Номер 11, страница 143 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

11.Под действием концентрированной серной кислоты сахароза $C_{12}H_{22}O_{11}$ превращается в чёрную массу, из которой затем начинают выделяться газы. Объясните эти процессы и напишите уравнения реакций.

Решение

Процесс взаимодействия концентрированной серной кислоты с сахарозой ($C_{12}H_{22}O_{11}$) можно объяснить двумя последовательными стадиями.

1. Дегидратация сахарозы

Концентрированная серная кислота является очень сильным водоотнимающим (дегидратирующим) средством. При контакте с сахарозой она отщепляет от её молекул воду. В молекуле сахарозы на каждые 12 атомов углерода приходится 22 атома водорода и 11 атомов кислорода, что соответствует 11 молекулам воды ($11 \times H_2O$). В результате этого процесса образуется мелкодисперсный углерод (аморфный уголь), который имеет чёрный цвет, и вода. Реакция является сильно экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества тепла. Это тепло заставляет образовавшуюся воду испаряться, что приводит к "вспуханию" чёрной углеродной массы.

Уравнение реакции дегидратации:

$C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.)} 12C + 11H_2O$

2. Окисление углерода серной кислотой

Образовавшийся на первой стадии углерод сильно разогрет из-за экзотермического характера реакции. Концентрированная серная кислота, помимо дегидратирующих свойств, является также сильным окислителем, особенно при нагревании. Горячий углерод начинает реагировать с избытком концентрированной серной кислоты. В этой окислительно-восстановительной реакции углерод окисляется до углекислого газа ($CO_2$), а серная кислота ($H_2SO_4$) восстанавливается до сернистого газа ($SO_2$). Именно выделение этих двух газов и вызывает наблюдаемое бурное вспенивание и рост "чёрной змеи" из стакана.

Уравнение реакции окисления углерода:

$C + 2H_2SO_4 (конц.) \xrightarrow{t} CO_2 \uparrow + 2SO_2 \uparrow + 2H_2O$

Ответ: Описанное явление протекает в два этапа. Сначала концентрированная серная кислота отнимает воду у сахарозы, превращая её в чёрную массу угля: $C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.)} 12C + 11H_2O$. Затем, из-за высокой температуры реакции, горячий уголь окисляется концентрированной серной кислотой, что приводит к выделению газов (углекислого и сернистого), которые вспенивают массу: $C + 2H_2SO_4 (конц.) \xrightarrow{t} CO_2 \uparrow + 2SO_2 \uparrow + 2H_2O$.