Лабораторный опыт 4, страница 176 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Лабораторный опыт 4

Окисление альдегида гидроксидом меди(II)

В пробирку налейте 1–2 $см^3$ раствора щёлочи, затем — несколько капель раствора сульфата меди(II). Добавьте к полученной смеси выданный вам раствор альдегида. Нагрейте содержимое пробирки с помощью спиртовки. При этом в пробирке сначала образуется жёлтый осадок, который затем становится кирпично-красным.

Напишите уравнения протекающих реакций и объясните наблюдаемые явления.

Обратите внимание на то, что избыточное количество сульфата меди(II) приводит к образованию излишнего количества гидроксида меди(II), который в процессе нагревания разлагается с образованием чёрного осадка $CuO$, поэтому эффект восстановления меди на этом фоне становится незаметным.

Данный лабораторный опыт демонстрирует качественную реакцию на альдегиды, основанную на их способности восстанавливать гидроксид меди(II) до оксида меди(I). Процесс протекает в несколько стадий.

1. Получение гидроксида меди(II)

Сначала в пробирку к раствору щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) добавляют раствор сульфата меди(II) $CuSO_4$. Происходит реакция ионного обмена, в результате которой образуется свежеосаждённый гидроксид меди(II) – студенистый осадок голубого цвета.

Уравнение реакции:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

2. Окисление альдегида

При добавлении к полученному осадку раствора альдегида (общая формула $R-CHO$) и нагревании смеси происходит окислительно-восстановительная реакция. Альдегид, обладающий восстановительными свойствами, окисляется до карбоновой кислоты ($R-COOH$), которая в щелочной среде сразу же образует соль (карбоксилат $R-COONa$). Ион $Cu^{2+}$ в составе гидроксида меди(II) выступает в роли окислителя и восстанавливается до иона $Cu^{1+}$.

Объяснение наблюдаемых явлений (изменение цвета осадка)

Изменение цвета осадка с голубого на жёлтый, а затем на кирпично-красный, объясняется постадийным протеканием реакции восстановления меди:

• Сначала при нагревании образуется гидроксид меди(I) $CuOH$ – нестабильное соединение жёлтого цвета.

  Уравнение реакции:

  $R-CHO + 2Cu(OH)_2 \rightarrow R-COOH + 2CuOH \downarrow + H_2O$

• При дальнейшем нагревании жёлтый гидроксид меди(I) разлагается с образованием более устойчивого оксида меди(I) $Cu_2O$ – осадка кирпично-красного цвета.

  Уравнение реакции:

  $2CuOH \xrightarrow{t} Cu_2O \downarrow + H_2O$

Суммарное уравнение реакции окисления альдегида гидроксидом меди(II) выглядит так:

$R-CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} R-COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

3. Побочная реакция

Как указано в примечании, избыток сульфата меди(II) приводит к образованию избыточного количества гидроксида меди(II). При нагревании та часть $Cu(OH)_2$, которая не прореагировала с альдегидом, разлагается с образованием оксида меди(II) $CuO$ – вещества чёрного цвета.

Уравнение реакции разложения:

$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO \downarrow + H_2O$

Образующийся чёрный осадок $CuO$ может замаскировать кирпично-красный цвет $Cu_2O$, что делает результат качественной реакции на альдегидную группу нечётким или незаметным. Поэтому для успешного проведения опыта важно соблюдать правильное соотношение реагентов.

Ответ:

В ходе опыта протекают следующие реакции:

1. Получение гидроксида меди(II): $CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$. Наблюдается образование голубого студенистого осадка.
2. Окисление альдегида, которое происходит в две стадии:
   • Образование жёлтого осадка гидроксида меди(I): $R-CHO + 2Cu(OH)_2 \rightarrow R-COOH + 2CuOH \downarrow + H_2O$.
   • Разложение гидроксида меди(I) до кирпично-красного оксида меди(I): $2CuOH \xrightarrow{t} Cu_2O \downarrow + H_2O$.

   Суммарная реакция: $R-CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} R-COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$. Наблюдается изменение цвета осадка с голубого на жёлтый, а затем на кирпично-красный, что свидетельствует о наличии альдегидной группы.

3. Побочная реакция разложения избытка гидроксида меди(II) при нагревании: $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO \downarrow + H_2O$. Образование чёрного осадка $CuO$ мешает наблюдению основного процесса.