вариант 1, страница 22 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

Описание эксперимента

В ходе эксперимента по окислению этанола до уксусного альдегида, в пробирку с газоотводной трубкой помещают 0,5 г дихромата калия ($ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 $), 2 см³ разбавленной серной кислоты ($ \text{H}_2\text{SO}_4 $) и 2 см³ этанола ($ \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} $), после чего смесь встряхивают. Наблюдается разогревание и изменение окраски. Далее в пробирку добавляют центры кипения, закрепляют ее наклонно в держателе, а газоотводную трубку опускают почти до дна другой пробирки, содержащей 2 см³ холодной воды и помещенной в стакан со льдом. Реакционная смесь осторожно нагревается в течение 2–3 минут до увеличения объема содержимого в пробирке-приемнике почти вдвое, после чего нагревание прекращают, и прибор разбирают. Присутствие образовавшегося альдегида определяют по характерному запаху и с помощью качественных реакций.

Ответ:

Наблюдаемые явления

В ходе реакции наблюдаются следующие явления:

• разогревание смеси в реакционной пробирке;
• изменение окраски реакционной смеси от оранжевой (цвет дихромата калия) до зеленой (цвет соединений хрома(III));
• увеличение объема жидкости в пробирке-приемнике почти вдвое за счет конденсации летучего продукта;
• появление характерного резкого, фруктового запаха в пробирке-приемнике.

Ответ:

Объяснение наблюдаемых явлений

Разогревание смеси происходит из-за того, что реакция окисления этанола дихроматом калия является экзотермической, то есть протекает с выделением теплоты.

Изменение окраски от оранжевой к зеленой обусловлено изменением степени окисления хрома. В дихромате калия ($ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 $) хром находится в степени окисления +6 (оранжевый цвет). В ходе реакции дихромат-ион ($ \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} $) восстанавливается до ионов хрома(III) ($ \text{Cr}^{3+} $), которые в водном растворе имеют характерную зеленую окраску.

Увеличение объема жидкости в пробирке-приемнике связано с образованием летучего продукта — уксусного альдегида ($ \text{CH}_3\text{CHO} $). Температура кипения ацетальдегида составляет около 20,2 °C, что значительно ниже температуры кипения этанола (78,37 °C) и воды (100 °C). При нагревании реакционной смеси ацетальдегид испаряется, а затем конденсируется в охлаждаемой льдом пробирке-приемнике, увеличивая объем собранной жидкости.

Появление характерного запаха подтверждает образование уксусного альдегида, который обладает резким, фруктовым запахом.

Ответ:

Химические реакции

Процесс окисления этанола ($ \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} $) до уксусного альдегида ($ \text{CH}_3\text{CHO} $) дихроматом калия ($ \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 $) в кислой среде описывается следующим молекулярным уравнением:

$ 3\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 4\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 3\text{CH}_3\text{CHO} + \text{Cr}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 7\text{H}_2\text{O} $

Ионно-электронные полуреакции:

Полуреакция окисления (этанол):

$ \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} - 2\text{e}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{H}^+ $

Полуреакция восстановления (дихромат-ион в кислой среде):

$ \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14\text{H}^+ + 6\text{e}^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} $

Общее ионное уравнение:

$ 3\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 8\text{H}^+ \rightarrow 3\text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{Cr}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O} $

Ответ:

Определение продукта

Присутствие уксусного альдегида в пробирке-приемнике можно подтвердить следующими способами:

• По запаху: Уксусный альдегид имеет характерный, резкий, иногда описываемый как фруктовый или даже "затхлый", запах.

• Качественные реакции на альдегиды:

  • Реакция "серебряного зеркала" (реакция Толленса): При добавлении к раствору альдегида аммиачного раствора оксида серебра ($ \text{[Ag(NH}_3)_2]\text{OH} $) и легком нагревании, на стенках пробирки образуется блестящий налет металлического серебра. Реакция протекает по уравнению:

    $ \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{[Ag(NH}_3)_2]\text{OH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONH}_4 + 2\text{Ag}\downarrow + 3\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} $

  • Реакция с гидроксидом меди(II) (реакция Фелинга или Бенедикта): При нагревании альдегида с раствором Фелинга (смесь растворов сульфата меди(II) и сегнетовой соли в щелочной среде) или Бенедикта, происходит восстановление синего гидроксида меди(II) ($ \text{Cu(OH)}_2 $) до красного осадка оксида меди(I) ($ \text{Cu}_2\text{O} $). Реакция протекает по уравнению:

    $ \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{Cu(OH)}_2 \downarrow \xrightarrow{t} \text{CH}_3\text{COOH} + \text{Cu}_2\text{O} \downarrow + 2\text{H}_2\text{O} $

  • Реакция с фуксинсернистой кислотой (реактив Шиффа): При добавлении реактива Шиффа (обесцвеченный раствор фуксина, пропущенный через сернистый газ) к раствору альдегида, появляется характерное фиолетово-малиновое окрашивание.

  • Реакция с 2,4-динитрофенилгидразином: При взаимодействии с 2,4-динитрофенилгидразином образуется желтый, оранжевый или красный осадок (гидразон), что является качественной реакцией на карбонильную группу (как альдегидов, так и кетонов).

Ответ: