Страница 80 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

5. Наиболее сильным электролитом является кислота

1) муравьиная

2) уксусная

3) угольная

4) пропионовая

Сила электролита определяется его способностью диссоциировать (распадаться) на ионы в растворе. Для кислот сила электролита прямо связана с их силой, которая характеризуется константой диссоциации кислоты ($K_a$). Чем больше значение $K_a$, тем сильнее кислота и, соответственно, тем сильнее она является электролитом.

Рассмотрим предложенные кислоты: муравьиная ($HCOOH$), уксусная ($CH_3COOH$), угольная ($H_2CO_3$) и пропионовая ($CH_3CH_2COOH$).

Все перечисленные кислоты, за исключением угольной, относятся к гомологическому ряду одноосновных карбоновых кислот. Сила карбоновых кислот зависит от радикала, связанного с карбоксильной группой ($-COOH$). Алкильные радикалы, такие как метил ($-CH_3$) и этил ($-C_2H_5$), проявляют положительный индуктивный эффект (+I), то есть смещают электронную плотность к карбоксильной группе. Это приводит к увеличению электронной плотности на атоме кислорода в гидроксильной группе, что затрудняет отщепление протона ($H^+$) и ослабляет кислотные свойства.

В молекуле муравьиной кислоты с карбоксильной группой связан атом водорода, который практически не оказывает индуктивного эффекта. В уксусной кислоте — метильная группа ($CH_3$), а в пропионовой — этильная группа ($C_2H_5$). Положительный индуктивный эффект этильной группы сильнее, чем метильной. Таким образом, сила этих карбоновых кислот уменьшается в ряду: муравьиная > уксусная > пропионовая.

Угольная кислота ($H_2CO_3$) является очень слабой неорганической кислотой, значительно слабее перечисленных карбоновых кислот.

Сравним константы диссоциации ($K_a$) всех кислот при стандартных условиях (25°C):
для муравьиной кислоты $K_a(HCOOH) \approx 1.8 \cdot 10^{-4}$;
для уксусной кислоты $K_a(CH_3COOH) \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$;
для пропионовой кислоты $K_a(CH_3CH_2COOH) \approx 1.3 \cdot 10^{-5}$;
для угольной кислоты (по первой ступени) $K_{a1}(H_2CO_3) \approx 4.5 \cdot 10^{-7}$.

Наибольшее значение константы диссоциации имеет муравьиная кислота. Следовательно, она диссоциирует на ионы в наибольшей степени и является самым сильным электролитом из представленных.

Ответ: 1) муравьиная.

6. Этиловый эфир уксусной кислоты получают взаимодействием

1) этанола и уксусного альдегида

2) этанола и уксусной кислоты

3) уксусной кислоты и этаналя

4) ацетальдегида и этилового спирта

Решение

Этиловый эфир уксусной кислоты, также известный как этилацетат, относится к классу сложных эфиров. Основным промышленным и лабораторным способом получения сложных эфиров является реакция этерификации — взаимодействие карбоновой кислоты и спирта. Реакция обычно протекает в присутствии сильной кислоты в качестве катализатора (например, концентрированной серной кислоты) и является обратимой.

Название сложного эфира "этиловый эфир уксусной кислоты" само по себе указывает на то, какие вещества необходимы для его синтеза:

• Часть названия "этиловый" указывает на то, что в реакции должен участвовать этиловый спирт, или этанол, с химической формулой $C_2H_5OH$.
• Часть названия "эфир уксусной кислоты" указывает на то, что в качестве кислоты используется уксусная кислота (или этановая кислота), с химической формулой $CH_3COOH$.

Таким образом, уравнение реакции получения этилового эфира уксусной кислоты выглядит следующим образом:

$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

Теперь проанализируем предложенные варианты ответа.

1) этанола и уксусного альдегида

Взаимодействие спирта (этанола) с альдегидом (уксусный альдегид) приводит к образованию полуацеталя, а не сложного эфира. Этот вариант не является правильным.

2) этанола и уксусной кислоты

Это реакция между этанолом (спирт) и уксусной кислотой (карбоновая кислота). Именно эта реакция этерификации приводит к образованию этилового эфира уксусной кислоты. Этот вариант является правильным.

3) уксусной кислоты и этаналя

Этаналь — это систематическое название для уксусного альдегида ($CH_3CHO$). Реакция между карбоновой кислотой и альдегидом не является стандартным способом получения сложных эфиров. Этот вариант не является правильным.

4) ацетальдегида и этилового спирта

Ацетальдегид — это тривиальное название для уксусного альдегида, а этиловый спирт — для этанола. Таким образом, этот вариант по сути идентичен первому варианту. Реакция приводит к образованию полуацеталя, а не сложного эфира. Этот вариант не является правильным.

Ответ: 2

7. Укажите формулу сложного эфира.

1) $\text{CH}_3 \text{--CH}_2 \text{--O--CH}_3$

2) $\text{CH}_3 \text{--C}(=\text{O})\text{--OH}$

3) $\text{CH}_3 \text{--CH}_2 \text{--C}(=\text{O})\text{--CH}_3$

4) $\text{H--C}(=\text{O})\text{--O--C}_2\text{H}_5$

Решение

Сложные эфиры – это класс органических соединений, которые являются производными карбоновых кислот, в которых атом водорода в гидроксильной группе ($–OH$) замещен на углеводородный радикал ($R'$). Общая формула сложных эфиров имеет вид $R–C(O)O–R'$. Характерной чертой их строения является наличие сложноэфирной функциональной группы $–COO–$.

Проанализируем предложенные варианты:

1) Формула $CH_3–CH_2–O–CH_3$ описывает метилэтиловый эфир. Это соединение относится к классу простых эфиров, так как содержит функциональную группу простых эфиров (атом кислорода, связанный с двумя углеводородными радикалами: $R-O-R'$).

2) Формула, представленная как $CH_3$ соединенная с группой $C(=O)OH$, является уксусной кислотой ($CH_3COOH$). Это соединение относится к классу карбоновых кислот, так как содержит карбоксильную функциональную группу $–COOH$.

3) Формула $CH_3–CH_2–C(=O)CH_3$ описывает бутанон-2 (метилэтилкетон). Это соединение относится к классу кетонов, так как содержит карбонильную группу $(>C=O)$, связанную с двумя углеводородными радикалами.

4) Формула $H–C(=O)O–C_2H_5$ описывает этилформиат. Это соединение содержит сложноэфирную группу $–COO–$ и соответствует общей формуле сложных эфиров. Оно образовано остатком муравьиной кислоты и этилового спирта. Следовательно, это сложный эфир.

Таким образом, формула сложного эфира приведена под номером 4.

Ответ: 4

8. Воски — это

1) высшие сложные эфиры

2) соли высших карбоновых кислот

3) высшие простые эфиры

4) высшие спирты

Решение

Воски — это класс липидов, которые с химической точки зрения представляют собой сложные эфиры, образованные в результате реакции этерификации между высшими жирными (карбоновыми) кислотами и высшими одноатомными спиртами.

Общая формула образования воска:
$R-COOH + R'-OH \rightleftharpoons R-COO-R' + H_2O$
где $R-COOH$ — это высшая карбоновая кислота, а $R'-OH$ — это высший одноатомный спирт. Радикалы $R$ и $R'$ являются длинными углеводородными цепями, обычно содержащими от 14 до 30 атомов углерода.

Проанализируем предложенные варианты:

1) высшие сложные эфиры — это определение полностью и точно описывает химическую природу восков. Они являются сложными эфирами, образованными из "высших" компонентов (кислот и спиртов с большим числом атомов углерода). Следовательно, этот вариант является правильным.

2) соли высших карбоновых кислот — это определение относится к мылам. Мыла — это соли, образованные высшими карбоновыми кислотами и катионами металлов (например, пальмитат натрия $C_{15}H_{31}COONa$). Это неверный вариант.

3) высшие простые эфиры — простые эфиры имеют общую формулу $R-O-R'$ и содержат простую эфирную связь. Воски содержат сложноэфирную функциональную группу $(-COO-)$, а не простую эфирную. Это неверный вариант.

4) высшие спирты — высшие спирты (например, цетиловый спирт $C_{16}H_{33}OH$) являются лишь одним из исходных веществ для синтеза восков, но не самими восками. Это неверный вариант.

Ответ: 1

9. Взаимодействие сложных эфиров с водой называют

1) омылением

2) гидролизом

3) гидратацией

4) этерификацией

Взаимодействие сложных эфиров с водой — это реакция, при которой сложноэфирная связь ($R-COO-R'$) разрывается под действием молекулы воды. В результате этого процесса образуются карбоновая кислота и спирт, из которых изначально был получен сложный эфир. Рассмотрим предложенные термины.

1) омылением
Омыление — это гидролиз сложных эфиров (в частности, жиров) в щелочной среде. В результате реакции образуется не кислота, а её соль (мыло) и спирт. Например: $CH_3COOC_2H_5 + NaOH \rightarrow CH_3COONa + C_2H_5OH$. Это частный случай взаимодействия сложного эфира с водой в присутствии щелочи, а не общий термин.

2) гидролизом
Гидролиз — это общее название для реакций обменного разложения веществ водой. Реакция сложного эфира с водой является классическим примером гидролиза. Она может протекать как в кислой, так и в нейтральной среде и является обратимой. Общее уравнение реакции выглядит следующим образом: $R-COO-R' + H_2O \rightleftharpoons R-COOH + R'-OH$ Этот термин точно описывает процесс, указанный в вопросе.

3) гидратацией
Гидратация — это реакция присоединения молекул воды к молекулам органических или неорганических веществ, обычно по кратным связям. Например, гидратация этилена приводит к образованию этанола: $CH_2=CH_2 + H_2O \rightarrow CH_3-CH_2-OH$. Этот процесс не описывает разложение сложного эфира.

4) этерификацией
Этерификация — это реакция образования сложного эфира при взаимодействии карбоновой кислоты со спиртом. Это процесс, обратный гидролизу. $R-COOH + R'-OH \rightleftharpoons R-COO-R' + H_2O$ Следовательно, этот термин описывает синтез сложного эфира, а не его взаимодействие с водой.

Таким образом, наиболее общим и правильным термином для описания взаимодействия сложных эфиров с водой является гидролиз.

Ответ: 2) гидролизом.

10. При гидролизе жиров образуются

1) альдегиды и спирты

2) высшие карбоновые кислоты и глицерин

3) кетоны и глицерин

4) глицерин и альдегиды

Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить химическое строение жиров и суть реакции гидролиза.

Решение

Жиры, также известные как триглицериды, по своей химической структуре являются сложными эфирами. Они образуются в результате реакции этерификации между трехатомным спиртом глицерином и тремя молекулами высших карбоновых (жирных) кислот.

Гидролиз — это реакция химического разложения вещества при взаимодействии с водой. В случае жиров, гидролиз является обратным процессом этерификации. При этом происходит разрыв трех сложноэфирных связей в молекуле жира.

Общее уравнение реакции гидролиза жира (триглицерида) можно представить следующим образом:

$ \underbrace{ \begin{matrix} \text{CH}_2\text{—O—CO—R}_1 \\ | \\ \text{CH—O—CO—R}_2 \\ | \\ \text{CH}_2\text{—O—CO—R}_3 \end{matrix} }_{\text{Жир (триглицерид)}} \quad + \quad 3\text{H}_2\text{O} \quad \rightleftharpoons \quad \underbrace{ \begin{matrix} \text{CH}_2\text{—OH} \\ | \\ \text{CH—OH} \\ | \\ \text{CH}_2\text{—OH} \end{matrix} }_{\text{Глицерин}} \quad + \quad \underbrace{ \begin{matrix} \text{R}_1\text{COOH} \\ \text{R}_2\text{COOH} \\ \text{R}_3\text{COOH} \end{matrix} }_{\text{Высшие карбоновые кислоты}} $

Где $R_1, R_2, R_3$ — это углеводородные радикалы, входящие в состав высших карбоновых кислот.

Таким образом, в результате гидролиза жира образуются глицерин и высшие карбоновые кислоты.

Теперь проанализируем предложенные варианты ответа:

1) альдегиды и спирты – неверно. Хотя глицерин является спиртом, альдегиды в этой реакции не образуются.

2) высшие карбоновые кислоты и глицерин – верно. Это в точности соответствует продуктам, получаемым при гидролизе жиров.

3) кетоны и глицерин – неверно. Кетоны не являются продуктами гидролиза жиров.

4) глицерин и альдегиды – неверно по той же причине, что и вариант 1.

Ответ: 2) высшие карбоновые кислоты и глицерин.

11. Муравьиная кислота реагирует

1) с серебром

2) с хлоридом натрия

3) с гидроксидом калия

4) с магнием

5) с оксидом кремния

Муравьиная кислота ($HCOOH$) является простейшей карбоновой кислотой. Для неё характерны как общие свойства кислот, так и специфические, обусловленные наличием в структуре альдегидной группы. Проанализируем взаимодействие муравьиной кислоты с каждым из предложенных веществ.

1) с серебром

Серебро ($Ag$) в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит после водорода. Это означает, что серебро является малоактивным металлом и не способно вытеснять водород из кислот. Реакция с металлическим серебром не идет. Стоит отметить, что муравьиная кислота может вступать в реакцию «серебряного зеркала», но для этого требуется не металл, а аммиачный раствор оксида серебра $ [Ag(NH_3)_2]OH $ (реактив Толленса), где кислота окисляется до угольной кислоты (которая разлагается на $CO_2$ и $H_2O$), а серебро восстанавливается до металла.

Ответ: реакция не идет.

2) с хлоридом натрия

Хлорид натрия ($NaCl$) — это соль, образованная сильной кислотой (соляной, $HCl$) и сильным основанием (гидроксидом натрия, $NaOH$). Муравьиная кислота ($HCOOH$) является слабой. Согласно правилу, более слабая кислота не может вытеснить более сильную из её соли. Поэтому реакция обмена между муравьиной кислотой и хлоридом натрия не протекает.

$HCOOH + NaCl \nrightarrow$

Ответ: реакция не идет.

3) с гидроксидом калия

Гидроксид калия ($KOH$) является сильным основанием (щёлочью). Муравьиная кислота, проявляя свои кислотные свойства, вступает с ним в реакцию нейтрализации. В результате реакции образуются соль — формиат калия ($HCOOK$) — и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции: $HCOOH + KOH \rightarrow HCOOK + H_2O$

Ответ: реакция идет.

4) с магнием

Магний ($Mg$) — это активный металл, который в электрохимическом ряду напряжений стоит до водорода. Активные металлы способны вытеснять водород из растворов кислот. В результате реакции муравьиной кислоты с магнием образуется соль — формиат магния ($(HCOO)_2Mg$) — и выделяется газообразный водород ($H_2$).

Уравнение реакции: $2HCOOH + Mg \rightarrow (HCOO)_2Mg + H_2 \uparrow$

Ответ: реакция идет.

5) с оксидом кремния

Оксид кремния(IV) ($SiO_2$), известный как кремнезём, является кислотным оксидом. Кислотные оксиды, как правило, не реагируют с кислотами. Исключением является реакция $SiO_2$ с плавиковой кислотой ($HF$). Муравьиная кислота не обладает достаточной силой для реакции с химически инертным оксидом кремния.

Ответ: реакция не идет.