Опыт 1, страница 102 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Отношение этилена, ацетилена, гексана и бензола к раствору перманганата калия, бромной или йодной воды

Реактивы: разбавленный раствор (розовый) перманганата калия, раствор бромной или йодной воды, гексан, карбид кальция, 96%-ный этиловый спирт, кристаллический сульфат кальция, 20%-ный концентрированный раствор серной кислоты, бензол.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, штатив для пробирок, делительная воронка, газоотводная трубка с пробкой, спиртовка, стакан, колба.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Ход работы

Опыт 1. Отношение гексана к раствору перманганата калия

В одну пробирку налейте 2 мл раствора перманганата калия, а во вторую — раствор бромной или йодной воды, и в каждую из них прилейте столько же гексана (изооктана). Заметите два слоя жидкости, даже после взбалтывания происходит их расслоение. Обратите внимание на окраску растворов и сделайте соответствующий вывод о свойствах алканов. Объясните, почему гексан не реагирует с данными веществами.

Опыт 1. Отношение гексана к раствору перманганата калия

Решение:

В ходе выполнения данного опыта будут наблюдаться следующие явления:

1. При добавлении гексана к водному раствору перманганата калия ($KMnO_4$) и к бромной (или йодной) воде образуются две несмешивающиеся жидкости. Гексан является неполярным органическим веществом, в то время как растворы перманганата калия и брома являются водными, то есть полярными. Вследствие этого гексан не растворяется в них и, обладая меньшей плотностью (около $0.66 \ г/см^3$ против $1 \ г/см^3$ у воды), образует верхний слой. Даже после интенсивного взбалтывания смесь быстро расслаивается.

2. Не происходит изменения окраски водных растворов. Розовый цвет раствора перманганата калия и желто-бурый цвет бромной воды сохраняются в нижнем (водном) слое. Это свидетельствует об отсутствии химической реакции между гексаном и данными реагентами в указанных условиях.

Вывод о свойствах алканов:

На основе данного опыта можно сделать вывод, что алканы (представителем которых является гексан) являются насыщенными углеводородами. Они химически инертны и в обычных условиях (комнатная температура, отсутствие катализаторов и УФ-излучения) не вступают в реакции с такими сильными окислителями, как перманганат калия, и с такими электрофильными реагентами, как галогены (бром, йод). Это их ключевое отличие от ненасыщенных углеводородов (алкенов и алкинов).

Объяснение, почему гексан не реагирует с данными веществами:

Молекула гексана ($C_6H_{14}$) относится к классу алканов (предельных углеводородов). Все атомы углерода в его молекуле находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации и соединены между собой и с атомами водорода только прочными одинарными сигма-связями ($\sigma$-связями). В молекуле гексана отсутствуют кратные (двойные или тройные) связи, а также неподеленные электронные пары, которые могли бы служить центрами для атаки реагентов.

1. Реакция с раствором перманганата калия (реакция Вагнера) является качественной пробой на ненасыщенные соединения. Окисление происходит за счет разрыва относительно слабой $\pi$-связи в алкенах и алкинах. Поскольку в молекуле гексана $\pi$-связей нет, он не окисляется перманганатом калия в мягких условиях.

$C_6H_{14} + KMnO_4(p-p) \rightarrow$ реакция не идет

2. Реакция с бромной водой также является качественной на кратные связи. Она протекает по механизму электрофильного присоединения брома по двойной или тройной связи. Алканы не способны вступать в реакцию присоединения. Для них характерны реакции замещения, которые протекают по радикальному механизму и требуют жестких условий (нагревание или УФ-облучение), отсутствующих в данном опыте.

$C_6H_{14} + Br_2(aq) \rightarrow$ реакция не идет (при комнатной температуре и без света)

Таким образом, химическая инертность гексана по отношению к растворам перманганата калия и бромной воды объясняется его насыщенным строением и высокой прочностью $\sigma$-связей C-C и C-H.

Ответ:

При смешивании гексана с раствором перманганата калия или бромной водой происходит расслоение жидкостей на два слоя без изменения их окраски. Это свидетельствует об отсутствии химической реакции. Вывод: алканы, являясь насыщенными углеводородами, в обычных условиях не реагируют с раствором перманганата калия и бромной водой. Причина этого заключается в отсутствии в их молекулах кратных связей, которые являются реакционными центрами для данных реагентов, и наличии только прочных $\sigma$-связей.