Номер 13, страница 183 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 26. Неорганические и органические кислоты в свете теории электролитической диссоциации и протолитической теории - номер 13, страница 183.

Условие.

13. Расположите хлорпроизводные уксусной кислоты в порядке возрастания их силы. Объясните своё решение. Проверьте ответ, сравнив для этих кислот константы диссоциации (константы кислотности), найденные в Интернете.

Решение.

Решение 2.

Рассмотрим следующие хлорпроизводные уксусной кислоты: монохлоруксусную кислоту ($CH_2ClCOOH$), дихлоруксусную кислоту ($CHCl_2COOH$) и трихлоруксусную кислоту ($CCl_3COOH$). Для сравнения также будем использовать исходную уксусную кислоту ($CH_3COOH$).

Объяснение решения

Сила карбоновой кислоты определяется стабильностью ее аниона (карбоксилат-иона), который образуется в результате диссоциации. Чем стабильнее анион, тем легче кислота отдает протон ($H^+$), и тем она сильнее.

В молекулах хлорпроизводных уксусной кислоты присутствуют атомы хлора. Хлор является электроотрицательным элементом и проявляет сильный отрицательный индуктивный эффект (-I эффект). Это означает, что он оттягивает на себя электронную плотность от соседних атомов углерода и, как следствие, от всей молекулы, включая карбоксильную группу.

Когда кислота диссоциирует, образуется карбоксилат-ион $R-COO^-$. Отрицательный индуктивный эффект атомов хлора приводит к делокализации (рассредоточению) отрицательного заряда на карбоксилат-ионе. Рассредоточение заряда стабилизирует анион. Чем больше атомов хлора в молекуле, тем сильнее суммарный -I эффект, тем больше степень делокализации заряда и тем стабильнее анион.

- В уксусной кислоте ($CH_3COOH$) метильная группа обладает слабым положительным индуктивным эффектом (+I), который, наоборот, дестабилизирует анион, увеличивая на нем электронную плотность.

- В монохлоруксусной кислоте ($CH_2ClCOOH$) один атом хлора своим -I эффектом стабилизирует анион, делая кислоту значительно сильнее уксусной.

- В дихлоруксусной кислоте ($CHCl_2COOH$) два атома хлора оказывают еще более сильное стабилизирующее действие, так как их -I эффекты суммируются.

- В трихлоруксусной кислоте ($CCl_3COOH$) три атома хлора оказывают максимальный стабилизирующий эффект, делая эту кислоту самой сильной в данном ряду.

Таким образом, стабильность аниона и, следовательно, сила кислоты возрастают с увеличением числа атомов хлора в молекуле.

Ответ: Хлорпроизводные уксусной кислоты в порядке возрастания их силы: монохлоруксусная кислота < дихлоруксусная кислота < трихлоруксусная кислота.

Проверка ответа

Силу кислоты количественно характеризует константа диссоциации (константа кислотности, $K_a$) или ее отрицательный десятичный логарифм ($pKa = -lgK_a$). Чем сильнее кислота, тем больше значение $K_a$ и, соответственно, меньше значение $pKa$. Сравним справочные значения $pKa$ для этих кислот:

- Уксусная кислота ($CH_3COOH$): $pKa \approx 4.76$

- Монохлоруксусная кислота ($CH_2ClCOOH$): $pKa \approx 2.86$

- Дихлоруксусная кислота ($CHCl_2COOH$): $pKa \approx 1.29$

- Трихлоруксусная кислота ($CCl_3COOH$): $pKa \approx 0.65$

Как видно из данных, значение $pKa$ последовательно уменьшается с увеличением числа атомов хлора. Это подтверждает, что сила кислот возрастает в ряду: уксусная < монохлоруксусная < дихлоруксусная < трихлоруксусная.

Ответ: Сравнение констант диссоциации подтверждает теоретический вывод: сила хлорпроизводных уксусной кислоты возрастает с увеличением числа атомов хлора.