Номер 4, страница 414 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практическая работа 4. Получение ацетона

Реактивы:

ацетат кальция, карбонат натрия (безводный).

Оборудование и материалы:

лабораторный штатив, Г-образная трубка, две пробирки, спиртовка.

Поместите в сухую пробирку 4—5 г порошка ацетата кальция, присоедините Г-образную газоотводную трубку и укрепите пробирку в лапке штатива почти горизонтально, так, чтобы дно пробирки было несколько выше, чем её отверстие. Газоотводную трубку опустите почти до дна в пробирку-приёмник с 2 мл холодной воды, помещённую в стаканчик с водой.

Пробирку с ацетатом кальция нагревайте пламенем спиртовки сначала осторожно, затем сильнее и, наконец, до красного каления. Что наблюдаете? После того как первоначальный объём жидкости в приёмнике увеличится примерно вдвое, прекратите нагревание и сразу же разберите прибор. Изучите и отметьте в тетради окраску и запах жидкости в пробирке. Что представляет собой эта жидкость? Для выделения из неё ацетона добавьте в пробирку-приёмник 5 г сухого карбоната натрия. Что наблюдаете? Объясните, почему добавление соли значительно уменьшает растворимость ацетона в воде. При помощи делительной воронки отделите ацетон и сдайте его учителю.

Что наблюдаете?

При нагревании ацетата кальция происходит его термическое разложение (пиролиз). Изначально белый порошок ацетата кальция начинает разлагаться с образованием паров ацетона и твердого остатка — карбоната кальция. Визуально наблюдается выделение газа (пара) из пробирки, который по газоотводной трубке поступает в пробирку-приёмник. В холодной пробирке-приёмнике пары ацетона конденсируются, превращаясь в жидкость, из-за чего её объём увеличивается. В нагреваемой пробирке остаётся твёрдое вещество белого или сероватого цвета — карбонат кальция. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$(CH_3COO)_2Ca \xrightarrow{t} CH_3C(O)CH_3 \uparrow + CaCO_3 \downarrow$

Ответ: При нагревании ацетата кальция наблюдается его разложение с выделением паров, которые конденсируются в пробирке-приёмнике в виде жидкости. В исходной пробирке остаётся твёрдый остаток белого цвета (карбонат кальция).

Что представляет собой эта жидкость?

Жидкость, собранная в пробирке-приёмнике, представляет собой водный раствор ацетона. Ацетон ($CH_3C(O)CH_3$) образовался в результате реакции и сконденсировался, растворившись в 2 мл воды, которая изначально находилась в приёмнике. Чистый ацетон — это бесцветная летучая жидкость с характерным резким, но несколько фруктовым запахом. Полученный раствор будет бесцветным и будет обладать этим характерным запахом.

Ответ: Эта жидкость — водный раствор ацетона, бесцветный, с характерным резким запахом.

Что наблюдаете?

При добавлении сухого карбоната натрия ($Na_2CO_3$) в пробирку-приёмник с водным раствором ацетона происходит процесс, называемый высаливанием. Карбонат натрия хорошо растворяется в воде, но практически нерастворим в ацетоне. В результате растворения соли в воде растворимость ацетона в получившемся солевом растворе резко падает. Это приводит к разделению смеси на два слоя: верхний, более легкий слой ацетона, и нижний, более плотный слой водного раствора карбоната натрия.

Ответ: Наблюдается разделение жидкости на два несмешивающихся слоя. Сверху оказывается слой ацетона, а снизу — водный раствор карбоната натрия.

Объясните, почему добавление соли значительно уменьшает растворимость ацетона в воде.

Это явление называется высаливанием. Растворимость ацетона в воде обусловлена образованием водородных связей между молекулами воды и молекулами ацетона (атомом кислорода карбонильной группы). Когда в воду добавляют ионную соль, такую как карбонат натрия, она диссоциирует на ионы ($2Na^+$ и $CO_3^{2-}$). Эти ионы обладают значительным зарядом и сильно гидратируются, то есть притягивают к себе полярные молекулы воды, образуя прочные гидратные оболочки за счёт ион-дипольного взаимодействия. Это взаимодействие энергетически более выгодно, чем образование водородных связей между водой и ацетоном. В результате большая часть молекул воды оказывается "связанной" ионами соли. Для растворения молекул ацетона остаётся меньше "свободных" молекул воды. В итоге равновесие смещается в сторону выделения ацетона из раствора в виде отдельной фазы (слоя).

Ответ: Добавление соли уменьшает растворимость ацетона из-за процесса высаливания. Ионы соли ($Na^+$ и $CO_3^{2-}$) связывают молекулы воды в прочные гидратные оболочки, уменьшая количество свободных молекул воды, способных растворять ацетон, что приводит к его выделению в отдельный слой.