лабораторный опыт 2, страница 29 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

1. Объясните наблюдаемые явления, напишите уравнения протекающих реакций.

При нагревании медной проволоки на пламени спиртовки поверхность меди покрывается черным налетом. Это происходит вследствие реакции меди с кислородом воздуха, образуя оксид меди(II).

$2\text{Cu} + \text{O}_2 \xrightarrow{t} 2\text{CuO}$

При опускании раскаленной медной проволоки, покрытой черным налетом $\text{CuO}$, в пробирку с этиловым спиртом ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$) наблюдается исчезновение черного налета, и поверхность медной проволоки становится блестящей. Это происходит потому, что оксид меди(II) является окислителем и окисляет этанол до уксусного альдегида ($\text{CH}_3\text{CHO}$), при этом сам восстанавливается до металлической меди. В результате реакции ощущается характерный "яблочный" запах, присущий уксусному альдегиду.

$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + \text{CuO} \xrightarrow{t} \text{CH}_3\text{CHO} + \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$

Ответ:

2. В результате окисления этанола образовался уксусный альдегид массой 0,44 г. Рассчитайте массу этанола, который подвергся окислению.

Дано:

масса уксусного альдегида $m(\text{CH}_3\text{CHO}) = 0,44\text{ г}$

Перевод в систему СИ:

В данной задаче все величины (масса в граммах, молярная масса в г/моль) соответствуют общепринятым единицам в химии и не требуют перевода в базовые единицы СИ для проведения расчетов.

Найти:

масса этанола $m(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH})$

Решение:

Уравнение реакции окисления этанола оксидом меди(II): $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + \text{CuO} \xrightarrow{t} \text{CH}_3\text{CHO} + \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$

Рассчитаем молярную массу уксусного альдегида ($\text{CH}_3\text{CHO}$): $M(\text{CH}_3\text{CHO}) = (2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 16)\text{ г/моль} = 44\text{ г/моль}$

Рассчитаем молярную массу этанола ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$): $M(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}) = (2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16)\text{ г/моль} = 46\text{ г/моль}$

Найдем количество вещества уксусного альдегида, используя его массу: $n(\text{CH}_3\text{CHO}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{CHO})}{M(\text{CH}_3\text{CHO})} = \frac{0,44\text{ г}}{44\text{ г/моль}} = 0,01\text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, этанол и уксусный альдегид реагируют и образуются в молярном соотношении 1:1. Следовательно, количество вещества этанола, вступившего в реакцию, равно количеству образовавшегося уксусного альдегида: $n(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}) = n(\text{CH}_3\text{CHO}) = 0,01\text{ моль}$

Рассчитаем массу этанола, зная его количество вещества и молярную массу: $m(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}) = n(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}) \cdot M(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}) = 0,01\text{ моль} \cdot 46\text{ г/моль} = 0,46\text{ г}$

Ответ:

0,46 г

3. Метиловый спирт очень ядовит. Попадание в организм человека всего лишь 30 мл метилового спирта может привести к смерти. Это связано с тем, что в организме человека метиловый спирт окисляется, образуя токсичные продукты — формальдегид и муравьиную кислоту. Напишите уравнение реакции взаимодействия метилового спирта с $\text{CuO}$ с образованием соответствующего альдегида. Определите степени окисления углерода и меди в исходных веществах и продуктах реакции, укажите окислитель и восстановитель.

Уравнение реакции взаимодействия метанола с оксидом меди(II) с образованием формальдегида: $\text{CH}_3\text{OH} + \text{CuO} \xrightarrow{t} \text{HCHO} + \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$

Определение степеней окисления:

• В исходных веществах:
  • В метаноле ($\text{CH}_3\text{OH}$): степень окисления углерода $C^{-2}$ (у водорода $+1$, у кислорода $-2$; $x + 3 \cdot (+1) + (-2) + (+1) = 0 \Rightarrow x = -2$).
  • В оксиде меди(II) ($\text{CuO}$): степень окисления меди $Cu^{+2}$ (у кислорода $-2$).
• В продуктах реакции:
  • В формальдегиде ($\text{HCHO}$): степень окисления углерода $C^{0}$ (у водорода $+1$, у кислорода $-2$; $x + 2 \cdot (+1) + (-2) = 0 \Rightarrow x = 0$).
  • В металлической меди ($\text{Cu}$): степень окисления меди $Cu^{0}$ (простое вещество).

Окислитель и восстановитель:

• Углерод в метаноле ($\text{C}^{-2}$) отдает электроны (его степень окисления повышается до $\text{C}^{0}$), то есть окисляется. Следовательно, метанол ($\text{CH}_3\text{OH}$) является восстановителем.
• Медь в оксиде меди(II) ($\text{Cu}^{+2}$) принимает электроны (ее степень окисления понижается до $\text{Cu}^{0}$), то есть восстанавливается. Следовательно, оксид меди(II) ($\text{CuO}$) является окислителем.

Ответ:

4. Имеются две пробирки без этикеток. В одной находится н-гексан, в другой – этанол. Как при помощи химической реакции определить, в какой пробирке какое вещество находится? Объясните наблюдаемые явления. Напишите уравнение реакции.

Для определения веществ в пробирках можно использовать реакцию с раскаленным оксидом меди(II) ($\text{CuO}$), как это было показано в лабораторном опыте.

Наблюдаемые явления:

1. Прокаливаем медную проволоку в пламени спиртовки до образования на ней черного налета оксида меди(II) ($2\text{Cu} + \text{O}_2 \xrightarrow{t} 2\text{CuO}$). 2. Опускаем раскаленную проволоку с черным налетом поочередно в каждую пробирку.

• В пробирке с этанолом ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$) черный налет оксида меди(II) исчезнет, и медная проволока станет блестящей (приобретет цвет чистой меди). Также появится характерный "яблочный" запах уксусного альдегида. Это происходит потому, что этанол окисляется оксидом меди(II) до альдегида, а оксид меди(II) восстанавливается до металлической меди.
• В пробирке с н-гексаном ($\text{C}_6\text{H}_{14}$) видимых изменений не произойдет. Черный налет на медной проволоке останется, и никакого запаха не появится. Это объясняется тем, что н-гексан является алканом, который является химически инертным веществом и не вступает в реакцию окисления с оксидом меди(II) в данных условиях.

Уравнение реакции:

$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} + \text{CuO} \xrightarrow{t} \text{CH}_3\text{CHO} + \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$

Ответ:

5. При окислении спирта получили альдегид, структурная формула которого ... Напишите структурную формулу спирта.

Представленная структурная формула альдегида:

Это структурная формула уксусного альдегида (ацетальдегида), химическая формула которого $\text{CH}_3\text{CHO}$.

Альдегиды образуются при мягком окислении первичных спиртов. Поскольку полученный альдегид — уксусный альдегид ($\text{CH}_3\text{CHO}$), содержащий два атома углерода, исходным спиртом должен быть первичный спирт, содержащий также два атома углерода. Таким спиртом является этанол (этиловый спирт), химическая формула которого $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$.

Структурная формула этанола:

$\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-OH}$

Ответ: