Страница 58 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Реакции «гидратация этилена» (присоединение воды к этилену) и «дегидратация этанола» (отщепление воды от этанола) являются взаимообратными процессами. Они описываются одним и тем же химическим равновесием, где в зависимости от условий (температура, давление, катализатор) смещается баланс в сторону продуктов или реагентов. Именно поэтому их называют «химическими антонимами», а связывает их этиловый спирт (этанол).

Гидратация этилена: $C_2H_4 + H_2O \rightleftharpoons C_2H_5OH$

Дегидратация этанола: $C_2H_5OH \rightleftharpoons C_2H_4 + H_2O$

Предложите формулу двух гомологов этого соединения, отличающихся от него на группу $CH_2$.

Гомологи — это вещества, принадлежащие к одному классу соединений, имеющие сходное строение и химические свойства, но отличающиеся по составу на одну или несколько гомологических разностей, то есть групп $-CH_2-$.

Этиловый спирт имеет формулу $C_2H_5OH$.

1. Ближайший предшествующий гомолог (меньший) получается вычитанием группы $CH_2$ из формулы этанола:
$C_2H_5OH - CH_2 \rightarrow CH_3OH$. Это метанол (метиловый спирт).

2. Ближайший последующий гомолог (больший) получается добавлением группы $CH_2$ к формуле этанола:
$C_2H_5OH + CH_2 \rightarrow C_3H_7OH$. Это пропанол (пропиловый спирт).

Ответ: Двумя гомологами этанола являются метиловый спирт ($CH_3OH$) и пропиловый спирт ($C_3H_7OH$).

Какую общую формулу имеют спирты этого гомологического ряда и какие свойства для них характерны?

Этанол и его гомологи относятся к классу предельных (насыщенных) одноатомных спиртов. Их общую формулу можно вывести из общей формулы предельных углеводородов (алканов) $C_nH_{2n+2}$ путем замены одного атома водорода на гидроксогруппу ($-OH$).

Таким образом, общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов — $C_nH_{2n+1}OH$, где $n \ge 1$.

Для этих спиртов характерны следующие химические свойства, обусловленные наличием полярной гидроксогруппы $-OH$:

1. Кислотные свойства (очень слабые): реакция с активными металлами (щелочными и щелочноземельными) с образованием алкоголятов и выделением водорода.
   Пример: $2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2\uparrow$ (образуется этилат натрия).
2. Реакции с разрывом связи $C-O$: взаимодействие с галогеноводородами с образованием галогеналканов.
   Пример: $C_2H_5OH + HBr \xrightarrow{t} C_2H_5Br + H_2O$ (образуется бромэтан).
3. Дегидратация (отщепление воды):
   • Внутримолекулярная дегидратация (при нагревании выше 140 °C в присутствии концентрированной серной кислоты) приводит к образованию алкенов.
     Пример: $C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t > 140^{\circ}C} CH_2=CH_2 + H_2O$.
   • Межмолекулярная дегидратация (при нагревании до 140 °C в присутствии концентрированной серной кислоты) приводит к образованию простых эфиров.
     Пример: $2C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t \approx 140^{\circ}C} C_2H_5-O-C_2H_5 + H_2O$ (образуется диэтиловый эфир).
4. Окисление: Результат зависит от строения спирта.
   • Первичные спирты (например, этанол) окисляются до альдегидов, которые при дальнейшем окислении превращаются в карбоновые кислоты.
     $CH_3CH_2OH + [O] \rightarrow CH_3CHO + H_2O$ (образуется этаналь).
   • Вторичные спирты окисляются до кетонов.
     $CH_3CH(OH)CH_3 + [O] \rightarrow CH_3C(O)CH_3 + H_2O$ (пропанол-2 окисляется до ацетона).
5. Этерификация: реакция с карбоновыми и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров.
   Пример: $C_2H_5OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$ (образуется этилацетат).
6. Горение: полное сгорание с образованием углекислого газа и воды.
   Пример: $C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$.

Ответ: Спирты этого гомологического ряда имеют общую формулу $C_nH_{2n+1}OH$. Для них характерны реакции с активными металлами, галогеноводородами, реакции дегидратации (с образованием алкенов или простых эфиров), окисления (до альдегидов, кетонов или карбоновых кислот), этерификации (с образованием сложных эфиров) и горения.