Номер 777, страница 181 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

777. В пяти пробирках находятся водные растворы этанола, этаналя, глюкозы, сахарозы, амилозы. В вашем распоряжении имеются растворы иода, сульфата меди(II) и гидроксида калия. Как при помощи химических реакций установить, какое вещество в какой пробирке находится? Опишите ход эксперимента и наблюдаемые явления. Приведите уравнения протекающих реакций.

Решение

Для идентификации веществ в пяти пробирках необходимо провести серию качественных реакций, используя имеющиеся реактивы. План эксперимента состоит из трех этапов.

Этап 1. Обнаружение амилозы

В каждую из пяти пробирок добавляем по несколько капель раствора иода.

Наблюдение: В одной из пробирок содержимое окрашивается в интенсивный синий цвет. В остальных четырех пробирках видимых изменений не происходит, растворы лишь приобретают желтовато-коричневый оттенок от добавленного иода.

Вывод: Синее окрашивание — это качественная реакция на крахмал, компонентом которого является амилоза. Следовательно, в данной пробирке находится раствор амилозы. Реакция заключается в образовании комплекса включения (клатрата), где молекулы иода располагаются внутри спиральной структуры молекулы амилозы, что и вызывает появление цвета. Химическое уравнение для этого процесса обычно не записывают.

Ответ: Пробирка, в которой раствор окрасился в синий цвет при добавлении иода, содержит амилозу.

Этап 2. Обнаружение многоатомных спиртов

Для распознавания оставшихся четырех веществ (этанол, этаналь, глюкоза, сахароза) используем реакцию с гидроксидом меди(II). Сначала получим свежеосажденный гидроксид меди(II) в четырех чистых пробирках, приливая к небольшому количеству раствора сульфата меди(II) избыток раствора гидроксида калия. Образуется голубой осадок $Cu(OH)_2$.

Уравнение получения реагента:

$CuSO_4 + 2KOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$

Затем в каждую из четырех пробирок с осадком $Cu(OH)_2$ добавляем содержимое одной из оставшихся неопознанных пробирок и встряхиваем.

Наблюдение:

В двух пробирках голубой осадок $Cu(OH)_2$ растворяется, образуя прозрачный раствор ярко-синего цвета.

В двух других пробирках никаких видимых изменений не происходит, голубой осадок остается.

Вывод: Растворение осадка $Cu(OH)_2$ с образованием ярко-синего раствора является качественной реакцией на многоатомные спирты с соседними гидроксогруппами. Следовательно, в этих двух пробирках находятся глюкоза и сахароза. В пробирках, где реакции не произошло, находятся этанол и этаналь.

Уравнения реакций для глюкозы и сахарозы (образование сахаратов меди(II)):

$2C_6H_{12}O_6 + Cu(OH)_2 \rightarrow (C_6H_{11}O_6)_2Cu + 2H_2O$ (ярко-синий раствор)

$2C_{12}H_{22}O_{11} + Cu(OH)_2 \rightarrow (C_{12}H_{21}O_{11})_2Cu + 2H_2O$ (ярко-синий раствор)

Ответ: Пробирки, в которых осадок $Cu(OH)_2$ растворился с образованием ярко-синего раствора, содержат глюкозу и сахарозу. Пробирки, где осадок не растворился, содержат этанол и этаналь.

Этап 3. Разделение глюкозы/сахарозы и этанола/этаналя

Для окончательной идентификации веществ в образовавшихся парах нагреем все четыре пробирки из предыдущего этапа.

Наблюдение для пары "глюкоза-сахароза" (пробирки с ярко-синим раствором):

В одной из пробирок при нагревании наблюдается изменение цвета с синего на желтый, а затем выпадает кирпично-красный осадок оксида меди(I) $Cu_2O$.

Во второй пробирке ярко-синий раствор при нагревании не изменяется.

Вывод: Глюкоза, являясь альдегидоспиртом (восстанавливающим сахаром), окисляется гидроксидом меди(II) при нагревании. Сахароза — невосстанавливающий сахар, поэтому реакции не происходит. Таким образом, пробирка с красным осадком содержит глюкозу, а пробирка без изменений — сахарозу.

Уравнение реакции окисления глюкозы:

$CH_2OH(CHOH)_4CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^{\circ}} CH_2OH(CHOH)_4COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$

Наблюдение для пары "этанол-этаналь" (пробирки с голубым осадком):

В одной из пробирок при нагревании голубой осадок $Cu(OH)_2$ превращается в кирпично-красный осадок $Cu_2O$.

Во второй пробирке видимых изменений не происходит.

Вывод: Этаналь, как и все альдегиды, окисляется гидроксидом меди(II) при нагревании. Этанол (одноатомный спирт) в этих условиях не реагирует. Следовательно, пробирка с красным осадком содержит этаналь, а пробирка без изменений — этанол.

Уравнение реакции окисления этаналя:

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

Ответ: Глюкоза и этаналь при нагревании с гидроксидом меди(II) образуют кирпично-красный осадок оксида меди(I). Сахароза и этанол в этих условиях не реагируют. Различить глюкозу и этаналь можно по результатам Этапа 2: глюкоза предварительно образует ярко-синий раствор с $Cu(OH)_2$ на холоде, в то время как этаналь не дает такой реакции.