Номер 1, страница 25 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

Окисление этанола до уксусного альдегида является классическим примером контролируемой реакции окисления спиртов, где необходимо предотвратить дальнейшее окисление продукта. В данном эксперименте используется дихромат калия ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) в кислой среде ($\text{H}_2\text{SO}_4$) в качестве окислителя.

Описание химического процесса

При смешивании этанола, дихромата калия и разбавленной серной кислоты происходит окислительно-восстановительная реакция. Этанол ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$) окисляется до уксусного альдегида ($\text{CH}_3\text{CHO}$), а оранжевый дихромат-ион ($\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$) восстанавливается до зеленого иона хрома(III) ($\text{Cr}^{3+}$). Реакция является экзотермической, что приводит к разогреву смеси.

Уравнение реакции:

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

Для предотвращения дальнейшего окисления уксусного альдегида до уксусной кислоты ($\text{CH}_3\text{COOH}$) и для его выделения используется аппарат для перегонки. Поскольку уксусный альдегид имеет значительно более низкую температуру кипения ($20.2^{\circ}\text{C}$) по сравнению с этанолом ($78.37^{\circ}\text{C}$) и водой ($100^{\circ}\text{C}$), он испаряется первым и конденсируется в охлаждаемой пробирке-приемнике.

Ответ:

Наблюдения в ходе эксперимента

1. Наблюдается разогрев смеси: Это указывает на то, что реакция является экзотермической, то есть при ее протекании выделяется тепло.

2. Изменение окраски смеси: Исходная оранжевая окраска раствора дихромата калия постепенно меняется на зеленую. Это происходит из-за восстановления оранжевого дихромат-иона ($\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$) до зеленого иона хрома(III) ($\text{Cr}^{3+}$).

3. Увеличение объема смеси в пробирке-приемнике: В течение 2-3 минут после нагревания, объем конденсата в пробирке-приемнике увеличивается почти вдвое. Это свидетельствует о перегонке летучего продукта реакции — уксусного альдегида.

Ответ:

Роль каждой операции

1. Помещение 0,5 г дихромата калия ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$), 2 см³ разбавленной серной кислоты и 2 см³ этанола в пробирку с газоотводной трубкой: Это компоненты для проведения реакции окисления. Дихромат калия выступает в роли окислителя, этанол — восстановителя, а серная кислота создает необходимую кислую среду для протекания реакции восстановления дихромат-иона.

2. Встряхивание смеси: Обеспечивает хорошее перемешивание реагентов и гомогенность раствора, что способствует эффективному протеканию реакции.

3. Добавление центров кипения (кипятильных камешков) в пробирку: Предотвращает бурное (скачкообразное) кипение жидкости при нагревании, обеспечивая равномерное и спокойное образование пузырьков пара.

4. Закрепление пробирки наклонно в держателе и опускание газоотводной трубки почти до дна другой пробирки, содержащей 2 см³ холодной воды и помещенной в стакан со льдом: Эта конструкция представляет собой систему охлаждения и сбора продукта перегонки. Газоотводная трубка доставляет пары уксусного альдегида в пробирку-приемник, где они охлаждаются холодной водой и льдом (ниже температуры кипения альдегида) и конденсируются, собираясь в виде жидкости. Это позволяет выделить альдегид из реакционной смеси и предотвратить его дальнейшее окисление.

5. Осторожное нагревание реакционной смеси: Инициирует и поддерживает процесс окисления, а также обеспечивает испарение образующегося уксусного альдегида для его последующей перегонки.

6. Прекращение нагревания через 2–3 мин после увеличения объема смеси в пробирке-приемнике почти вдвое и разборка прибора: Время нагрева ограничено для того, чтобы собрать максимально возможное количество уксусного альдегида и минимизировать риск его дальнейшего окисления до уксусной кислоты или перегонки нежелательных побочных продуктов (например, не прореагировавшего этанола или воды). Увеличение объема в приемнике указывает на успешное выделение продукта. Разборка прибора - это завершающий этап эксперимента.

7. Определение присутствия альдегида по запаху и с помощью качественных реакций: Уксусный альдегид имеет характерный, резкий, фруктовый запах. Для подтверждения наличия альдегида можно провести качественные реакции, такие как реакция "серебряного зеркала" (с аммиачным раствором оксида серебра - реактив Толленса) или реакция с фуксинсернистой кислотой (реактив Шиффа), а также с реактивами Фелинга или Бенедикта. При реакции "серебряного зеркала" на стенках пробирки образуется блестящий налет металлического серебра. С реактивом Шиффа альдегид дает пурпурно-красное окрашивание.

Ответ: