Лабораторный опыт 5, страница 242 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Лабораторный опыт 5. Свойства этилового спирта

1. Налейте в пробирку 1 мл этанола. Познакомьтесь с его запахом. Прилейте к спирту примерно равное количество воды. Перемешайте раствор. Сделайте вывод о растворимости этанола в воде.

2. К полученному раствору добавьте один-два кристаллика перманганата калия и перемешайте. Нагрейте раствор. Что наблюдаете? Как изменился цвет раствора? Сделайте вывод о протекании реакции.

3. Соберите прибор (рис. 79). В пробирку, которая закреплена в лапке штатива, налейте 4 мл хромовой смеси (готовят смешением двух объёмов 5%-го раствора дихромата калия с одним объёмом 20%-й серной кислоты) и 2 мл этанола. Отверстие пробирки закройте пробкой со вставленной в неё газоотводной трубкой. В пробирку, служащую приёмником, налейте 2 мл воды. Нагревайте пробирку со смесью, опуская её в стакан с горячей водой. Что наблюдаете? Объясните изменение окраски дихромата. Раствор какого вещества находится в приёмнике? Напишите уравнение реакции.

4. Налейте в фарфоровую чашечку 1–2 мл этанола и подожгите его лучинкой. Отметьте цвет пламени. Напишите уравнение реакции. При необходимости потушите спирт, накрыв чашку часовым стеклом.

5. Раскалите в пламени спиртовки спираль из медной проволоки. Как изменился цвет спирали? Раскалённую спираль опустите в стакан с этанолом. Что наблюдаете? Повторите опыт несколько раз. Напишите уравнение реакции.

Рис. 79. Прибор для окисления этанола

1. Налейте в пробирку 1 мл этанола. Познакомьтесь с его запахом. Прилейте к спирту примерно равное количество воды. Перемешайте раствор. Сделайте вывод о растворимости этанола в воде.

Этанол ($C_2H_5OH$) — это бесцветная, подвижная жидкость с характерным спиртовым запахом. При добавлении к этанолу равного объёма воды и последующем перемешивании наблюдается образование однородной (гомогенной) системы. Жидкости полностью смешиваются друг с другом, граница раздела фаз отсутствует. Это свидетельствует о хорошей растворимости этанола в воде. Причиной этого является способность молекул этанола образовывать водородные связи с молекулами воды благодаря наличию полярной гидроксильной группы (–OH).

Ответ: Вывод: этиловый спирт неограниченно растворяется в воде.

2. К полученному раствору добавьте один-два кристаллика перманганата калия и перемешайте. Нагрейте раствор. Что наблюдаете? Как изменился цвет раствора? Сделайте вывод о протекании реакции.

При добавлении в водно-спиртовой раствор кристаллов перманганата калия ($KMnO_4$) раствор окрашивается в интенсивный фиолетовый цвет, характерный для перманганат-иона ($MnO_4^-$). При нагревании этой смеси происходит быстрое обесцвечивание раствора и выпадение бурого осадка оксида марганца(IV) ($MnO_2$).

Изменение цвета и образование осадка являются признаками химической реакции. В данном случае протекает окислительно-восстановительная реакция, где этанол является восстановителем, а перманганат калия — окислителем. Этанол окисляется, а марганец, имевший степень окисления +7, восстанавливается до степени окисления +4.

Уравнение реакции окисления этанола в нейтральной среде (упрощенно):

$3C_2H_5OH + 2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} 3CH_3CHO + 2MnO_2\downarrow + 2KOH + 2H_2O$

Ответ: Наблюдается обесцвечивание фиолетового раствора и выпадение бурого осадка. Вывод: между этанолом и перманганатом калия протекает окислительно-восстановительная реакция.

3. Соберите прибор (рис. 79). В пробирку, которая закреплена в лапке штатива, налейте 4 мл хромовой смеси (готовят смешением двух объёмов 5%-го раствора дихромата калия с одним объёмом 20%-й серной кислоты) и 2 мл этанола. Отверстие пробирки закройте пробкой со вставленной в неё газоотводной трубкой. В пробирку, служащую приёмником, налейте 2 мл воды. Нагревайте пробирку со смесью, опуская её в стакан с горячей водой. Что наблюдаете? Объясните изменение окраски дихромата. Раствор какого вещества находится в приёмнике? Напишите уравнение реакции.

При нагревании реакционной смеси наблюдается изменение её цвета с оранжевого на зелёный. Также можно почувствовать резкий специфический запах, исходящий из пробирки-приёмника.

Изменение окраски объясняется тем, что ионы дихромата ($Cr_2O_7^{2-}$), придающие раствору оранжевый цвет и содержащие хром в степени окисления +6, являются сильным окислителем в кислой среде. Они окисляют этиловый спирт до уксусного альдегида (этаналя), а сами при этом восстанавливаются до ионов хрома(III) ($Cr^{3+}$), которые имеют зелёный цвет.

Уксусный альдегид — летучее соединение (температура кипения 20,2 °C). При нагревании он испаряется, по газоотводной трубке попадает в пробирку-приёмник с холодной водой, где конденсируется и растворяется. Таким образом, в приёмнике находится водный раствор уксусного альдегида ($CH_3CHO$).

Уравнение реакции:

$3C_2H_5OH + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \xrightarrow{t^\circ} 3CH_3CHO\uparrow + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O$

Ответ: Наблюдается изменение цвета с оранжевого на зелёный из-за восстановления $Cr^{6+}$ до $Cr^{3+}$. В приёмнике находится водный раствор уксусного альдегида (этаналя).

4. Налейте в фарфоровую чашечку 1–2 мл этанола и подожгите его лучинкой. Отметьте цвет пламени. Напишите уравнение реакции. При необходимости потушите спирт, накрыв чашку часовым стеклом.

При поджигании этанол горит ровным, слабо светящимся пламенем голубоватого цвета. Горение происходит без выделения дыма или копоти, что свидетельствует о полном сгорании вещества. Продуктами реакции являются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции полного сгорания этанола в кислороде воздуха:

$C_2H_5OH + 3O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CO_2 + 3H_2O$

Ответ: Пламя имеет голубоватый цвет. Уравнение реакции: $C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$.

5. Раскалите в пламени спиртовки спираль из медной проволоки. Как изменился цвет спирали? Раскалённую спираль опустите в стакан с этанолом. Что наблюдаете? Повторите опыт несколько раз. Напишите уравнение реакции.

При нагревании в пламени медная проволока, имеющая красно-розовый цвет, покрывается чёрным налётом. Это оксид меди(II) ($CuO$), который образуется в результате реакции меди с кислородом воздуха:

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO$

При погружении раскалённой почерневшей спирали в этанол чёрный налёт мгновенно исчезает, и проволока вновь приобретает свой первоначальный медный блеск. При этом слышно шипение и появляется резкий запах уксусного альдегида. Это происходит потому, что оксид меди(II) окисляет этанол до уксусного альдегида, а сам восстанавливается до металлической меди. Повторение опыта показывает тот же результат, что говорит о каталитической роли меди в процессе окисления спирта кислородом воздуха.

Уравнение реакции этанола с оксидом меди(II):

$C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t^\circ} CH_3CHO + Cu + H_2O$

Ответ: При прокаливании спираль чернеет. При опускании в этанол чёрный налёт исчезает, и спираль становится красной. Уравнение реакции: $C_2H_5OH + CuO \rightarrow CH_3CHO + Cu + H_2O$.