CH2OH(г) + CuO ® Cu + CH3CHO↑ + H2O.

По мере очищения поверхности проволоки от оксида восстановленная медь начинает окисляться кислородом воздуха и проволока вновь покрывается черной пленкой оксида, который тут же снова восстанавливается парами спирта до металла. Возникает красивая картина: поверхность спирали то краснеет, то чернеет, при этом наблюдаются быстрые постоянные переливы окраски. Если спираль накрыть сухим холодным стеклянным стаканчиком, то доступ кислорода к меди прекращается, и спираль становится мгновенно красной. На стенках стаканчика конденсируются капли жидкости, по запаху которой можно судить об образовании альдегида. Если стаканчик быстро убрать, то снова на поверхности меди возникают цветовые переливы.

Таким образом, в данном опыте учащиеся наблюдают две попеременно протекающие реакции: в одной реакции медь окисляется, в другой – восстанавливается. В целом эти две реакции можно рассматривать как процесс каталитического окисления этанола кислородом воздуха. Катализатором в этом процессе является медь. Как известно, механизм катализа хорошо описывается классической теорией промежуточных соединений. В роли такого соединения здесь выступает оксид меди (II). Термохимическое уравнение этого процесса записывают так:

CH3CH2OH(г) + O2 CH3CHO(г) + H2O(г); ΔH298 = –172,7 кДж.

Опыт 12. Полное окисление этанола. В фарфоровую чашку налейте 1-2 мл спирта. Поднесите к жидкости длинную горящую лучинку. Спирт загорается и горит бесцветным или слабосветящимся пламенем (погасить горящий спирт можно накрывая чашку пластинкой нужного размера):

С2Н5ОН + 3О2 ® 2CO2 + 3H2O.

Опыт 13. Качественная реакция на этанол. В пробирку налейте 2 мл водного раствора этанола (1:2) и добавьте 1 мл концентрированного раствора иода в водном растворе иодида калия (можно использовать лекарственный препарат – раствор Люголя). Смесь нагрейте одну минуту, не доводя до кипения. К горячему раствору прибавьте по каплям раствор (5%) гидроксида натрия до обесцвечивания избытка иода. При охлаждении раствора в результате реакции образуется иодоформ (обнаруживается по выпадению желтого осадка, если содержание спирта велико, или по запаху, если концентрация этанола в исходном растворе мала). Суммарно процессы, протекающие в данном опыте, выражаются следующим уравнением:

С2Н5ОН + 4I2 + 6NaOH ® СНI3¯ + НСООNa + 5NaI + 5H2O.

Опыты 14-16. Изменение свойств веществ в гомологическом ряду одноатомных предельных спиртов. Очень важно показать учащимся сходство и различие свойств веществ, относящихся к одному гомологи-ческому ряду, и сделать соответствующие выводы мировоззренческого и прикладного характера. а) Налейте в 4 пробирки по 3-4 мл воды, подкрашенной раствором KMnO4 до светло-розовой окраски; прилейте в пробирки по 2-3 мл этанола, пропанола, бутанола и изоамилового спирта. Встряхните содержимое сосудов и предоставьте жидкостям отстояться. Опишите ваши наблюдения и сделайте выводы.

б) В небольшие пробирки налейте по 2-3 мл этанола, пропанола, бутанола и изоамилового спирта; добавьте небольшие равные по величине порции натрия. Опишите ваши наблюдения, запишите уравнения реакций, назовите их продукты и сделайте выводы.

в) В небольшие фарфоровые чашки налейте по 1-2 мл этанола, пропанола, бутанола и изоамилового спирта; подожгите с помощью горящей лучинки образцы спиртов. Опишите ваши наблюдения, запишите уравнения реакций, назовите их продукты и сделайте выводы.

Опыты 17-21. Свойства многоатомных спиртов. а) Налейте в пробирку 3-4 мл воды, подкрашенной раствором KMnO4, по стенке сосуда прилейте к воде равный объем глицерина. б) Капните на лист фильтровальной бумаги отдельно каплю воды и каплю глицерина; подведение результатов опыта проведите в конце урока. Опишите ваши наблюдения и сделайте выводы о некоторых физических свойствах глицерина.

в) В небольшую пробирку налейте 2-3 мл глицерина и опустите кусочек натрия величиной с полгорошины. Наблюдайте за ходом реакции, изменением ее скорости (возможно в начале потребуется нагревание), запишите уравнение и сравните с взаимодействием одноатомных спиртов со щелочным металлом. Сделайте выводы.

г) Опустите конец стеклянной палочки в склянку с глицерином затем осторожным движением внесите его в пламя горелки. Наблюдайте характер горения глицерина, запишите уравнение реакции и выскажите ваши объяснения.

д) Взаимодействием раствора соли меди (II) с небольшим избытком щелочи приготовьте взвесь гидроксида меди. Разделите взвесь Cu(OH)2 на две части. К одной из них добавьте при взбалтывании небольшими порциями глицерин до полного растворения осадка. Сравните цвет полученного раствора глицерата меди с окраской взвеси гидроксида меди (II). Запишите (можно в упрощенном виде) уравнение реакции:

.

Сделайте вывод о проявлении кислотных свойств одноатомных и многоатомных спиртов.

5.4. Фенолы

Фенолы – ароматические соединения, содержащие в бензольном ядре одну или несколько гидроксигрупп. В соответствии с числом гидроксигрупп различают одно,- двух-, трехатомные фенолы. Кроме гидроксигрупп в бензольном кольце могут быть и другие заместители:

Фенолы обладают слабокислотными свойствами, которые выражаются в способности образовывать феноляты при взаимодействии с щелочами. Простейшим представителем является фенол (карболовая кислота, гидроксибензол) – бесцветное кристаллическое вещество с сильным неприятным характерным запахом, т. пл. 40,8 оС, т. кип. 181,84 оС. На воздухе кристаллы фенола вследствие окисления розовеют. На основе химического эксперимента очень важно показать учащимся, что в отличие от спиртов, гидроксигруппа фенола под влиянием бензольного ядра обладает кислотными свойствами, – реагирует не только с активными металлами, но и с растворами щелочей, образуя феноляты. С другой стороны, гидроксигруппа усиливает реакционную активность бензольного ядра, что проявляется в способности фенола реагировать с бромной водой при обычных условиях (реакция замещения). Внимание! Опыты с фенолом проводит только учитель с соблюдением всех правил техники безопасности.

Опыт 1. Физические свойства фенола. Наберите в пробирку (осторожно, не брать руками, работать в перчатках!) несколько кристалликов фенола. Одновременно установите его внешние признаки. Добавьте в пробирку немного (3-4 мл) воды и хорошо встряхните содержимое. После того, как взвесь отстоится, обратите внимание на ее расслоение: внизу – слой раствора воды в феноле, сверху – слой водного раствора фенола. Осторожно нагрейте пробирку со смесью, при этом фенол полностью растворяется в воде и раствор становится прозрачным и однородным. При охлаждении наблюдается обратный процесс.

Опыты 2-4. Фенол обладает свойствами слабой кислоты. а) К взвеси фенола в воде (опыт 1) добавьте по каплям при взбалтывании раствор щелочи. Образуется раствор фенолята соответствующего металла:

С6Н5ОН + NaOH ® С6Н5ОNa + H2O.