Страница 164 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Свойства глицерина

1. Налейте в пробирку 1 мл глицерина. Отметьте высокую вязкость жидкости. Прилейте к глицерину воду и перемешайте. Сделайте вывод о растворимости глицерина в воде.

2. Получите из сульфата меди гидроксид меди (II), отметьте цвет вещества и его растворимость в воде. К полученному осадку добавьте раствор глицерина, приготовленный в задании 1. Что наблюдаете? Для чего используют эту реакцию?

1. Глицерин — это бесцветная, очень вязкая, сиропообразная жидкость. Его высокая вязкость объясняется сильными межмолекулярными водородными связями, которые образуются благодаря наличию трех гидроксильных групп ($-OH$) в каждой молекуле глицерина ($C_3H_5(OH)_3$). При добавлении к глицерину воды и последующем перемешивании, глицерин полностью растворяется. Образуется однородный прозрачный раствор. Это происходит потому, что молекулы глицерина способны образовывать водородные связи с молекулами воды, что и обеспечивает их хорошую взаимную растворимость.

Ответ: Глицерин хорошо растворим в воде (смешивается с ней в любых соотношениях).

2. Для получения гидроксида меди (II) из сульфата меди (II) необходимо провести реакцию обмена с раствором щелочи. Например, прилить к раствору сульфата меди (II) ($CuSO_4$) раствор гидроксида натрия ($NaOH$):
$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$
В результате образуется гидроксид меди (II) — осадок ярко-голубого цвета, студенистого вида, который нерастворим в воде.
При добавлении к этому свежеполученному осадку раствора глицерина наблюдается растворение голубого осадка и образование раствора интенсивного, ярко-синего (василькового) цвета. Это происходит из-за образования растворимого комплексного соединения — глицерата меди (II). Глицерин, являясь многоатомным спиртом, реагирует с гидроксидом меди (II), проявляя кислотные свойства.
Эту реакцию используют как качественную реакцию на многоатомные спирты (с гидроксогруппами у соседних атомов углерода). Образование ярко-синего раствора при взаимодействии со свежеосажденным гидроксидом меди (II) является доказательством присутствия в пробе многоатомного спирта.

Ответ: Наблюдается растворение голубого осадка $Cu(OH)_2$ и образование прозрачного раствора ярко-синего цвета. Эту реакцию используют как качественную для определения многоатомных спиртов.

Свойства уксусной кислоты

1. Изучите внешний вид выданной вам уксусной кислоты: её цвет, запах, растворимость в воде. Пользуясь индикатором, определите кислотность выданного раствора.

2. Изучите взаимодействие уксусной кислоты и цинка, оксида меди (II), карбоната натрия. Что наблюдаете в каждом случае? Напишите уравнение реакции.

3. Налейте в пробирку 1 мл уксусной кислоты, 1 мл этанола и несколько капель концентрированной серной кислоты. Осторожно нагрейте пробирку в стакане с кипящей водой. Что наблюдаете? Запах какого вещества вы ощущаете? Напишите уравнение реакции.

Решение

1. Уксусная кислота ($CH_3COOH$) представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Она обладает характерным резким, едким запахом, который знаком как запах столового уксуса. Уксусная кислота неограниченно растворяется в воде, смешиваясь с ней в любых соотношениях. Являясь слабой кислотой, в водном растворе она частично диссоциирует на ионы, создавая кислую среду ($pH < 7$). При добавлении в раствор кислотно-основного индикатора, например, лакмуса, он изменит свой цвет на красный, что подтверждает наличие кислотных свойств.

Ответ: Уксусная кислота — бесцветная жидкость с резким запахом, хорошо растворимая в воде. Раствор уксусной кислоты имеет кислую среду, что доказывается изменением цвета индикатора на красный (в случае лакмуса).

2. Изучение химических свойств уксусной кислоты на примере её взаимодействия с цинком, оксидом меди(II) и карбонатом натрия.

Взаимодействие с цинком ($Zn$):

Наблюдения: При помещении гранул цинка в раствор уксусной кислоты наблюдается выделение пузырьков газа. Это водород, который выделяется в результате реакции замещения, так как цинк является более активным металлом, чем водород, и вытесняет его из кислоты. Металл постепенно растворяется.

Уравнение реакции: $2CH_3COOH + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$

Взаимодействие с оксидом меди(II) ($CuO$):

Наблюдения: Оксид меди(II) — это вещество черного цвета. При реакции с уксусной кислотой (для ускорения реакции может потребоваться небольшое нагревание) черный порошок растворяется, и раствор окрашивается в голубой цвет. Это свидетельствует об образовании соли — ацетата меди(II).

Уравнение реакции: $2CH_3COOH + CuO \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O$

Взаимодействие с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$):

Наблюдения: При добавлении карбоната натрия (соды) в уксусную кислоту происходит бурная реакция, сопровождающаяся «вскипанием» — интенсивным выделением пузырьков бесцветного газа без запаха. Это углекислый газ, который образуется при разложении угольной кислоты, вытесненной из своей соли более сильной уксусной кислотой.

Уравнение реакции: $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: При реакции с цинком выделяется газ водород, цинк растворяется. При реакции с оксидом меди(II) черный порошок растворяется с образованием голубого раствора. При реакции с карбонатом натрия происходит бурное выделение углекислого газа. Уравнения реакций: $2CH_3COOH + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2\uparrow$; $2CH_3COOH + CuO \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O$; $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$.

3. При смешивании уксусной кислоты с этанолом в присутствии концентрированной серной кислоты и при нагревании протекает обратимая реакция этерификации — образование сложного эфира.

Наблюдения: Изначально смесь имеет резкий запах уксусной кислоты. После осторожного нагревания на водяной бане появляется новый, приятный, часто описываемый как фруктовый, запах. Этот запах характерен для сложных эфиров. Концентрированная серная кислота в данной реакции выступает в роли катализатора и водоотнимающего средства, сдвигая химическое равновесие в сторону образования продуктов реакции.

Запах какого вещества вы ощущаете? Ощущается запах этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$) — сложного эфира, продукта реакции уксусной кислоты и этанола.

Уравнение реакции:

$CH_3COOH_{\text{(уксусная к-та)}} + C_2H_5OH_{\text{(этанол)}} \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3COOC_2H_5_{\text{(этилацетат)}} + H_2O_{\text{(вода)}}$

Ответ: Наблюдается появление нового приятного фруктового запаха, который принадлежит образовавшемуся сложному эфиру — этилацетату. Уравнение реакции: $CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$.

Свойства бензойной кислоты

1. Поместите в пробирку 1 г бензойной кислоты и прилейте 2 мл воды, перемешайте раствор. Наблюдаете ли вы полное растворение?

2. Осторожно нагрейте раствор на пламени спиртовки. Что наблюдаете? Образовавшийся раствор охладите, оставив его остывать при комнатной температуре или внеся дно пробирки под струю холодной воды. Что наблюдаете? Сделайте вывод о зависимости растворимости бензойной кислоты от температуры.

3. Пользуясь индикатором, определите кислотность среды раствора бензойной кислоты.

4. Получите бензоат натрия, прибавляя по каплям раствор бензойной кислоты к 5%-му раствору карбоната натрия.

1. Поместите в пробирку 1 г бензойной кислоты и прилейте 2 мл воды, перемешайте раствор. Наблюдаете ли вы полное растворение?

При смешивании 1 г бензойной кислоты с 2 мл воды и последующем перемешивании наблюдается образование белой мутной взвеси (суспензии). Полного растворения не происходит. Бензойная кислота является малорастворимым в холодной воде веществом. Её растворимость при комнатной температуре (около 20°C) составляет всего 0,29 г на 100 мл воды. Таким образом, в 2 мл воды может раствориться лишь около $0,0058$ г кислоты, что значительно меньше добавленного 1 грамма. Основная масса вещества остается в виде белого кристаллического осадка.

Ответ: Полное растворение не наблюдается, образуется суспензия.

2. Осторожно нагрейте раствор на пламени спиртовки. Что наблюдаете? Образовавшийся раствор охладите, оставив его остывать при комнатной температуре или внеся дно пробирки под струю холодной воды. Что наблюдаете? Сделайте вывод о зависимости растворимости бензойной кислоты от температуры.

При осторожном нагревании суспензии на пламени спиртовки наблюдается постепенное растворение белых кристаллов бензойной кислоты. Это происходит потому, что растворимость бензойной кислоты в воде сильно увеличивается с повышением температуры (при 95°C она составляет уже 5,6 г на 100 мл воды). В результате нагревания образуется прозрачный бесцветный раствор.

При последующем охлаждении горячего раствора (либо медленно при комнатной температуре, либо быстро под струей холодной воды) наблюдается обратный процесс: из раствора начинают выпадать белые блестящие кристаллы. При медленном охлаждении образуются красивые игольчатые или пластинчатые кристаллы. Это явление называется кристаллизацией (или перекристаллизацией).

Вывод: растворимость бензойной кислоты в воде находится в прямой зависимости от температуры. С повышением температуры растворимость значительно возрастает, а с понижением — резко падает.

Ответ: При нагревании бензойная кислота растворяется, образуя прозрачный раствор. При охлаждении она вновь выпадает в осадок в виде кристаллов. Вывод: растворимость бензойной кислоты в воде увеличивается при повышении температуры и уменьшается при её понижении.

3. Пользуясь индикатором, определите кислотность среды раствора бензойной кислоты.

Бензойная кислота ($C_6H_5COOH$) — это слабая органическая кислота. При растворении в воде она подвергается обратимой диссоциации, в результате чего в растворе появляются ионы водорода ($H^+$), которые и обуславливают кислую среду.

Уравнение диссоциации: $C_6H_5COOH \rightleftharpoons C_6H_5COO^- + H^+$

Если в насыщенный раствор бензойной кислоты добавить несколько капель универсального индикатора, он окрасится в желто-оранжевый цвет, что соответствует слабокислой среде (pH ≈ 3–4). Индикатор лакмус в этой среде станет красным, а метилоранж — розовым.

Ответ: Раствор бензойной кислоты имеет кислую среду (pH < 7).

4. Получите бензоат натрия, прибавляя по каплям раствор бензойной кислоты к 5%-му раствору карбоната натрия.

При добавлении суспензии или раствора бензойной кислоты к раствору карбоната натрия ($Na_2CO_3$) происходит химическая реакция. Бензойная кислота является более сильной, чем угольная кислота ($H_2CO_3$), поэтому она вытесняет последнюю из ее соли. В ходе реакции наблюдается выделение пузырьков газа — это углекислый газ ($CO_2$), который образуется при разложении нестабильной угольной кислоты. Также в реакции образуется соль — бензоат натрия ($C_6H_5COONa$), которая хорошо растворима в воде, и сама вода.

Уравнение химической реакции:

$2C_6H_5COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2C_6H_5COONa + H_2O + CO_2\uparrow$

В результате реакции исходный осадок бензойной кислоты растворяется, так как образуется хорошо растворимый бензоат натрия.

Ответ: При добавлении бензойной кислоты к раствору карбоната натрия происходит реакция с выделением углекислого газа и образованием растворимой соли — бензоата натрия.