Номер 3, страница 130 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3. Почему из всех карбоновых кислот только муравьиную можно применять в качестве восстановителя?

Муравьиная кислота, имеющая формулу $HCOOH$, является единственной из карбоновых кислот, проявляющей свойства восстановителя, из-за уникальности своего строения.

В отличие от всех остальных карбоновых кислот, общая формула которых $R-COOH$ (где $R$ – это углеводородный радикал, например, $-CH_3$, $-C_2H_5$), в молекуле муравьиной кислоты с карбоксильной группой ($-COOH$) связан не радикал, а атом водорода. Благодаря этому в строении муравьиной кислоты можно одновременно выделить две функциональные группы:

1. Карбоксильная группа ($-COOH$), которая обуславливает её кислотные свойства, общие для всего класса карбоновых кислот.

2. Альдегидная группа ($H-C=O$), которая и придает муравьиной кислоте восстановительные свойства, характерные для класса альдегидов.

Альдегиды являются сильными восстановителями и легко окисляются. Муравьиная кислота, содержащая в своей структуре альдегидную группу, также способна вступать в реакции окисления. В процессе окисления атом углерода в муравьиной кислоте (имеющий степень окисления +2) окисляется до степени окисления +4, образуя угольную кислоту ($H_2CO_3$), которая в условиях реакции разлагается на углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$).

Восстановительные свойства муравьиной кислоты подтверждаются качественными реакциями, характерными для альдегидов:

• Реакция «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса), где муравьиная кислота восстанавливает серебро из его соединения:

  $HCOOH + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} (NH_4)_2CO_3 + 2Ag\downarrow + 2NH_3 + H_2O$

• Реакция с гидроксидом меди(II) при нагревании (реактивом Фелинга), в которой синий осадок $Cu(OH)_2$ превращается в красный осадок оксида меди(I) $Cu_2O$:

  $HCOOH + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + Cu_2O\downarrow + 3H_2O$

• Обесцвечивание раствора перманганата калия:

  $5HCOOH + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5CO_2\uparrow + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 8H_2O$

У других карбоновых кислот (например, у уксусной $CH_3-COOH$) карбоксильная группа связана с устойчивым к окислению в мягких условиях углеводородным радикалом. В их молекулах отсутствует альдегидная группа, поэтому они не проявляют восстановительных свойств.

Ответ: Муравьиная кислота является единственной карбоновой кислотой, которую можно использовать в качестве восстановителя, поскольку её молекула, в отличие от других карбоновых кислот, содержит не только карбоксильную ($-COOH$), но и альдегидную ($-CHO$) группу. Именно наличие альдегидной группы, которая легко поддается окислению, обуславливает её выраженные восстановительные свойства.