Практическая работа 1, страница 107 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

1) Проведите реакции, характерные для глюкозы, используя в качестве реактива одно химическое соединение. Опишите условия проведения и признаки реакций, составьте их уравнения. Сделайте вывод.

Решение:
Для идентификации глюкозы можно использовать один реактив — свежеосажденный гидроксид меди(II), $Cu(OH)_2$. Глюкоза, являясь альдегидоспиртом, проявляет двойственные свойства: как многоатомный спирт и как альдегид. Обе эти функциональные группы можно обнаружить с помощью $Cu(OH)_2$.

Сначала необходимо получить гидроксид меди(II) путем смешивания раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) с раствором щелочи (например, $NaOH$):
$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$
Образуется голубой студенистый осадок гидроксида меди(II).

Реакция глюкозы как многоатомного спирта (качественная реакция на многоатомные спирты):
Условия проведения: К полученному осадку $Cu(OH)_2$ добавляют раствор глюкозы и встряхивают. Реакция протекает при комнатной температуре без нагревания.
Признаки реакции: Голубой осадок $Cu(OH)_2$ растворяется, и образуется прозрачный раствор ярко-синего цвета — комплексное соединение, сахарат меди(II).
Уравнение реакции (упрощенное):
$2C_6H_{12}O_6 + Cu(OH)_2 \rightarrow (C_6H_{11}O_6)_2Cu + 2H_2O$
Эта реакция доказывает наличие в молекуле глюкозы нескольких гидроксильных групп, расположенных у соседних атомов углерода.

Реакция глюкозы как альдегида (качественная реакция на альдегидную группу):
Условия проведения: Полученный в предыдущем опыте ярко-синий раствор нагревают.
Признаки реакции: При нагревании цвет раствора изменяется: сначала образуется желтый осадок гидроксида меди(I) ($CuOH$), который при дальнейшем нагревании разлагается и превращается в кирпично-красный осадок оксида меди(I) ($Cu_2O$).
Уравнение реакции:
$HOCH_2(CHOH)_4CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} HOCH_2(CHOH)_4COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$
В ходе реакции альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной (образуется глюконовая кислота), а медь со степенью окисления +2 восстанавливается до меди со степенью окисления +1.

Вывод: С помощью одного реактива — гидроксида меди(II) — можно доказать двойственную химическую природу глюкозы. Реакция при комнатной температуре подтверждает наличие у глюкозы свойств многоатомного спирта, а реакция при нагревании — наличие свойств альдегида.
Ответ: Характерными реакциями для глюкозы являются взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом меди(II) при комнатной температуре с образованием ярко-синего раствора и последующее нагревание этого раствора, приводящее к выпадению кирпично-красного осадка.

2) Используя один и тот же реактив, экспериментально распознайте выданные вам в пронумерованных пробирках без этикеток вещества: раствор формальдегида и глицерина. Опишите условия проведения и признаки реакций, составьте их уравнения. Сделайте вывод.

Решение:
Для распознавания раствора формальдегида (метаналя) и глицерина (пропантриола-1,2,3) можно использовать один общий качественный реактив — свежеосажденный гидроксид меди(II), $Cu(OH)_2$.

Ход эксперимента:
1. В две пробирки наливают по 1-2 мл раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и добавляют избыток раствора гидроксида натрия ($NaOH$) до образования голубого осадка $Cu(OH)_2$.
2. В одну пробирку с осадком добавляют несколько капель исследуемого раствора из пробирки №1, в другую — из пробирки №2. Содержимое пробирок перемешивают.
3. Наблюдают за изменениями при комнатной температуре.
4. Обе пробирки осторожно нагревают на пламени спиртовки.

Наблюдения и уравнения реакций:
Пробирка с глицерином ($C_3H_5(OH)_3$):
Условия и признаки: При добавлении глицерина к осадку $Cu(OH)_2$ при комнатной температуре осадок растворяется, образуя прозрачный раствор ярко-синего цвета. Это качественная реакция на многоатомные спирты. При дальнейшем нагревании этого раствора видимых изменений не происходит, так как глицерин не содержит альдегидной группы.
Уравнение реакции (образование глицерата меди(II)):
$2C_3H_5(OH)_3 + Cu(OH)_2 \rightarrow \text{растворимый комплекс (глицерат меди(II)) ярко-синего цвета} + 2H_2O$

Пробирка с формальдегидом ($HCHO$):
Условия и признаки: При добавлении раствора формальдегида к осадку $Cu(OH)_2$ при комнатной температуре видимых изменений не наблюдается. При нагревании смеси происходит окислительно-восстановительная реакция: голубой осадок превращается в кирпично-красный осадок оксида меди(I) ($Cu_2O$). Это качественная реакция на альдегидную группу.
Уравнение реакции:
$HCHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} HCOOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$
Поскольку образующаяся муравьиная кислота сама является сильным восстановителем, она может окисляться дальше до углекислого газа и воды:
$HCOOH + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CO_2\uparrow + Cu_2O\downarrow + 3H_2O$
Суммарное уравнение окисления формальдегида:
$HCHO + 4Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} CO_2\uparrow + 2Cu_2O\downarrow + 5H_2O$

Вывод: В пробирке, где осадок $Cu(OH)_2$ растворился при комнатной температуре с образованием ярко-синего раствора, находился глицерин. В пробирке, где при нагревании выпал кирпично-красный осадок, находился формальдегид. Таким образом, гидроксид меди(II) является универсальным реактивом для различения данных веществ.
Ответ: Глицерин можно идентифицировать по реакции с $Cu(OH)_2$ при комнатной температуре, в результате которой образуется ярко-синий раствор. Формальдегид можно идентифицировать по реакции с $Cu(OH)_2$ при нагревании, в результате которой образуется кирпично-красный осадок $Cu_2O$.