Страница 99 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Выведите общую формулу одноатомных (содержащих одну группу $-OH$) спиртов, обозначив число атомов углерода в их молекуле через индекс $n$.

Для вывода общей формулы предельных одноатомных спиртов необходимо исходить из того, что они являются производными предельных углеводородов (алканов). Молекула спирта образуется путем замены одного атома водорода в молекуле соответствующего алкана на функциональную гидроксильную группу (—OH).

1. Возьмем за основу общую формулу гомологического ряда алканов: $C_nH_{2n+2}$, где $n$ — число атомов углерода в молекуле ($n \geq 1$).

2. Для того чтобы присоединить гидроксильную группу, необходимо "освободить" одну химическую связь у атома углерода. Для этого от молекулы алкана мысленно отнимают один атом водорода. В результате получается частица, называемая алкильным радикалом, с общей формулой: $C_nH_{2n+1}$.

3. К этому алкильному радикалу присоединяется одна гидроксильная группа —OH.

Таким образом, объединив формулу алкильного радикала и гидроксильную группу, мы получаем искомую общую формулу предельных одноатомных спиртов:

$C_nH_{2n+1}OH$

Эта формула наглядно показывает наличие углеводородного радикала и функциональной гидроксильной группы, которая и определяет принадлежность вещества к классу спиртов.

Также можно выразить эту формулу в молекулярном виде, суммировав все атомы каждого элемента:

- Атомы углерода (C): $n$

- Атомы водорода (H): $(2n + 1)$ из радикала и $1$ из группы OH, итого $2n + 2$

- Атомы кислорода (O): $1$

Получается общая молекулярная формула: $C_nH_{2n+2}O$. Однако стоит помнить, что такой же состав имеют и простые эфиры (межклассовые изомеры спиртов), поэтому формула $C_nH_{2n+1}OH$ является более информативной.

Ответ: Общая формула одноатомных спиртов: $C_nH_{2n+1}OH$, где $n \geq 1$.

3. Установите соответствие между формулой спирта и его названием.

ФОРМУЛА

A) $CH_2OH-CHOH-CH_2OH$

Б) $C_2H_5OH$

В) $CH_3OH$

НАЗВАНИЕ

1) метиловый спирт

2) этиловый спирт

3) глицерин

Ответ:

Для установления соответствия необходимо определить название каждого спирта по его химической формуле.

А) Формула $CH_2(OH)—CH(OH)—CH_2(OH)$ — это структурная формула трехатомного спирта, молекула которого состоит из трех атомов углерода. По международной номенклатуре это вещество называется пропан-1,2,3-триол. Его общеупотребительное (тривиальное) название — глицерин. Следовательно, этой формуле соответствует название под номером 3.
Ответ: 3

Б) Формула $C_2H_5OH$ — это молекулярная формула одноатомного спирта с двумя атомами углерода. Его систематическое название — этанол, а тривиальное — этиловый спирт. Следовательно, этой формуле соответствует название под номером 2.
Ответ: 2

В) Формула $CH_3OH$ — это молекулярная формула простейшего одноатомного спирта с одним атомом углерода. Его систематическое название — метанол, а тривиальное — метиловый спирт. Следовательно, этой формуле соответствует название под номером 1.
Ответ: 1

Ответ:

4. Уравнение диссоциации уксусной кислоты:

$\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \rule{5cm}{0.4pt}$

4. Уравнение диссоциации уксусной кислоты:

Решение

Уксусная кислота, химическая формула которой $CH_3COOH$, является слабой органической кислотой. При растворении в воде она подвергается обратимой электролитической диссоциации. Это означает, что молекула кислоты частично распадается на ионы. Знак обратимости $ \rightleftharpoons $ указывает на то, что одновременно с процессом распада (диссоциации) происходит и обратный процесс соединения ионов в молекулу (ассоциация).

Диссоциация кислот по теории Аррениуса — это отщепление катиона водорода ($H^+$). В молекуле уксусной кислоты подвижным является атом водорода, входящий в состав карбоксильной группы ($-COOH$). При его отщеплении образуется катион водорода ($H^+$) и анион, который называется ацетат-ионом ($CH_3COO^−$).

Следовательно, уравнение диссоциации уксусной кислоты записывается как распад одной молекулы $CH_3COOH$ на один катион $H^+$ и один ацетат-анион $CH_3COO^−$.

Полное уравнение реакции:

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

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

5. Соли уксусной кислоты – _______________. Запишите формулы таких солей для:

а) Na _______________

б) Ca _______________

в) Al _______________

Соли уксусной кислоты — ацетаты. Запишите формулы таких солей для:

а) Na
Уксусная кислота имеет формулу $CH_3COOH$. Это одноосновная кислота, и её кислотный остаток, ацетат-ион ($CH_3COO^-$), имеет заряд -1. Натрий (Na) — металл I группы, его катион имеет заряд +1 ($Na^+$). Для образования электронейтральной соли требуется один катион натрия и один ацетат-ион.
Ответ: $CH_3COONa$.

б) Ca
Кальций (Ca) — металл II группы, его катион имеет заряд +2 ($Ca^{2+}$). Ацетат-ион ($CH_3COO^-$) имеет заряд -1. Для того чтобы молекула соли была электронейтральной, на один катион кальция необходимо два ацетат-иона. Формула составляется с учетом индексов: кислотный остаток берется в скобки, а за скобками указывается его количество.
Ответ: $(CH_3COO)_2Ca$.

в) Al
Алюминий (Al) — металл III группы, его катион имеет заряд +3 ($Al^{3+}$). Ацетат-ион ($CH_3COO^-$) имеет заряд -1. Для соблюдения принципа электронейтральности, на один катион алюминия должно приходиться три ацетат-иона.
Ответ: $(CH_3COO)_3Al$.

6. Запишите уравнения реакций уксусной кислоты с магнием, гидроксидом натрия, карбонатом кальция и оксидом цинка.

1)

2)

3)

4)

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это одноосновная карбоновая кислота, проявляющая типичные свойства кислот. Ниже представлены уравнения её реакций с указанными веществами.

1) Реакция уксусной кислоты с магнием. Как и другие кислоты, уксусная кислота реагирует с активными металлами, которые стоят в ряду активности до водорода. Это реакция замещения, в результате которой образуется соль, ацетат магния, и выделяется газообразный водород.
$2CH_3COOH + Mg \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$
Ответ: $2CH_3COOH + Mg \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$

2) Реакция уксусной кислоты с гидроксидом натрия. Это реакция нейтрализации, протекающая между кислотой и основанием (в данном случае, щёлочью). В результате реакции обмена образуется соль, ацетат натрия, и вода.
$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
Ответ: $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

3) Реакция уксусной кислоты с карбонатом кальция. Уксусная кислота является более сильной, чем угольная кислота ($H_2CO_3$), поэтому она способна вытеснять её из солей (карбонатов). Образующаяся в ходе реакции угольная кислота очень неустойчива и сразу разлагается на углекислый газ и воду. Таким образом, продуктами являются ацетат кальция, вода и углекислый газ.
$2CH_3COOH + CaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + H_2O + CO_2\uparrow$
Ответ: $2CH_3COOH + CaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + H_2O + CO_2\uparrow$

4) Реакция уксусной кислоты с оксидом цинка. Кислоты вступают в реакцию с основными и амфотерными оксидами. Оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным оксидом и в реакции с кислотой проявляет свои основные свойства, образуя соль, ацетат цинка, и воду.
$2CH_3COOH + ZnO \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2O$
Ответ: $2CH_3COOH + ZnO \rightarrow (CH_3COO)_2Zn + H_2O$

Часть II

1. Зная, что уксусная кислота — слабый электролит (т. е. её формулу записывают в молекулярном виде), а ацетаты растворимы, запишите ионные уравнения для реакций, приведённых в задании 6 части I.

Поскольку в предоставленном изображении отсутствует задание 6 части I, для которого требуется составить ионные уравнения, решение будет продемонстрировано на примере нескольких типичных химических реакций с участием уксусной кислоты и её солей (ацетатов), согласно правилам, указанным в вопросе.

Решение

Основное правило, которое необходимо учесть, заключается в том, что уксусная кислота ($CH_3COOH$) является слабым электролитом, поэтому в ионных уравнениях её формула записывается в молекулярном виде. В свою очередь, ацетаты (например, ацетат натрия $CH_3COONa$) — это растворимые соли и сильные электролиты, поэтому их следует записывать в виде ионов. Вода ($H_2O$), газы (например, $CO_2$) и нерастворимые вещества также записываются в молекулярной форме.

а) Реакция уксусной кислоты с сильным основанием (например, с гидроксидом натрия)

Эта реакция является реакцией нейтрализации. В молекулярном виде она записывается следующим образом:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

Для составления полного ионного уравнения необходимо записать в виде ионов сильные электролиты: сильное основание ($NaOH$) и растворимую соль ($CH_3COONa$). Слабый электролит (уксусную кислоту) и воду оставляем в молекулярном виде:

$CH_3COOH + Na^+ + OH^- \rightarrow Na^+ + CH_3COO^- + H_2O$

Чтобы получить сокращённое ионное уравнение, необходимо исключить из обеих частей уравнения ионы, не принимающие участия в реакции (ионы-наблюдатели), в данном случае это ион $Na^+$:

$CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$

Ответ: $CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O$

б) Реакция уксусной кислоты с солью более слабой кислоты (например, с карбонатом натрия)

Уксусная кислота как более сильная вытесняет из соли более слабую угольную кислоту, которая неустойчива и сразу разлагается на углекислый газ и воду. Молекулярное уравнение:

$2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + CO_2\uparrow + H_2O$

Полное ионное уравнение. В виде ионов записываем растворимые соли ($Na_2CO_3$ и $CH_3COONa$):

$2CH_3COOH + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow 2Na^+ + 2CH_3COO^- + CO_2\uparrow + H_2O$

Сокращённое ионное уравнение. Исключаем ионы-наблюдатели ($2Na^+$):

$2CH_3COOH + CO_3^{2-} \rightarrow 2CH_3COO^- + CO_2\uparrow + H_2O$

Ответ: $2CH_3COOH + CO_3^{2-} \rightarrow 2CH_3COO^- + CO_2\uparrow + H_2O$

в) Реакция соли уксусной кислоты (ацетата) с сильной кислотой (например, с соляной кислотой)

Сильная соляная кислота вытесняет слабую уксусную кислоту из её соли. Молекулярное уравнение реакции:

$CH_3COONa + HCl \rightarrow CH_3COOH + NaCl$

Полное ионное уравнение. В виде ионов записываем сильную кислоту ($HCl$) и растворимые соли ($CH_3COONa$ и $NaCl$):

$Na^+ + CH_3COO^- + H^+ + Cl^- \rightarrow CH_3COOH + Na^+ + Cl^-$

Сокращённое ионное уравнение. Исключаем ионы-наблюдатели ($Na^+$ и $Cl^-$) из обеих частей:

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

Ответ: $CH_3COO^- + H^+ \rightarrow CH_3COOH$