Номер 9, страница 299 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

9. Неизвестное вещество А состава $C_8 H_4 O_3$ реагирует с метанолом с образованием продукта В состава $C_{10} H_{10} O_4$. При кипячении В с водным раствором гидроксида натрия получена соль $C_8 H_4 O_4 Na_2$, которая при прокаливании с твёрдой щёлочью даёт жидкость С. Определите неизвестные вещества, запишите уравнения реакций.

Решение

1. Проанализируем состав и свойства вещества А. Его брутто-формула — $C_8H_4O_3$. Рассчитаем степень ненасыщенности (число кратных связей и циклов):

$DBE = C - \frac{H}{2} + 1 = 8 - \frac{4}{2} + 1 = 7$

Столь высокая степень ненасыщенности для 8 атомов углерода указывает на наличие бензольного кольца (DBE = 4). Формула $C_6H_4$ соответствует двузамещенному бензольному кольцу. Оставшийся фрагмент $C_2O_3$ и оставшаяся степень ненасыщенности (7 - 4 = 3) характерны для ангидрида дикарбоновой кислоты. Таким образом, вещество А — это фталевый ангидрид.

2. Вещество А (фталевый ангидрид) реагирует с метанолом, образуя вещество В состава $C_{10}H_{10}O_4$. Эта реакция является этерификацией, в ходе которой ангидридный цикл раскрывается, и обе образовавшиеся карбоксильные группы этерифицируются метанолом. Продукт реакции — диметиловый эфир фталевой кислоты (диметилфталат).

Уравнение реакции:

$C_6H_4(CO)_2O + 2CH_3OH \xrightarrow{H^{+}, t} C_6H_4(COOCH_3)_2 + H_2O$

Проверим брутто-формулу продукта: $C$ = 6 (в кольце) + 2 (в COO) + 2*1 (в CH₃) = 10; $H$ = 4 (в кольце) + 2*3 (в CH₃) = 10; $O$ = 4. Формула $C_{10}H_{10}O_4$ соответствует веществу В. Следовательно, В — это диметилфталат.

3. При кипячении вещества В (диметилфталата) с водным раствором $NaOH$ происходит щелочной гидролиз (омыление) обеих сложноэфирных групп. В результате образуется динатриевая соль фталевой кислоты (фталат натрия) и метанол.

Уравнение реакции:

$C_6H_4(COOCH_3)_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} C_6H_4(COONa)_2 + 2CH_3OH$

Брутто-формула соли $C_8H_4O_4Na_2$ совпадает с указанной в условии для $C_6H_4(COONa)_2$.

4. Полученную соль ($C_6H_4(COONa)_2$) прокаливают с твердой щелочью. Это реакция декарбоксилирования (реакция Дюма), в ходе которой отщепляются обе карбоксилатные группы и образуется бензол (жидкость С) и карбонат натрия.

Уравнение реакции:

$C_6H_4(COONa)_2 + 2NaOH \xrightarrow{\text{прокаливание}} C_6H_6 + 2Na_2CO_3$

Следовательно, вещество С — это бензол, который является жидкостью при нормальных условиях.

Ответ:

Неизвестные вещества: А — фталевый ангидрид ($C_6H_4(CO)_2O$), В — диметилфталат ($C_6H_4(COOCH_3)_2$), С — бензол ($C_6H_6$).

Уравнения реакций:

1. $C_6H_4(CO)_2O + 2CH_3OH \xrightarrow{H^{+}, t} C_6H_4(COOCH_3)_2 + H_2O$

2. $C_6H_4(COOCH_3)_2 + 2NaOH \xrightarrow{t} C_6H_4(COONa)_2 + 2CH_3OH$

3. $C_6H_4(COONa)_2 + 2NaOH \xrightarrow{\text{прокаливание}} C_6H_6 + 2Na_2CO_3$