Номер 588, страница 130 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

588. При окислении первичных спиртов образуются альдегиды, которые далее могут превращаться в карбоновые кислоты:

$R-\underset{H}{\overset{H}{C}}-OH \xrightarrow{[O]} R-\underset{H}{C}=O \xrightarrow{[O]} R-\underset{OH}{C}=O$

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны, которые далее не окисляются:

$R-\underset{R}{\overset{H}{C}}-OH \xrightarrow{[O]} R-\underset{R}{C}=O$

Третичные спирты не окисляются:

$R-\underset{R}{\overset{R}{C}}-OH \xrightarrow{\text{[O]} \times}$

Для окисления спиртов до альдегидов и кетонов можно использовать оксид меди(II), образующийся при нагревании медной проволоки в пламени спиртовки. В свою очередь альдегиды при нагревании окисляются до карбоновых кислот такими окислителями, как $Ag_2O/NH_3$ и $Cu(OH)_2$.

а) Запишите уравнения реакций окисления оксидом меди(II): 1) этанола; 2) пропанола-1; 3) пропанола-2.

б) Запишите уравнения реакций окисления этаналя $Ag_2O/NH_3$ и $Cu(OH)_2$ при нагревании.

в) Запишите уравнение реакции окисления соединения: аммиачным раствором оксида серебра.

г) *На количественное окисление некоторой порции насыщенного одноатомного спирта А до соответствующего альдегида Б расходуется оксид меди(II) массой 4 г. При нагревании всего образовавшегося альдегида Б с аммиачным раствором оксида серебра (избыток) образуется осадок массой 21,6 г. Приведите формулы веществ А и Б. Запишите уравнения протекавших реакций.

а)

Оксид меди(II) является окислителем для спиртов. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные — до кетонов. Реакции протекают при нагревании.

1) Окисление этанола (первичный спирт):

$CH_3CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

Продукты: этаналь (уксусный альдегид), медь, вода.

2) Окисление пропанола-1 (первичный спирт):

$CH_3CH_2CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CH_2CHO + Cu + H_2O$

Продукты: пропаналь, медь, вода.

3) Окисление пропанола-2 (вторичный спирт):

$CH_3CH(OH)CH_3 + CuO \xrightarrow{t} CH_3C(O)CH_3 + Cu + H_2O$

Продукты: пропанон (ацетон), медь, вода.

Ответ:

1) $CH_3CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

2) $CH_3CH_2CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CH_2CHO + Cu + H_2O$

3) $CH_3CH(OH)CH_3 + CuO \xrightarrow{t} CH_3C(O)CH_3 + Cu + H_2O$

б)

Этаналь (альдегид) окисляется аммиачным раствором оксида серебра (реактив То́лленса) и гидроксидом меди(II) при нагревании. Это качественные реакции на альдегидную группу.

1) Окисление этаналя реактивом То́лленса (реакция "серебряного зеркала"):

$CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} CH_3COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Продукты: ацетат аммония, серебро (в виде осадка), аммиак, вода.

2) Окисление этаналя гидроксидом меди(II):

$CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_3COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

Продукты: уксусная кислота, оксид меди(I) (красный осадок), вода.

Ответ:

С $Ag_2O/NH_3$: $CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} CH_3COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

С $Cu(OH)_2$: $CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_3COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

в)

На шаростержневой модели изображена молекула спирта бутанола-2 ($CH_3-CH(OH)-CH_2-CH_3$). Это вторичный спирт. Аммиачный раствор оксида серебра (реактив То́лленса) является слабым окислителем и используется для качественного определения альдегидов. Вторичные спирты (как и кетоны) в реакцию с реактивом То́лленса в обычных условиях не вступают.

$CH_3CH(OH)CH_2CH_3 + [Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow \text{реакция не идет}$

Ответ: Соединение на изображении (бутанол-2) не окисляется аммиачным раствором оксида серебра.

г)

Дано:

$m(CuO) = 4$ г
$m(\text{осадка}) = m(Ag) = 21,6$ г
A - насыщенный одноатомный спирт
Б - альдегид, полученный из А

Найти:

Формулу вещества А.
Формулу вещества Б.
Уравнения протекавших реакций.

Решение:

Запишем уравнения реакций в общем виде. Спирт А является первичным, так как окисляется до альдегида Б. Общая формула спирта А: $R-CH_2OH$. Общая формула альдегида Б: $R-CHO$.

1) Окисление спирта А оксидом меди(II):

$R-CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} R-CHO + Cu + H_2O$

2) Окисление альдегида Б аммиачным раствором оксида серебра (реакция "серебряного зеркала"). Осадком является чистое серебро $Ag$.

$R-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} R-COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Рассчитаем молярные массы веществ, используя округленные атомные массы: $M(Cu) = 64$ г/моль, $M(O) = 16$ г/моль, $M(Ag) = 108$ г/моль.

$M(CuO) = 64 + 16 = 80$ г/моль.

$M(Ag) = 108$ г/моль.

Найдем количество вещества (моль) образовавшегося серебра:

$n(Ag) = \frac{m(Ag)}{M(Ag)} = \frac{21,6 \text{ г}}{108 \text{ г/моль}} = 0,2$ моль.

Рассмотрим стехиометрическое соотношение во второй реакции. Если предположить, что радикал $R$ не является атомом водорода (т.е. альдегид не является метаналем), то соотношение реагентов и продуктов будет следующим:

$n(R-CHO) : n(Ag) = 1 : 2$

Тогда количество вещества альдегида Б:

$n(Б) = \frac{1}{2} n(Ag) = \frac{1}{2} \times 0,2 \text{ моль} = 0,1$ моль.

Согласно уравнению первой реакции, количество вещества оксида меди(II) должно быть равно количеству вещества образовавшегося альдегида:

$n(CuO) = n(Б) = 0,1$ моль.

Рассчитаем массу оксида меди(II), которая должна была бы пойти на реакцию:

$m(CuO) = n(CuO) \times M(CuO) = 0,1 \text{ моль} \times 80 \text{ г/моль} = 8$ г.

Полученное значение (8 г) не совпадает с данным в условии (4 г). Это означает, что наше первоначальное предположение о строении альдегида неверно.

Рассмотрим особый случай, когда альдегид Б является метаналем (формальдегидом), т.е. $R = H$. В этом случае спирт А — метанол ($CH_3OH$), а альдегид Б — метаналь ($HCHO$).

Реакция окисления метаналя реактивом То́лленса имеет другую стехиометрию, так как в молекуле метаналя две связи $C-H$ при карбонильной группе, и он окисляется до угольной кислоты (в аммиачной среде — до карбоната аммония):

$HCHO + 4[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} (NH_4)_2CO_3 + 4Ag \downarrow + 6NH_3 + 2H_2O$

В этом случае соотношение следующее:

$n(HCHO) : n(Ag) = 1 : 4$

Рассчитаем количество вещества метаналя:

$n(HCHO) = \frac{1}{4} n(Ag) = \frac{1}{4} \times 0,2 \text{ моль} = 0,05$ моль.

Теперь вернемся к первой реакции. Спирт А — метанол ($CH_3OH$).

$CH_3OH + CuO \xrightarrow{t} HCHO + Cu + H_2O$

Количество вещества оксида меди(II) равно количеству вещества метаналя:

$n(CuO) = n(HCHO) = 0,05$ моль.

Рассчитаем массу оксида меди(II), необходимую для реакции:

$m(CuO) = n(CuO) \times M(CuO) = 0,05 \text{ моль} \times 80 \text{ г/моль} = 4$ г.

Это значение в точности совпадает с данным в условии задачи.

Следовательно, спирт А — это метанол, а альдегид Б — это метаналь.

Ответ:

Формула вещества А (метанол): $CH_3OH$.

Формула вещества Б (метаналь): $HCHO$.

Уравнения реакций:

1) $CH_3OH + CuO \xrightarrow{t} HCHO + Cu + H_2O$

2) $HCHO + 4[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} (NH_4)_2CO_3 + 4Ag \downarrow + 6NH_3 + 2H_2O$