Лабораторный опыт 4, страница 207 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Лабораторный опыт 4

Окисление альдегида гидроксидом меди(II)

В пробирку налейте 1–2 $см^3$ раствора щёлочи, затем – несколько капель раствора сульфата меди(II). Добавьте к полученной смеси выданный вам раствор альдегида. Нагрейте содержимое пробирки с помощью спиртовки. При этом в пробирке сначала образуется жёлтый осадок, который затем становится кирпично-красным.

Напишите уравнения протекающих реакций и объясните наблюдаемые явления.

Обратите внимание на то, что избыточное количество сульфата меди(II) приводит к образованию излишнего количества гидроксида меди(II), который в процессе нагревания разлагается с образованием чёрного осадка $CuO$, поэтому эффект восстановления меди на этом фоне становится незаметным.

Уравнения протекающих реакций:

1. Получение свежеосаждённого гидроксида меди(II) в щелочной среде (образуется осадок голубого цвета):

$$\mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \longrightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4}$$

2. Окисление альдегида (на примере уксусного альдегида / этаналя) при нагревании с образованием промежуточного гидроксида меди(I) жёлтого цвета:

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

3. Разложение неустойчивого гидроксида меди(I) при дальнейшем нагревании с образованием кирпично-красного осадка оксида меди(I):

$$\mathrm{2CuOH \xrightarrow{t} Cu_2O\downarrow + H_2O}$$

Суммарное уравнение окисления альдегида:

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

Так как реакция проходит в избытке щёлочи, образующаяся карбоновая кислота может нейтрализоваться до соли (ацетата натрия):

$$\mathrm{CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 + NaOH \xrightarrow{t} CH_3COONa + Cu_2O\downarrow + 3H_2O}$$

Объяснение наблюдаемых явлений:

• При смешивании щёлочи $\mathrm{NaOH}$ и сульфата меди(II) $\mathrm{CuSO_4}$ выпадает объёмистый осадок гидроксида меди(II) $\mathrm{Cu(OH)_2}$ голубого цвета.
• Альдегиды проявляют выраженные восстановительные свойства благодаря карбонильной группе. При нагревании альдегид восстанавливает медь из степени окисления $+2$ до $+1$, окисляясь сам до карбоновой кислоты.
• На первой стадии восстановления образуется гидрат оксида меди(I) $\mathrm{CuOH}$ жёлтого цвета, который из-за термической неустойчивости быстро обезвоживается до оксида меди(I) $\mathrm{Cu_2O}$, окрашивающего осадок в характерный кирпично-красный цвет. Эта реакция является качественной на альдегидную группу.
• Сульфат меди(II) добавляют лишь в количестве нескольких капель (в недостатке по отношению к щёлочи) для того, чтобы весь $\mathrm{Cu(OH)_2}$ прореагировал с альдегидом. При избытке $\mathrm{Cu(OH)_2}$ он подвергается термическому разложению до оксида меди(II): $$\mathrm{Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO\downarrow + H_2O}$$ Образующийся чёрный осадок $\mathrm{CuO}$ полностью перекрывает кирпично-красную окраску $\mathrm{Cu_2O}$, из-за чего результат качественной реакции становится неразличим.