Номер 26, страница 86 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.26. Приведите уравнения реакций, иллюстрирующие кислотные свойства фенола. Как соотносится кислотность фенола с кислотностью: а) этанола; б) воды; в) уксусной кислоты; г) угольной кислоты; д) соляной кислоты?

Кислотные свойства фенола ($C_6H_5OH$) обусловлены влиянием бензольного кольца на гидроксильную группу. Электроноакцепторный эффект кольца приводит к поляризации связи O-H и облегчает отщепление протона ($H^+$). Это делает фенол более сильной кислотой, чем спирты и вода.

Уравнения реакций, иллюстрирующие кислотные свойства фенола:

1. Взаимодействие с активными металлами (например, с натрием) с образованием фенолята натрия и выделением водорода:

   $2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2\uparrow$

2. Взаимодействие со щелочами (в отличие от спиртов). Эта реакция показывает, что фенол — более сильная кислота, чем вода:

   $C_6H_5OH + NaOH \rightleftharpoons C_6H_5ONa + H_2O$

Сравнение кислотности фенола с другими соединениями можно провести, используя константы кислотности ($pKa$). Чем меньше значение $pKa$, тем сильнее кислота.

• Фенол: $pKa \approx 10,0$

• Этанол: $pKa \approx 16,0$

• Вода: $pKa \approx 15,7$

• Уксусная кислота: $pKa \approx 4,76$

• Угольная кислота: $pKa_1 \approx 6,35$

• Соляная кислота: $pKa \approx -7$

а) с кислотностью этанола

Фенол является значительно более сильной кислотой, чем этанол ($C_2H_5OH$). Это объясняется тем, что образующийся при диссоциации фенола феноксид-ион ($C_6H_5O^−$) стабилизирован за счет сопряжения неподеленной электронной пары атома кислорода с $\pi$-системой бензольного кольца (отрицательный заряд делокализуется по кольцу). В этоксид-ионе ($C_2H_5O^−$) этильная группа, наоборот, проявляет электронодонорный индуктивный эффект, который дестабилизирует анион, усиливая на нем отрицательный заряд. Практическим подтверждением является то, что фенол реагирует с водными растворами щелочей, а этанол — нет.

Ответ: кислотность фенола значительно выше кислотности этанола.

б) с кислотностью воды

Фенол является более сильной кислотой, чем вода ($H_2O$), что видно из их значений $pKa$ ($10,0$ у фенола против $15,7$ у воды). Реакция фенола со щелочью с образованием соли (фенолята) и воды подтверждает, что фенол охотнее отдает протон, чем вода.

Ответ: кислотность фенола выше кислотности воды.

в) с кислотностью уксусной кислоты

Фенол — гораздо более слабая кислота, чем уксусная кислота ($CH_3COOH$). Карбоксилат-ион ($CH_3COO^−$) стабилизирован резонансом в значительно большей степени, чем феноксид-ион, так как отрицательный заряд в нем распределен между двумя электроотрицательными атомами кислорода. Уксусная кислота, будучи более сильной, может вытеснять фенол из его солей (фенолятов).

Ответ: кислотность фенола значительно ниже кислотности уксусной кислоты.

г) с кислотностью угольной кислоты

Фенол является более слабой кислотой, чем угольная кислота ($H_2CO_3$). Это можно продемонстрировать, пропуская углекислый газ (ангидрид угольной кислоты) через раствор фенолята натрия. В результате реакции образуется осадок фенола и гидрокарбонат натрия, что указывает на то, что угольная кислота вытесняет фенол из его соли.

$C_6H_5ONa + H_2O + CO_2 \rightarrow C_6H_5OH\downarrow + NaHCO_3$

Ответ: кислотность фенола ниже кислотности угольной кислоты.

д) с кислотностью соляной кислоты

Соляная кислота ($HCl$) — сильная минеральная кислота, которая полностью диссоциирует в воде. Фенол по сравнению с ней является чрезвычайно слабой кислотой. Разница в их силе составляет много порядков (pKa фенола $\approx 10$, pKa HCl $\approx -7$). Соляная кислота легко вытесняет фенол из фенолятов.

$C_6H_5ONa + HCl \rightarrow C_6H_5OH + NaCl$

Ответ: кислотность фенола несравненно ниже кислотности соляной кислоты.