Номер 5, страница 414 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практическая работа 5.Получение уксусной кислоты и изучение её свойств

Реактивы: ацетат натрия, кварцевый песок, 50%-я серная кислота, цинк, растворы гидроксида натрия, сульфата железа(II), карбоната натрия.

Оборудование и материалы: лабораторный штатив, Г-образная трубка, резиновый шланг, две пробирки, спиртовка, штатив с пробирками.

В пробирку поместите 0,5 г ацетата натрия и прибавляйте по каплям 50%-й раствор серной кислоты так, чтобы кислота полностью смочила соль (примерно 10 капель). Внесите в пробирку щепотку речного песка — он обеспечит равномерное кипение жидкости. Закрепите пробирку в штативе. Присоедините к пробирке пробку с Г-образной газоотводной трубкой, свободный конец которой опустите в пустую пробирку. Нижний конец трубки не должен доходить до дна пробирки на 2–3 см. Нагревайте пробирку со смесью на пламени спиртовки, избегая сильного кипения жидкости. Когда в пробирке-приёмнике соберётся примерно 0,5 мл жидкости, прекратите нагревание. Ознакомьтесь с запахом полученного вещества, его растворимостью в воде.

Изучите отношение полученного раствора к цинку, гидроксиду железа(II), карбонату натрия. Запишите уравнения реакций ионного обмена в молекулярном, полном и сокращённом ионном виде.

Решение

Практическая работа включает в себя два основных этапа: получение уксусной кислоты из её соли (ацетата натрия) и последующее изучение её химических свойств на примере реакций с металлом, основанием и солью.

1. Получение уксусной кислоты

В основе лабораторного способа получения уксусной кислоты лежит реакция обмена между ацетатом натрия и концентрированной серной кислотой при нагревании. Серная кислота является сильной и нелетучей, поэтому она способна вытеснять летучую уксусную кислоту из её солей.

Молекулярное уравнение реакции:

$2CH_3COONa(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} 2CH_3COOH\uparrow + Na_2SO_4(тв.)$

В ходе реакции при нагревании образуются пары уксусной кислоты ($t_{кип} = 118.1^\circ C$), которые затем отгоняются и конденсируются в пробирке-приёмнике. Кварцевый песок в реакционной смеси необходим для обеспечения равномерного и спокойного кипения. Полученное вещество — бесцветная жидкость с характерным резким запахом, хорошо растворимая в воде — и есть уксусная кислота.

Ответ: Уксусная кислота получена в результате реакции обмена между ацетатом натрия и концентрированной серной кислотой при нагревании, с последующей отгонкой и конденсацией продукта. Уравнение реакции: $2CH_3COONa + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3COOH + Na_2SO_4$.

2. Изучение свойств полученного раствора уксусной кислоты

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) является типичной карбоновой кислотой и проявляет все характерные кислотные свойства.

Изучите отношение полученного раствора к цинку, гидроксиду железа(III), карбонату натрия. Запишите уравнения реакций ионного обмена в молекулярном, полном и сокращённом ионном виде.

а) Взаимодействие с цинком ($Zn$)

Уксусная кислота, как и другие кислоты, реагирует с металлами, стоящими в ряду активности до водорода. В реакции с цинком образуется соль (ацетат цинка) и выделяется газообразный водород. Данная реакция является окислительно-восстановительной.

• Молекулярное уравнение:

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

• Полное ионное уравнение:

  $2CH_3COOH + Zn^0 \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2^0 \uparrow$

  (Уксусная кислота — слабый электролит, поэтому записывается в молекулярной форме; цинк — твёрдое вещество; ацетат цинка — растворимая соль).

• Сокращённое ионное уравнение:

  Так как в левой части уравнения нет ионов, которые можно было бы сократить, сокращённое ионное уравнение идентично полному.

  $2CH_3COOH + Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2CH_3COO^- + H_2 \uparrow$

Ответ: При взаимодействии раствора уксусной кислоты с цинком наблюдается выделение пузырьков газа (водорода) и образование соли ацетата цинка. Молекулярное уравнение реакции: $2CH_3COOH + Zn \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2 \uparrow$.

б) Взаимодействие с гидроксидом железа(III) ($Fe(OH)_3$)

Уксусная кислота вступает в реакцию нейтрализации с нерастворимым в воде основанием — гидроксидом железа(III). В результате реакции бурый осадок $Fe(OH)_3$ растворяется и образуется растворимая соль (ацетат железа(III)) и вода.

• Молекулярное уравнение:

  $3CH_3COOH + Fe(OH)_3 \downarrow \rightarrow (CH_3COO)_3Fe + 3H_2O$

• Полное ионное уравнение:

  $3CH_3COOH + Fe(OH)_3\downarrow \rightarrow Fe^{3+} + 3CH_3COO^- + 3H_2O$

  (Уксусная кислота — слабый электролит, гидроксид железа(III) — нерастворимое вещество, вода — слабый электролит).

• Сокращённое ионное уравнение:

  Совпадает с полным ионным уравнением, так как нет ионов-наблюдателей для сокращения.

  $3CH_3COOH + Fe(OH)_3\downarrow \rightarrow Fe^{3+} + 3CH_3COO^- + 3H_2O$

Ответ: При добавлении гидроксида железа(III) к уксусной кислоте происходит растворение осадка с образованием ацетата железа(III) и воды. Молекулярное уравнение реакции: $3CH_3COOH + Fe(OH)_3 \rightarrow (CH_3COO)_3Fe + 3H_2O$.

в) Взаимодействие с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$)

Уксусная кислота сильнее угольной ($H_2CO_3$), поэтому вытесняет её из солей — карбонатов. Образующаяся в ходе реакции ионного обмена угольная кислота крайне неустойчива и сразу же разлагается на углекислый газ ($CO_2$) и воду, что проявляется в виде бурного выделения газа.

• Молекулярное уравнение:

  $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$

• Полное ионное уравнение:

  $2CH_3COOH + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow 2CH_3COO^- + 2Na^+ + H_2O + CO_2 \uparrow$

  (Карбонат натрия и ацетат натрия — растворимые соли, которые в растворе диссоциируют на ионы).

• Сокращённое ионное уравнение:

  После сокращения ионов-наблюдателей ($Na^+$), присутствующих в левой и правой частях уравнения:

  $2CH_3COOH + CO_3^{2-} \rightarrow 2CH_3COO^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: Взаимодействие уксусной кислоты с карбонатом натрия сопровождается выделением углекислого газа и образованием ацетата натрия и воды. Молекулярное уравнение реакции: $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$.