Номер 8, страница 34, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Этановая кислота является вторым представителем класса веществ с общей формулой $C_n H_{2n} O_2$.

а) Как называется данный класс веществ? Какую функциональную группу они содержат?

б) Запишите формулы и названия первых пяти представителей данного класса веществ.

в) Этановая кислота считается слабой кислотой. Объясните, как вы это понимаете. Приведите пример реакции, в которой это можно заметить.

г) Напишите уравнения данной кислоты с карбонатом натрия, гидроксидом калия и этанолом.

д) Можно ли использовать данную кислоту для получения полимеров?

Решение

а) Данный класс веществ с общей формулой $C_nH_{2n}O_2$ называется насыщенные одноосновные карбоновые кислоты. Они содержат одну карбоксильную группу ($-COOH$), которая и определяет их кислотные свойства. Структура карбоксильной группы: $$ -C \begin{pmatrix} =o \\ -OH \end{pmatrix} $$

Ответ: Класс веществ – насыщенные одноосновные карбоновые кислоты. Функциональная группа – карбоксильная ($-COOH$).

б) Первые пять представителей гомологического ряда насыщенных одноосновных карбоновых кислот:

1. $HCOOH$ – Метановая кислота (тривиальное название – муравьиная кислота).
2. $CH_3COOH$ – Этановая кислота (тривиальное название – уксусная кислота).
3. $CH_3CH_2COOH$ – Пропановая кислота (тривиальное название – пропионовая кислота).
4. $CH_3CH_2CH_2COOH$ – Бутановая кислота (тривиальное название – масляная кислота).
5. $CH_3CH_2CH_2CH_2COOH$ – Пентановая кислота (тривиальное название – валериановая кислота).

Ответ: 1. $HCOOH$ - метановая (муравьиная) кислота; 2. $CH_3COOH$ - этановая (уксусная) кислота; 3. $C_2H_5COOH$ - пропановая (пропионовая) кислота; 4. $C_3H_7COOH$ - бутановая (масляная) кислота; 5. $C_4H_9COOH$ - пентановая (валериановая) кислота.

в) Утверждение, что этановая (уксусная) кислота является слабой, означает, что при растворении в воде она диссоциирует (распадается на ионы) лишь частично. Большая часть молекул кислоты остается в недиссоциированном виде. Этот процесс является обратимым и описывается уравнением равновесия:

$CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$

В растворе одновременно присутствуют как молекулы $CH_3COOH$, так и ионы $CH_3COO^-$ и $H^+$, причем концентрация недиссоциированных молекул значительно выше концентрации ионов. Для сравнения, сильные кислоты (например, соляная $HCl$) в воде диссоциируют практически полностью.

Заметить это можно, например, по реакции гидролиза её солей. Раствор ацетата натрия ($CH_3COONa$), соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, будет иметь щелочную среду (pH > 7) из-за протекания обратимой реакции:

$CH_3COO^- + H_2o \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$

Образование гидроксид-ионов ($OH^-$) и обуславливает щелочную реакцию среды, что является прямым следствием слабости уксусной кислоты.

Ответ: Слабая кислота означает, что она неполностью диссоциирует на ионы в водном растворе. Это можно заметить по щелочной среде раствора её соли с сильным основанием (например, ацетата натрия) вследствие гидролиза.

г) Уравнения реакций этановой кислоты:

1. С карбонатом натрия (реакция с образованием соли, воды и углекислого газа):

$2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2o + CO_2\uparrow$

2. С гидроксидом калия (реакция нейтрализации):

$CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O$

3. С этанолом (реакция этерификации, протекает в присутствии кислотного катализатора, например $H_2SO_4(конц.)$ и является обратимой):

$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

Ответ: $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2o + CO_2\uparrow$; $CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O$; $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$.

д) Да, этановую кислоту можно использовать для получения полимеров, но не напрямую, а в качестве исходного вещества для синтеза мономеров. Сама по себе этановая кислота является монофункциональным соединением (содержит одну функциональную группу) и не может образовывать длинные полимерные цепи путем поликонденсации.

Однако из этановой кислоты получают винилацетат ($CH_3COOCH=CH_2$). Винилацетат является мономером, который способен к полимеризации, в результате чего образуется важный полимер – поливинилацетат (ПВА):

$n(CH_2=CH(OOCCH_3)) \rightarrow (-CH_2-CH(OOCCH_3)-)_n$

Поливинилацетат широко используется для производства клеев (клей ПВА), красок и лаков.

Ответ: Да, но не напрямую. Этановую кислоту используют для синтеза мономера винилацетата, из которого затем получают полимер поливинилацетат (ПВА).