Страница 63 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Метиловый спирт взаимодействует с веществами, формулы которых

1) $HCOOH$

2) $O_2$

3) $H_2$

4) $Cu(OH)_2$

5) $Na_2SO_4$

Метиловый спирт, или метанол ($CH_3OH$), является простейшим одноатомным спиртом. Его химические свойства определяются наличием гидроксильной группы ($-OH$) и метильного радикала ($-CH_3$). Рассмотрим взаимодействие метанола с каждым из предложенных веществ.

1) HCOOH

Муравьиная (метановая) кислота ($HCOOH$) — это карбоновая кислота. Спирты вступают в реакцию с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры и воду. Эта реакция называется этерификацией и является обратимой. Реакция обычно проводится в присутствии сильной кислоты (например, серной) в качестве катализатора.
Уравнение реакции метанола с муравьиной кислотой:
$CH_3OH + HCOOH \rightleftharpoons HCOOCH_3 + H_2O$
В результате реакции образуется метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты) и вода. Таким образом, метиловый спирт взаимодействует с муравьиной кислотой.
Ответ: взаимодействует.

2) O₂

Кислород ($O_2$) является сильным окислителем. Метиловый спирт, как и другие спирты, горит в кислороде (или на воздухе). Это реакция полного окисления (горения), в результате которой образуются углекислый газ и вода.
Уравнение реакции горения метанола:
$2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O$
Также возможно каталитическое окисление метанола кислородом при нагревании в присутствии катализатора (например, меди), при этом образуется формальдегид (метаналь) и вода:
$2CH_3OH + O_2 \xrightarrow{Cu, t} 2HCHO + 2H_2O$
Следовательно, метиловый спирт взаимодействует с кислородом.
Ответ: взаимодействует.

3) H₂

Водород ($H_2$) является восстановителем. Метиловый спирт является уже достаточно восстановленным соединением. Реакции гидрирования (присоединения водорода) для одноатомных спиртов не характерны в обычных условиях. Превращение спирта в алкан и воду ($CH_3OH + H_2 \rightarrow CH_4 + H_2O$) требует очень жестких условий (высокие температура и давление, специальные катализаторы) и не относится к типичным химическим свойствам спиртов, изучаемым в общем курсе химии.
Ответ: не взаимодействует.

4) Cu(OH)₂

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это нерастворимое основание. С одноатомными спиртами, как метанол, при комнатной температуре он не реагирует. Эта реакция (образование ярко-синего раствора) является качественной на многоатомные спирты. Однако при нагревании гидроксид меди(II) может окислять первичные спирты (к которым относится метанол) до альдегидов. При этом голубой осадок $Cu(OH)_2$ превращается в красный осадок оксида меди(I) $Cu_2O$.
Уравнение реакции окисления метанола гидроксидом меди(II) при нагревании:
$CH_3OH + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} HCHO + Cu_2O\downarrow + 3H_2O$
Поскольку реакция возможна (при нагревании), считается, что взаимодействие происходит.
Ответ: взаимодействует (при нагревании).

5) Na₂SO₄

Сульфат натрия ($Na_2SO_4$) — это средняя соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Такие соли являются химически нейтральными и не вступают в реакции ионного обмена или окислительно-восстановительные реакции со спиртами в обычных условиях. Безводный сульфат натрия часто используется для осушения органических жидкостей, включая спирты, но это физический процесс связывания воды, а не химическое взаимодействие с молекулой спирта.
Ответ: не взаимодействует.

12. Установите соответствие между реагентами и продуктами реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $CH_2ClCH_2Cl + KOH(водн.) \rightarrow$

Б) $CH_3-CH_2-OH + CuO \rightarrow$

В) $CH_2=CH_2 + H_2O \rightarrow$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $CH_3-CH_2-OH$

2) $CH_3-CH_3 + Cu(OH)_2$

3) $HO-CH_2-CH_2-OH + KCl$

4) $CH_2=CH_2 + H_2O + KCl$

5) $CH_3-\underset{H}{C}=O + Cu + H_2O$

Задания с развёрнутым ответом

А) Реакция 1,2-дихлорэтана с водным раствором гидроксида калия является реакцией нуклеофильного замещения (щелочной гидролиз дигалогеналканов). В ходе этой реакции оба атома хлора замещаются на гидроксильные группы (–OH). В результате образуется двухатомный спирт — этандиол-1,2 (этиленгликоль) и соль хлорид калия.

Уравнение реакции:

$CH_2Cl-CH_2Cl + 2KOH \text{(водн.)} \rightarrow HO-CH_2-CH_2-OH + 2KCl$

Продукты, указанные в варианте 3, соответствуют этому уравнению.

Ответ: 3

Б) Реакция этанола (первичный спирт) с оксидом меди(II) при нагревании — это реакция окисления спирта. Первичные спирты окисляются до альдегидов. В данном случае этанол окисляется до этаналя (уксусного альдегида). Оксид меди(II), будучи окислителем, восстанавливается до металлической меди. Также в реакции образуется вода.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH_2-OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3-C(O)H + Cu\downarrow + H_2O$

Продукты, указанные в варианте 5, соответствуют этому уравнению.

Ответ: 5

В) Реакция этена (алкена) с водой является реакцией гидратации. Эта реакция происходит по механизму электрофильного присоединения в присутствии кислотного катализатора (например, $H_3PO_4$ или $H_2SO_4$) и при повышенной температуре. Двойная связь в молекуле этена разрывается, и по месту разрыва присоединяется молекула воды, образуя одноатомный насыщенный спирт — этанол.

Уравнение реакции:

$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+, t} CH_3-CH_2-OH$

Продукт, указанный в варианте 1, соответствует этому уравнению.

Ответ: 1

13. Используя данные, представленные в таблице, укажите оптимальный состав смеси этиленгликоля с водой при производстве и использовании антифриза в вашем регионе. Обоснуйте свой ответ.

Объёмная доля этиленгликоля, %

Температура кристаллизации смеси, $^\circ C$

12,5 -3,9

25,0 -12,2

38,5 -23,3

44,0 -28,9

52,5 -40,0

65,0 -75,0

Выбор оптимального состава антифриза зависит от климатических условий конкретного региона, а именно от минимальных зимних температур. Оптимальным считается состав, который обеспечивает незамерзание охлаждающей жидкости при самых низких температурах, характерных для региона, с некоторым запасом, но при этом не является избыточно концентрированным, чтобы избежать лишних затрат и возможного ухудшения теплоотводящих свойств. Рассмотрим два основных климатических сценария для России.

1. Для центральных регионов России (например, Московская, Ленинградская, Нижегородская области).

В этих регионах средние минимальные температуры зимой редко опускаются ниже –25 °C, однако возможны аномальные похолодания до –30 °C и даже ниже. Проанализируем данные из таблицы:

• Смесь с 38,5% этиленгликоля (температура кристаллизации –23,3 °C) не обеспечивает достаточной защиты, так как температура может опуститься ниже.

• Смесь с 44,0% этиленгликоля (температура кристаллизации –28,9 °C) уже близка к пороговым значениям и не имеет достаточного запаса прочности на случай сильных морозов.

• Смесь с 52,5% этиленгликоля (температура кристаллизации –40,0 °C) является оптимальным выбором. Она обеспечивает надёжную защиту системы охлаждения двигателя даже в периоды сильных и затяжных морозов, создавая необходимый запас безопасности. Именно такой состав соответствует популярным маркам антифриза «-40».

• Использование смеси с 65,0% этиленгликоля (температура кристаллизации –75,0 °C) в данных климатических условиях является экономически неоправданным и избыточным.

Ответ: Для центральных регионов России оптимальным является состав смеси с объёмной долей этиленгликоля 52,5%, обеспечивающий температуру кристаллизации –40,0 °C.

2. Для регионов Сибири, Урала и Крайнего Севера.

В этих регионах характерны суровые зимы, где температуры часто опускаются до –40 °C и ниже. Для обеспечения бесперебойной работы техники в таких условиях требуется антифриз с очень низкой температурой замерзания.

• Смесь с 52,5% этиленгликоля (температура кристаллизации –40,0 °C) может оказаться недостаточной, так как она будет работать на пределе своих возможностей и может кристаллизоваться при более сильных морозах, которые не являются редкостью для этих регионов.

• Смесь с 65,0% этиленгликоля (температура кристаллизации –75,0 °C) является оптимальным выбором. Такой состав гарантирует, что охлаждающая жидкость не замерзнет даже в самые экстремальные морозы, обеспечивая максимальную защиту двигателя. Этот состав соответствует антифризам класса «-65» (арктическим).

Ответ: Для регионов Сибири и Крайнего Севера оптимальным является состав смеси с объёмной долей этиленгликоля 65,0%, обеспечивающий температуру кристаллизации –75,0 °C.

14. Одним из изомеров бутанола-1 является так называемый медицинский эфир. Он относится к классу простых эфиров с общей формулой $R_1 - O - R_2$ и имеет симметричное строение. Напишите структурную формулу и название вещества по международной номенклатуре, укажите, как его используют в медицине.

Решение

Для решения задачи сначала определим молекулярную формулу вещества. В условии сказано, что "медицинский эфир" является изомером бутанола-1. Изомеры — это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (т.е. одинаковую молекулярную формулу), но разное строение.

Молекулярная формула бутанола-1 ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-OH$) — $C_4H_{10}O$. Следовательно, искомый эфир также имеет молекулярную формулу $C_4H_{10}O$.

Вещество относится к классу простых эфиров, общая формула которых $R_1-O-R_2$. По условию, эфир имеет симметричное строение. Это означает, что два радикала, соединенные с атомом кислорода, одинаковы: $R_1 = R_2 = R$. Таким образом, формула нашего эфира — $R-O-R$.

В молекуле $C_4H_{10}O$ содержится 4 атома углерода. Поскольку радикалы одинаковы, на каждый из них приходится по $4 / 2 = 2$ атома углерода. Алкильный радикал с двумя атомами углерода — это этил, $-C_2H_5$.

Таким образом, искомое вещество — это диэтиловый эфир, формула которого $C_2H_5-O-C_2H_5$.

1. Структурная формула вещества:
$CH_3-CH_2-O-CH_2-CH_3$

2. Название вещества по международной номенклатуре:
Согласно номенклатуре ИЮПАК, один из этильных радикалов вместе с кислородом рассматривается как заместитель (алкоксигруппа), а второй — как основа (алкан). Группа $CH_3-CH_2-O-$ называется "этокси". Основа с двумя атомами углерода — "этан". Следовательно, название вещества — этоксиэтан.

3. Использование в медицине:
"Медицинский эфир" — это тривиальное (историческое) название диэтилового эфира (этоксиэтана). В медицине он применяется как средство для общей анестезии (ингаляционного наркоза). При вдыхании его паров наступает состояние наркоза, что позволяет проводить хирургические операции. В современной медицине его использование сократилось из-за высокой горючести и наличия побочных эффектов, но он остается важным анестетиком в некоторых областях.

Ответ:
Структурная формула: $CH_3-CH_2-O-CH_2-CH_3$.
Название по международной номенклатуре: этоксиэтан.
Использование в медицине: средство для общей анестезии (ингаляционного наркоза).