Номер 780, страница 184 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

780. Из глюкозы, не используя других углеродсодержащих соединений, получите 6 углеродсодержащих калиевых солей.

Дано:

Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$)

Неорганические реагенты (включая соединения калия)

Найти:

6 углеродсодержащих калиевых солей.

Решение:

Для получения требуемых солей проведем ряд химических превращений глюкозы. Все атомы углерода в конечных продуктах будут происходить из исходной глюкозы.

1. Получение глюконата калия

При мягком окислении глюкозы (альдогексозы) окисляется только альдегидная группа до карбоксильной, образуя глюконовую кислоту. В качестве окислителя можно использовать, например, бромную воду.

$CH_2OH-(CHOH)_4-CHO + Br_2 + H_2O \rightarrow CH_2OH-(CHOH)_4-COOH + 2HBr$

Далее, для получения калиевой соли, проводим реакцию нейтрализации полученной глюконовой кислоты гидроксидом калия:

$CH_2OH-(CHOH)_4-COOH + KOH \rightarrow CH_2OH-(CHOH)_4-COOK + H_2O$

Ответ: Глюконат калия, $CH_2OH(CHOH)_4COOK$.

2. Получение гидроглюкарата калия

При окислении глюкозы сильным окислителем, например, концентрированной азотной кислотой, окисляются и альдегидная, и первичная спиртовая группа. В результате образуется двухосновная глюкаровая (сахарная) кислота.

$CH_2OH-(CHOH)_4-CHO + 3[O] \xrightarrow{HNO_3} HOOC-(CHOH)_4-COOH + H_2O$

Так как глюкаровая кислота является двухосновной, она может образовывать кислые и средние соли. При добавлении одного эквивалента щелочи образуется кислая соль — гидроглюкарат калия.

$HOOC-(CHOH)_4-COOH + KOH \rightarrow KOOC-(CHOH)_4-COOH + H_2O$

Ответ: Гидроглюкарат калия, $KOOC(CHOH)_4COOH$.

3. Получение глюкарата калия (диглюкарата калия)

Используя глюкаровую кислоту, полученную в предыдущем пункте, проведем полную нейтрализацию двумя эквивалентами гидроксида калия для получения средней соли.

$HOOC-(CHOH)_4-COOH + 2KOH \rightarrow KOOC-(CHOH)_4-COOK + 2H_2O$

Ответ: Глюкарат калия, $KOOC(CHOH)_4COOK$.

4. Получение этилата калия

Глюкозу можно подвергнуть спиртовому брожению с помощью дрожжей. В результате образуются этанол и углекислый газ.

$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$

Этанол, как и другие спирты, проявляет слабые кислотные свойства и может реагировать с активными металлами, такими как калий, с образованием алкоголята — этилата калия.

$2C_2H_5OH + 2K \rightarrow 2C_2H_5OK + H_2\uparrow$

Ответ: Этилат калия, $C_2H_5OK$.

5. Получение ацетата калия

Этанол, полученный при брожении глюкозы, можно окислить до уксусной кислоты. Для этого можно использовать сильный окислитель, например, перманганат калия в кислой среде.

$5C_2H_5OH + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 5CH_3COOH + 2K_2SO_4 + 4MnSO_4 + 11H_2O$

Затем уксусную кислоту нейтрализуют гидроксидом калия для получения ацетата калия.

$CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O$

Ответ: Ацетат калия, $CH_3COOK$.

6. Получение карбоната калия

Вторым продуктом спиртового брожения глюкозы (см. пункт 4) является диоксид углерода ($CO_2$). Диоксид углерода — это кислотный оксид, который реагирует со щелочами.

При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида калия образуется карбонат калия.

$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

Карбонат калия является углеродсодержащей солью.

Ответ: Карбонат калия, $K_2CO_3$.