Номер 4, страница 40 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

Дано:

Имеются две пробирки без этикеток. В одной пробирке находится $н$-гексан ($C_6H_{14}$), в другой — этанол ($C_2H_5OH$).

Найти:

Способ определения веществ с помощью химической реакции, объяснение наблюдаемых явлений и уравнение реакции.

Решение

Как при помощи химической реакции определить, в какой пробирке какое вещество находится?

Для определения содержимого пробирок можно использовать реакцию окисления. Спирты, такие как этанол, легко окисляются сильными окислителями, в отличие от насыщенных углеводородов (алканов), к которым относится $н$-гексан. В данном случае удобно использовать подкисленный раствор дихромата калия ($K_2Cr_2O_7$), который имеет характерный оранжевый цвет.

Для проведения эксперимента в каждую пробирку добавьте небольшое количество подкисленного раствора дихромата калия ($K_2Cr_2O_7$). Подкисление обычно осуществляется добавлением серной кислоты ($H_2SO_4$). Затем следует внимательно наблюдать за изменениями, происходящими в каждой пробирке.

Наблюдаемые результаты будут следующими: в пробирке с этанолом ($C_2H_5OH$) произойдет изменение цвета раствора с оранжевого на зеленый. Это является признаком протекания химической реакции окисления этанола. В то же время, в пробирке с $н$-гексаном ($C_6H_{14}$) цвет раствора останется неизменным, оранжевым, поскольку $н$-гексан не вступает в реакцию окисления с дихроматом калия в данных условиях.

Таким образом, пробирка, в которой раствор изменит свой цвет с оранжевого на зеленый, содержит этанол, а пробирка, в которой цвет раствора не изменится, содержит $н$-гексан.

Ответ:

Для идентификации веществ следует добавить подкисленный раствор дихромата калия ($K_2Cr_2O_7$) в каждую пробирку. Пробирка, в которой раствор изменит цвет с оранжевого на зеленый, содержит этанол; пробирка, в которой цвет раствора останется оранжевым, содержит $н$-гексан.

Объясните наблюдаемые явления.

Наблюдаемые явления объясняются различием в химической активности и строении молекул этанола и $н$-гексана.

Этанол ($C_2H_5OH$) является первичным спиртом и содержит функциональную гидроксильную группу ($–OH$). Эта группа делает молекулу этанола реакционноспособной к окислению. В присутствии сильного окислителя, такого как дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$), в кислой среде этанол окисляется до уксусной кислоты ($CH_3COOH$). При этом дихромат-ионы ($Cr_2O_7^{2-}$), которые придают раствору оранжевую окраску, восстанавливаются до ионов хрома(III) ($Cr^{3+}$), которые имеют характерный зеленый цвет. Изменение цвета раствора с оранжевого на зеленый является видимым подтверждением этой окислительно-восстановительной реакции.

$н$-Гексан ($C_6H_{14}$) относится к классу алканов (насыщенных углеводородов). Молекулы алканов состоят только из атомов углерода и водорода, соединенных одинарными связями. Эти связи являются прочными, и алканы химически инертны по отношению к большинству реагентов, включая сильные окислители, такие как подкисленный раствор дихромата калия, при обычных условиях (комнатной температуре). Следовательно, при добавлении подкисленного дихромата калия к $н$-гексану никакой химической реакции не происходит, и оранжевый цвет раствора сохраняется.

Ответ:

Этанол окисляется дихроматом калия, при этом оранжевые ионы $Cr_2O_7^{2-}$ восстанавливаются до зеленых ионов $Cr^{3+}$, что вызывает изменение цвета раствора. $н$-Гексан, будучи насыщенным углеводородом, химически инертен к действию дихромата калия в данных условиях, поэтому цвет раствора не меняется.

Напишите уравнение реакции.

Уравнение реакции окисления этанола подкисленным раствором дихромата калия до уксусной кислоты:

$3C_2H_5OH + 2K_2Cr_2O_7 + 8H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3COOH + 2Cr_2(SO_4)_3 + 2K_2SO_4 + 11H_2O$

Ионное уравнение реакции:

$3CH_3CH_2OH + 2Cr_2O_7^{2-} + 16H^+ \rightarrow 3CH_3COOH + 4Cr^{3+} + 11H_2O$

Ответ:

Уравнение реакции окисления этанола дихроматом калия: $3C_2H_5OH + 2K_2Cr_2O_7 + 8H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3COOH + 2Cr_2(SO_4)_3 + 2K_2SO_4 + 11H_2O$.