1. Физические свойства спиртов

В молекулах спиртов есть атомы, способные к образованию водородной связи. Это – атом водорода гидроксильной группы (обладающий частично положительным зарядом) и атом кислорода (сильно электроотрицательного элемента) гидроксогруппы, обладающий частичным отрицательным зарядом. Между этими атомами и образуется межмолекулярная водородная связь, т.е она образуется между атомом водорода –ОН группы одной молекулы и атомом кислорода –ОН группы другой молекулы.

Далее по учебнику рассматриваете образование водородной связи в молекулах спиртов. На рис. 22 представлено образование ассоциатов между различными молекулами. Объясните ребятам, что на рис. 22 (а) показано образование водородной связи между молекулами спирта. Водородная связь в данном случае образуется между атомами кислорода одной молекулы и атомами водорода гидроксогруппы другой молекулы. Схематично это можно изобразить схемой:

Ассоциация молекул спирта за счет водородной связи:

ОН … ОН … О – ОН

│ │ │

RRR

Разъясните, что для перехода молекул в газообразное состояние необходимо разорвать межмолекулярные водородные связи, а для этого необходима дополнительная энергия. Вследствие этого, спирты имеют аномально высокие температуры кипения (в сравнении с темперами кипения соответствующих УВ). Поэтому среди спиртов нет газов, только жидкости и твердые вещества. Приводите пример из учебника: сравните агрегатные состояние пропана С₃Н₈ и метилового спирта СН₃ОН.

На рис. 22 (в) приведена схема образования водородной связи между молекулами спирта и молекулами воды. За счет образования водородной связи между молекулами спирта и молекулами воды, низшие спирты обладают неограниченной растворимостью в воде. Акцентируйте внимание ребят на том, что атомы водорода, входящие в состав УВ радикала в образовании водородной связи участия не принимают! Поэтому с увеличением длины УВ радикала растворимость спиртов уменьшается!

Отметьте, что чем длиннее (больше) УВ радикал, тем меньший вклад водородной связи, и как следствие уменьшение растворимости спирта в воде.

Объяснение этому факту можно построить следующим образом: в молекуле глицерина имеются 3 гидроксогруппы, значит число атомов водорода, способных к образованию водородной связи в 3 раза больше, чем в молекулах одноатомных спиртов. Поэтому сила межмолекулярной связи в случае глицерина гораздо больше, чем в молекулах одноатомных спиртов. В случае глицерина необходимо более сильное нагревание, более высокая температура, для того, чтобы ослабить связи между молекулами до такой степени, чтобы они перешли в газообразное состояние. По этой причине многоатомные спирты более вязкие и температура кипения у них выше, чем у соответствующих одноатомных спиртов.

- Известно, что пропиловый спирт неограниченно смешивается с водой. Исходя из этого факта, предположите, какова будет растворимость пропантриола-1,2,3 (глицерина) в воде?

(Если одноатомны спирт неограниченно растворяется в воде, то трехатомный спирт с тем же числом атомов углерода, также будет неограниченно смешиваться с водой.)

Выстройте цепочку из органических соединений в которой при переходе слева направо наблюдается повышение температур кипения:

[ УВ и УВHal] → одноатомные спирты → многоатомные спирты

Увеличение температур кипения

(для соединений с одинаковым числом углеродных атомов)

Влияние водородной связи на физические свойства соединений

Этан	Этанол	Этиленгликоль
Ткип.= -89º С	Ткип.= 78º С	Ткип.= 198º С

Пропан	Пропанол-1	Глицерин
Ткип.= -42º С	Ткип.= 97º С	Ткип.= 290º С

Температуры кипения одноатомных спиртов выше, чем у УВ и их галогенпроизводных с тем же числом углеродных атомов, но меньше, чем у соответствующих многоатомных спиртов. Подтвердите это утверждение следующими примерами:

Химические свойства спиртов

Тип химической реакции	Уравнение химических реакций
Реакции замещения
Замещение атомов Н гидроксильной группы активными металлами	безводная среда 2Na + 2R – O[H → 2RONa + H2↑ Ca + 2R – O [H (RO)2 Ca + H2↑
Реакция этерификации (взаимодействие с кислотами)	H+ R1 – O[H + HO]OC – R2 ↔ H2O + R2 – COO – R1 (сложный эфир) R1 – O[H + OH] – NO2 ↔ H2O + R1 – O – NO2
Взаимодействие с ННаl	R – [OH + H]Br ↔ RBr + H2O
Реакции отщепления
Дегидратация (межмолекулярная)	H2SO4 (конц) R – OH + R – OH → R – O – R (простой эфир) + H2O H2 SO4 (конц) R1 – OH + R2 – OH → R1 – O – R2 + H2O
Дегидратация (внутримолекулярная)	H2SO4 t<140° C С2Н5ОН → С2Н4 + Н2О
Дегидратация и дегидрирование	400-500° CAl2O3, ZnO 2С2Н5ОН → СH2= CH – CH = CH2 + 2Н2О + H2
Реакции окисления
Горение	СnН2n+2О + (3/2) nO2 → n СO2 + (n + 1)Н2О + Q
Окисление (мягкое) (окислители – KMnO4, K2Cr2O7 в кислой среде)	Первичных спиртов O [O] ║ R – CH2– OH → R – C – H + H2O → R – COOH (альдегид) (карбоновая кислота) Вторичных спиртов R – CH – R2 → R1 – C – R2 + H2O │ ║ OHO (кетон) Третичные спирты устойчивы к окислению
Реакции дегидрирования
Первичных спиртов Вторичных спиртов	O Cu,t ⁄⁄ R – CH2OH → R – C – H + H2 [O] R1 – CH – R2 → R1 – C – R2 + H2↑ ‌‌‌‌║ ║ OH O (кетон)
Третичные спирты не дегидрируются
Качественная реакция на многоатомные спирты	Взаимодействие с Cu(OН)2 приводит к образованию ярко-синих комплексных соединений. Одноатомные спирты в эту реакцию не вступают.

Укажите, что межмолекулярная дегидратация спиртов может протекать с участием одного спирта или смеси двух спиртов. Акцентируйте внимание учащихся на условиях эксперимента, т.к. они определяют тип протекаемой дегидратации: при более сильном нагревании протекает внутримолекулярная дегидратация. В случае внутримолекулярной дегидратации происходит отщепление молекулы воды от одной молекулы спирта, в случае межмолекулярной дегидратации молекула воды отщепляется от двух молекул спирта. Внутримолекулярная дегидратация вторичных и третичных спиртов протекает по правилу Зайцева (двойная связь образуется у наиболее замещенного атома С, или протон отщепляется от наименее гидрогенизированного атома С), легче всего дегидратация протекает у третичных спиртов, затем у вторичных и первичных. Стоит напомнить учащимся, что при дегидратации и одновременно при дегидрировании этилового спирта получают бутадиен-1,3 полимеризацией которого получают каучук по методу Лебедева.

Далее сообщаете о свойстве спиртов гореть с выделением большого количества тепла. Это свойство используют в спиртовках. Подожгите этиловый спирт, учащиеся отметят цвет его пламени (бесцветное, не коптящее пламя). Можно сравнить горении двух спиртов (этилового и пропилового, бутилового и др.).

Способ получения спиртов

Способ получения	Уравнение химической реакции
Гидролиз галогеналканов (Hal – Cl, Br, I)	[OH] R – Hal + H2 O → R – OH + HCl или [H2O] R – Hal + NaOH → R – OH + NaHal
Гидратация алкенов (присоединение протекает по правилу Марковникова)	H+ RCH – CH2 + H2O → RCH – CH3 │ OH
Гидрирование альдегидов и кетонов	R – C – H + H2 → R – CH2 – OH ║ O (первичный спирт) R1 – C – R2 + H2 → R1 – CH – R2 ║ │ OOH (вторичный спирт)
Окисление алкенов	CH2 = CH2 + [О] + H2О → НОCH2 – CH2ОН
Специфические способы получения спиртов
Лучение метанола из синтез-газа	ZnO, t, P CO + 2H2 → CH3OH
Брожение глюкозы	дрожжи С6Н12О6→ 2С2Н5ОН + 2CO2
Гидролиз жиров	Способ получения глицерина

Текст задания 3:

Задача. Какая масса оксида кальция может быть получена из 500 т известняка в котором массовая доля примеси составляет 0,2 (или 20%).

Решение:

500т

СаСО ₃ → СаО + СО_2.

500Х56:CaCO₃

Примеси=20%

500 (тонн)-100%

Х (тонн) -20%

Х (тонн)=1000:100=10 (тонн)

Ответ: Х (тонн)=10 (тонн)

Билет №11.

Текст задания 1:

Аллотропия неорганических веществ на примере углерода и кислорода.

Ответ: Если какой-либо элемент может существовать в двух или нескольких твердых формах (кристаллических либо аморфных), то считается, что он проявляет аллотропию. Различные формы одного элемента называются аллотропами. Аллотропы существуют приблизительно у половины всех элементов. Например, углерод существует в виде алмаза либо графита. Сера существует в двух кристаллических формах - ромбической и моноклинной - в зависимости от температуры. Обе ее кристаллические формы являются примерами молекулярных кристаллов. Молекулы в них представляют собой гофрированные циклы, в каждом из которых содержится по восемь ковалентно- связанных атомов серы. Твердая сера может существовать еще в третьей аллотропной форме как пластическая сера. Эта форма серы неустойчива. Она состоит из длинных цепочек атомов серы, которые при комнатной температуре разрушаются и снова образуют молекулы S8, кристаллизующиеся в ромбическую решетку. Фосфор может существовать в трех аллотропных формах. Наиболее устойчивая из них - красный фосфор. Красный фосфор имеет каркасную кристаллическую структуру, в которой каждый атом ковалентно - связан с тремя другими атомами фосфора. Белый фосфор представляет собой молекулярный кристалл. Каждая его молекула содержит четыре атома фосфора, ковалентно -связанных в тетраэдрическую структуру. Третий аллотроп - черный фосфор образуется только при высоких давлениях. Он существует в виде макромолекулярной слоистой структуры.

Текст задания 2:

Фенол, его химическое строение, свойства, получение и применение.

Ответ:

Наибольшее влияние друг на друга бензольное кольцо и гидроксогруппа будут оказывать в случае структуры II, меньшее – в случае I. Учитель дополняет, что соединения, в которых ароматический радикал фенил С₂Н₅ – непосредственно связан с гидроксильной группой ОН – отличаются по свойствам от ароматических спиртов, настолько, что их выделяют в отдельный класс органических соединений, называемый фенолами. Далее знакомите ребят с классификацией фенолов по атомности: одноатомные и многоатомные (аналогия со спиртами). Сообщаете классу, что подробно рассматриваться будет только простейший представитель этого класса соединений – фенол С₆Н₅ОН (структурная формула на доске).

Влияние радикала фенила С₅Н₅ – на группу ОН – проявляется в том, что увеличивается положительный заряд на атоме водорода гидроксильной группы. Поэтому водород гидроксогруппы имеет «кислотный характер».

Фенол является слабой кислотой. Кислотные свойства фенола объясняются сопряжением неподеленной π-электронной пары атома кислорода с электронной системой бензольного кольца. В результате связь О – Н еще больше поляризуется (более, чем в молекулах спиртов и воды) и атом Н отщепляется в виде протона. Бензольное ядро увеличивает подвижность атома водорода гидроксильной группы.

Влияние гидроксильной группы на радикал фенил проявляется в увеличении подвижности водородных атомов (в орто- и параположениях) бензольного кольца.

Химические свойства фенола

Тип химической реакции	Уравнение химической реакции
Кислотные свойства фенола: замещение атома водорода гидроксильной группы
активными металлами (аналогия со спиртами)	2C6H5ОН + 2Na → 2C6H5ОNa + H2↑
взаимодействие со ще-лочами (отличие от спиртов)	C6H5ОН + 2 NaOH→ C6H5ОNa + H2О
Выделение фенола из раствора фенолята натрия	C6H5ОNa + CO2 + H2О → C6H5ОH↓ + NaHCO3
Качественная реакция на фенол	C6H5ОН + FeCl3 → комплексное соединение интенсивно фиолетового цвета
Реакция бензольного кольца
Замещение атомов водорода бензольного кольца
Бромирование фенола качественная реакция на фенол	ОН ОН Н2О BrBr + 3 Br2 → + 3HBr Br Белый осадок 2,4,6-трибромфенола
Нитрование фенола разбавленной кислотой концентрированной кислотой	ОН ОНOH НNO3NO2 → + -H2O NO2 ОНОН O2N NO2 + 3 HNO3 → + 3H2O NO2 пикриновая кислота
Реакция присоединения
Гидрирование фенола (присоединение водорода)	Ni, t C6H5ОН + 3H2О → C6H11ОH (циклогексанол)
Поликонденсация фенола с альдегидами	(n + 1)C6H5ОН + nH2С = О → - [CH2 – C6H3 - CH2] + nH2O │ OH

Далее переходите к рассмотрению реакции бензольного кольца. Выполните качественно реакцию на фенол. Для этого прилейте к прозрачному раствору фенола бромную воду до появления белого осадка (или белой мути) при бромфенола. Обращаете внимание учащихся на условие проведения эксперимента (без катализатора) и на то, что сразу замещаются 3 атома водорода (а не один, как в случае бензола).

Предложите учащимся вспомнить условие проведения реакции замещения для бензола (наличие катализатора обязательно).

FeBr₃

C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr

H₂ SO₄конц.

C₆H₆ + HO – NO₂ → C₆H₅NO₂ + H₂ O

В случае фенола реакция протекает без катализатора, что свидетельствует о более высокой подвижности водородных атомов бензольного кольца фенола, чем у самого бензола, которое объясняется влиянием гидроксогруппы, непосредственно связанной с бензольным ядром.

Акцентируйте внимание ребят на реакции нитрования фенола, в зависимости от концентрации азотной кислоты получаются разные продукты (от моно- до тризамещенного фенола).

Рассмотрите все уравнения реакции, которые представлены в учебнике.

Реакции присоединения для фенола также протекают более легко, чем для бензола. В реакции полимеризации, поликонденсации бензол не вступает, в отличие от ыенола. Опишите свойства фенолформальдегидных пластмасс.

Текст задания 3:

Задача.

Вывести молекулярную формулу углеводорода по данным: массовая доля углерода-83,3%, массовая доля водорода-16,67%, относительная плотность по воздуху равна 1,45.

Решение:

М=29Дв=29 х 1,45=42,05

6,94 : 16,67

1 : 2

СН₂→С₃Н₆

Ответ: С₃Н_6.

Билет №12.

Текст задания 1:

Электрохимический ряд напряжений металлов. Вытеснение металлов из растворов солей другими металлами.

Ответ: Электрохимический ряд напряжений металлов показывает способность металлов восстанавливать ионы в растворах, вытеснять из растворов другие металлы и водород. Сила восстановителей убывает слева направо, т.е. металлы, расположенные левее, способны вытеснять металлы, расположенные правее в ряду напряжений, из растворов их солей и водород из растворов кислот. Цинк способен восстанавливать ионы водорода, вытесняя их из раствора, поэтому цинк стоит левее водорода.

Проводим опыт: кусочки цинка помещаем в пробирку с раствором соляной или серной кислоты. Происходит выделение водорода: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Текст задания 2:

Альдегиды, их химическое строение и свойства. Получение и применение муравьиного и уксусного альдегидов.

Ответ:

Формулируете определение класса альдегидов, как органических соединений, в молекулах которых карбонильная группа соединена с од­ним углеводородным радикалом и атомом водорода.

Таким образом, альдегидная группа состоит из карбонильной группы, соединенной с атомом водорода. Само название указывает на то, что альдегидная группа входит в состав молекул альдегидов и является их функциональной группой, определяющей все харак­терные свойства этого класса соединений. Напоминаете, что в про­стейшем альдегиде (муравьиный альдегид) альдегидная группа со­единена не с УВ радикалом, а с атомом водорода.

Далее учитель знакомит ребят с классом кетонов на примере простейшего их представителя - ацетона. Составьте на доске струк­турную формулу ацетона и предложите учащимся отметить разни­цу в строении кетонов и альдегидов:

СH₃ – C – HCH₃ – C – CH₃

║ ║

О О

Ребята самостоятельно определяют, что в кетонах карбонильная группа соединена с двумя УВ радикалами, в то время как в альде­гидах - только с 1 УВ радикалом, другая связь (от атома углерода) идет на соединение с атомом водорода.

Далее формулируете определение класса кетонов, как органи­ческих соединений, в молекулах которых карбонильная группа соедине­на с двумя углеводородными радикалами.

Составляете общие формулы альдегидов и кетонов

OO

∕∕ ∕∕

R – С R₁ – C

\ \

HR₂

альдегид кетон

Отметьте, что R – может быть предельным, непредельным, ароматическим, гетероциклическим УВ радикалом. Поэтому классифицировать альдегиды можно по характеру углеводородного радикала, связанного с карбонильной группой на: предельные, непредельные, ароматические, гетероциклические.

Сообщите учащимся, что подробно изучаться будут предельные альдегиды, общая формула которых:

O

∕∕

CnH_2n+1 - C илиCnH_2nO

\

Н

Названия альдегидов составляют из названий соответствующих алканов с добавлением суффикса -аль.

Выписываете на доске формулы первых двух членов гомологического ряда альдегидов, приводите систематические и тривиальные названия соединений. Для закрепления темы, даете задание классу: Составить формулу альдегида с n = 5 и 7 и дать названия полученным соединениям (C₅H₁₁СOН – пентаналь, C₇H₁₅СOН – гептаналь).

Учитель знакомит ребят с гомологическим рядом альдегидов. Помимо систематической номенклатуры, приведите широко распространенные тривиальные названия. Происхождение тривиальных названий объясните позже при изучении карбоновых кислот. Отметьте особенности номенклатуры альдегидов: положение альдегидной группы в названии соединения не указывается, т.к. она всегда находится при первом атоме углерода.

Акцентируйте внимание на отличие номенклатуры альдегидов от номенклатуры кетонов, в которых необходимо указывать положение карбонильной группы.

Далее рассматриваете виды изомерии характерные для предельных альдегидов. Отметьте, что для альдегидов характерна:1) изомерия углеродного скелета; и 2) межклассовая изомерия (с кетонами).

Для предельных кетонов характерна изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положение ФГ (карбонильной группы); 3) межклассовая изомерия (с альдегидами).

Формулируете вывод: предельные альдегиды и кетоны с одним и тем же числом углеродных атомов являются изомерами.

CН₃ – С – СH₂ – СН₃

║

О

бутанон или метилэтилкетон

Для бутанона наблюдается только 1 вид изомерии: межклассовая изомерия

Межклассовая изомерия (с альдегидами)

Структурные формулы изомеров бутаналя:

О О

∕∕ ∕∕

CН₃ – СH₂ – СН₂ – С CН₃ – СH– С \ | \

Н CН₃ Н

н – бутаналь 2 метилпропаналь

Особенности структуры карбонильной группы.

Физические свойства альдегидов и кетонов.

Физические свойства альдегидов и кетонов связаны с особенностями строения карбонильной группы. Рассмотрите строение карбонильной группы в контексте учебника. Обратите внимание на двойную связь при карбонильном атоме углерода.

- В каком гибридном состоянии находится атом углерода карбонильной группы? (В состоянии sp²-гибридизации.)

Напомните, что три гибридные орбитали атома С образуют три одинаковых σ-связи, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг другу. Значит, атомы непосредственно связанные с карбонильным углеродом находятся в одной плоскости, и углы между ними равны 120°. Одна p-электронная орбиталь не участвует в гибридизации, и располагается перпендикулярно плоскости карбонильной группы. Двойная связь С = О представляет собой комбинацию двух типов связей: σ- и π-связи. Предложите ребятам сравнить связи С = О и С = С.

- Чем отличаются эти 2 типа связи? (Двойная связь С = С является неполярной, т.к. образована одинаковыми атомами, связь С = О является полярной вследствие разницы в значениях электроотрицательностей атомов кислорода и углерода.)

Отметьте высокую полярность карбонильной группы и, как следствие, избыточную электронную плотность на атоме кислорода.

Акцентируйте внимание на атоме водорода альдегидной группы, связанном непосредственно с. атомом углерода кар­бонильной группы. Разница в значениях ЭО углерода и водорода невелика, поэтому атом водорода не обладает подвижностью, как в случае спиртов. Отметьте разницу в агрегатном состоянии спир­тов и альдегидов. Предложите учащимся объяснить, с чем это может быть связано. Если учащиеся не смогут что-либо предло­жить для объяснения, сообщите, что между молекулами альдеги­дов и кетонов отсутствуют водородные связи (т.к. нет подвижно­го атома водорода, обладающего частичным положительным за­рядом). Вследствие этого не происходит образования ассоциатов из молекул, поэтому простейший альдегид - газ, следующие за ним низшие альдегиды являются легкокипящими жидкостями(табл. 5 учеб.). Поэтому, температуры кипения альдегидов и кето­нов ниже, чем у соответствующих спиртов с тем же числом угле­родных атомов.

Высшие альдегиды и кетоны являются твердыми веществами.

На данном уроке начните изучение химических свойств альде­гидов и кетонов. Разъясните учащимся, что альдегиды, благодаря наличию активной группы -СОН, являются высокореакционно­способными соединениями .

Педагог выполняет демонстрационные эксперименты, описан­ные в учебнике. Объясняете учащимся, что в результате окисления альдегидов образуются кислоты, содержащие новую функциональ­ную группу - СООН, называемую карбоксильной. Подробное изу­чение этого класса соединений будет позже. Составляете уравнения выполненных реакций (на примере ацетальдегида).

Химические свойства альдегидов и кетонов:

Тип химической реакции	Уравнения химической реакции
Реакции восстановления
Гидрирование альдегидов	О ∕∕ Ni R – C + H2 → R – CН2 – OH \ H первичный спирт
Гидрирование кетонов	Ni R1 – C – R2 + H2 → R1 – CН – R2 || | О OН вторичный спирт
Реакции окисления
Общая схема процесса	О О ∕∕ [O] ∕∕ R – С → R – С \ \ H ОH
Реакция «серебряного зеркала» (окисление аммиачным раствором оксида серебра)	О О ∕∕ ∕∕ R – С + Ag2O → R – С + 2Ag \ \ H ОH
К ачественная реакция на альдегиды (служит для обнаружения альдегидной группы СН = О)
Окисление свежеосажденнымCu(OH)2	О О ∕∕ t ∕∕ R – С + 2Cu(OH)2 → R – С + Cu2O + H2O \ \ H ОH
Кетоны не окисляются ни кислородом воздуха, ни аммиачным раствором оксида серебра. Окисление кетонов идет значительно труднее, только при действии сильных окислителей и нагревании. При этом происходит разрыв углеродной цепи по обе стороны от карбонильной группы с образованием смеси карбоновых кислот.

Способы получения альдегидов и кетонов

Тип химической реакции	Уравнения химической реакции
Окисление или дегидрирование
Первичных спиртов	Cu, t R– СH2 – OH → R – C – H + Н2↑ || O альдегид
Вторичных спиртов	Cu, t R1 – СН – R2 → R1 – C – R2 + Н2↑ | || OHO кетон
Реакция Кучерова	Получение ацетальдегида HgSO4, H2SO4 НС = СН + Н2О → СН3 – С – Н (ацетилен) || О
	Получение кетонов HgSO4, H2SO4 СН3 – С ≡ СН + Н2О → СН3 – С =О || СН3
Термическое разложение Са или Ва солей карбоновых кислот	t М (RCOO)2 → R – C – R + CaCO3

Текст задания 3:

Задача. Вычислите сколько хлора в литрах и в граммах потребуется, чтобы получить 202 г хлорметана СН ₄ +С1₂ → СН ₃ СI + HC1.

Решение:

_{Х (л), х (г.) 202 г}

СН ₄ +С1₂ → СН ₃ СI + HC1.

_{70 50,5}

Х(г)=70 х202:50,5=280 г.

V=22,4 Х m:M=22,4 Х 280 :70=89,6 л

Ответ: V=89,6 л.

Билет №13.

Текст задания 1:

Водородные соединения неметаллов. Закономерности в изменении их свойств в связи с положением химических элементов в периодической системе Д.И. Менделеева.

Ответ: Гидриды. В соединениях с неметаллами водород проявляет степень окисления +1. Поскольку энергия ионизации водорода очень большая, химическая связь его с неметаллами не ионная, а полярно-ковалентная. Наиболее электроотрицательные р-элементы в правой части периодов, например сера и хлор, реагируют с водородом, образуя ковалентные гидриды, которые обладают кислотными свойствами и сила этих кислот увеличивается по мере увеличения размера атома присоединяемого к водороду неметалла. Исключениями являются метан СН4, представляющий собой нейтральное соединение, а также аммиак NH3, обладающий основными свойствами. Водородные соединения неметаллов хорошо растворимы в воде и образуют кислоты с теми же формулами. Более электроотрицательные р-элементы, например алюминий, кремний и фосфор, в нагретом состоянии не реагируют с водородом.

Текст задания 2:

Предельные одноосновные карбоновые кислоты, их строение и свойства на примере уксусной кислоты.

Ответ:

Сообщите, что в структуре карбоновых кислот выделяют:

1. кислотный радикал — ацил (окончание -ил) и

2. кислотный остаток — анион (по аналогии с неорганически­ми кислотами, окончание -ат)

ацил кислотный остаток

Например, для уксусной кислоты: название ацила — ацетилСН₃—СО—; название аниона (кислотного остатка) — ацетатСНзСОО-.

Далее знакомите ребят с классификацией карбоновых кисло по числу карбоксильных групп и по характеру УВ радикала, составля­ете соответствующие структурные формулы на доске. Ученики кратко оформляют сказанное в тетради:

Карбоновые кислоты можно классифицировать по:

1. числу карбоксильных групп (одноосновные, двухосновные, многоосновные).

2. характеру УВ радикала (предельные, непредельные, аромати­ческие)

Полученные сведения удобно свести в таблицу.

Классификация кислот по числу карбоксильных групп

Одноосновные	Двухосновные	Многоосновные
СН3СООН уксусная или этановая кислота	НООС – СН2 – СООН малоновая или пропандиовая кислота	НООС – СН2С(ОН)(СООН)СН2 – СООН лимонная кислота

Классификация кислот по характеру углеводородного радикала

Предельные	Непредельные	Ароматические
СН3 – (СН2 )3 – СООН лауриновая (додекановая кислота)	СН2 = СН – СООН акриловая (пропеновая) кислота	С6 Н5 – СООН бензойная кислота

После ознакомления с основами номенклатуры карбо­новых кислот, переходите к составлению названий кислот, приведен­ных в таблице. Оформляете записи на доске, приводите систематические и тривиальные названия кислот. Объясните, что триви­альные названия многих кислот связаны с природным источни­ком, из которого были выделены кислоты: муравьиная, уксусная, масляная (из коровьего молока), лауриновая (из плодов лаврового дерева), щавелевая (в виде солей в листьях щавеля, ревеня), ян­тарная, молочная, лимонная и др. Как видно из представленных названий, карбоновые кислоты чрезвычайно распространены в природе.

Сообщите, что подробно изучаться будут предельные одноосновные кислоты. Предложите ребятам самостоятельно со­ставить общую формулу этих кислот. Для этого надо один атом водорода в алканах заменить карбоксильной группой:

-Н +СООН

С_nН_2n+2 → С_nН_2n+1 → С_nН_2n+1СООН

Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот

С_nН_2n+1СООН или С_nН_2nО₂

Физические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот

Р ассмотрение физических свойств карбоновых кислот удобно связать с особенностями строения карбоксильной группы. Объяс­ните ребятам, что карбоксильная группа не является простым со­четанием двух других функциональных групп ( С=0 и —ОН), а обладает особыми, только ей присущими свойствами. Поставьте перед классом проблемный вопрос:

Почему карбоксильная группа проявляет особые свойства?

Для ответа на этот вопрос предложите ребятам вспомнить осо­бенности карбонильной группы.

— Куда смещена электронная плотность двойной связи С=О? Обоснуйте свой ответ. {Электронная плотность двойной связиС = О смещена в сторону кислорода, как элемента более электроотрица­тельного.)

Напомните, что карбонильная группа содержит двой­ную связь, а значит и подвижное π-электронное облако, которое в значительной степени и смещается от атома углерода к атому кис­лорода. Таким образом, связь в карбонильной группе С=О являет­ся высокополяризованной, и на атоме углерода имеется частично положительный заряд, на атоме кислорода — частично отрица­тельный (или повышенная электронная плотность).

Отметьте в общей формуле карбоновых кислот, приведенной на доске, смещение электронной плотности в карбонильной группе стрелкой.

Далее поясните, что для компенсации этого заряда атом углерода карбонильной группы притягивает к себе электроны атома кислорода гидроксильной группы. В свою очередь электронная плотность на атоме кислорода уменьшается, поэтому он смещает в свою сторону электронную плотность связи О – Н. В результате такого перераспределения электронной плотности, на атоме водорода гидроксильной группы возрастает положительный заряд, связь становится более полярно, а водород более подвижным, и легче отщепляется в виде протона. Учитель отражает перераспределение электронной плотности еще одной стрелкой:

О

R – С

О ←Н

Такое перераспределение электронной плотности приводит в конечном итоге к большему оттягиванию электронов от атома водорода гидроксогруппы (в сравнении, например, со спиртами) и уменьшению положительного заряда атома углерода карбонильной группы (в сравнении сальдегидами). Учитель сообщает, что обычная для альдегидов поляризация связи С = О сильно возрастает за счет перетягивания дополнительной электронной плотности от атома кислорода гидроксильной группы (которого нет в альдегидах и кетонах).

Формулируете вывод: В карбоксильной группе свойства двух функциональных гупп изменяются в сравнении со свойствами этих групп в спиртах и альдегидах. В результате объединения двух функциональных групп получается нова ФГ – карбоксильная, которая обладает специфическими свойствами.

Взаимное влияние этих двух групп таково, что полностью изменяются их свойства.

Карбоновые кислоты должны образовывать водородные связи и как следствие этого должны обладать хорошей растворимостью в воде и высокими температурами кипения, газообразных веществ среди них не должно. Педагог описывает физические свойства карбоновых кислот и подтверждает сказанное конкретными примерами (учеб.). Продемонстрируйте классу образцы важнейших карбоновых кислот, жидких – уксусной, муравьиной. Желательно показать учащимся и ледяную уксусную кислоту. Образцы твердых кислот: щавелевой, янтарной, растворите в воде. Учащиеся убедятся в хорошей растворимости низших двухосновных кислот.

В жидком и твердом состоянии карбоновые кислоты образуют водородные связи и существуют в виде димеров. Даже в газообразном состоянии в случае низших кислот сохраняются эти димерные структуры. В данном случае образование водородной связи участвуют атом кислорода карбонильной группы (С = О^δ-) и атом водорода гидроксильной группы О – Н^δ+ . Обратите внимание, что атом кислорода карбонильной группы в альдегидах и кетонах участие в образовании водородной связи не принимают. Атом водорода группы О – Н в спиртах участвует в образовании водородной связи, но имеет значительно меньше положительный заряд, поэтому и водородная связь им образуемая слабее, чем в случае кислот. Отсюда спирты имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем в случае кислот (см. табл.).

Поскольку полярность связей С = О и О – Н в карбоксильной группе выше, чем в альдегидах и спиртах, т.е. выше частичный отрицательный заряд на атоме кислорода карбонильной группы и выше положительный заряд на атоме водорода гидроксильной группы, то сила межмолекулярной водородной связи в кислотах также должна быть больше, чем в альдегидах и спиртах. Подтверждаете: действительно водородные связи в карбоновых кислотах являются одним из самых прочных среди других водородных связей.

Влияние водородной связи на физические свойства соединений

Вещество	с2н8 этан	сн3сно уксусный альдегид	сн3сн2он этиловый спирт	СН3СООН уксусная кислота
Тплавл. , °С плаап.'	-172	-122	-117	17
Т кип.,°с кип.'	-88	21	78	118

В завершении урока, учитель рассказывает о важнейших представителях карбоновых кислот (муравьиной, уксусной, щаве­левой и высших кислотах), их биологической роли и применении. Этот вопрос можно дать на самостоятельную подготовку (работа с учебником).

Химические свойства карбоновых кислот.

Учитель разъясняет учащимся, что карбоновые кислоты облада­ют всеми свойствами неорганических кислот. Уделите 5 минут класс­ного времени на повторение свойств неорганических кислот.

- Какие химические реакции характерны для кислот? (Одно из важнейших свойств

кислот - это способность к диссо­циации. Чем полнее диссоциирует кислота, тем больше ее сила, т. е.тем более сильным электролитом она является.)

- Какие продукты получаются при диссоциации кислот? (При диссоциации кислот образуются положительно заряженные ионы водорода и отрицательно заряженные ионы кислотного ос­татка.)

- Как называется кислотный остаток уксусной кислоты? (аце­тат-ион.)

- Что означает выражение «сильная кислота» «слабая кислота»)?

(Это означает, что данная кислота является сильным электроли­том, такие кислоты полностью диссоциированы в водных растворах.Слабые кислоты мало диссоциированы в растворах.)

Тип химической реакции	Уравнения химической реакции
Общие свойства кислот
1) Диссоциация	RCOOH ↔ RCOO- + H+
2) Взаимодействие с металлами	Реакция замещения Ca + 2СH3СOОН → (СH3CОO)2Ca + Н2↑
3) Взаимодействие с основными оксидами	Реакция обмена CaО + 2СH3СOОН → (СH3CОO)2Ca + Н2↑
4) Реакция нейтрализации	Реакция обмена Mg(ОH2) + 2СH3СOОН → (СH3CОO)2Mg + 2Н2O
5) Взаимодействие с солями	MgCO3 + 2СH3СOОН → (СH3CОO)2Mg + 2Н2O + CO2↑
Реакция этерификации	О О ∕∕ ∕∕ СH3 – С + OH – C2H5 ↔ СH3 – С + H2O \ \ OH О – C2H5
Реакция горения	СH3СOОН + O2 → 2CO2 + Н2O
Предельные карбоновые кислоты устойчивы к действию концентрированных неорганических кислот (H2SO4, HNO3), исключением является муравьиная кислота: О ∕∕ H2SO4 конц H– С → СO + H2O \ OH
Химические свойства УВ радикала: Реакции присоединения
Гидрирование	Присоединение водорода по кратной связи cat СnH2n-1СOОН + H2 → СnН2n+1COOH
Бромирование	Присоединение галогена по кратной связи cat СnH2n-1СOОН + Br2 → СnН2n-1Br2COOH
Реакции замещения
Галогенирование	Замещение атомов водорода у α-углеродного атома р RСH2СOОН + Сl2 → RСНClCOOH + HCl р RСHСlCOОН + Сl2 → RСCl2COOH + HCl

Способы получения карбоновых кислот

Выделите 2 основных способа получения карбоновых кислот ­– реакции окисления и гидролиза.

На заметку учителю:

Особенности муравьиной кислоты:

Выделите в молекуле муравьиной кислоты альдегидную груп­пу. Объясните ребятам, как это сказывается на химических свой­ствах кислоты: подобно альдегидам она окисляется не только силь­ными окислителями (КМnО₄), но и слабыми, такими как ам­миачный раствор оксида серебра и гидроксид меди (I). Муравь­иная кислота обладает восстановительными свойствами, поэто­му часто используется в органическом синтезе в качестве восстановителя.

О

∕∕

Н – С + 2[Аg(NНз)₂]ОН → (NН₄)₂СОз + 2Ag + 2NНз + Н₂О

\

ОН

или в упрощенном виде:

О О

∕∕ ∕∕

Н – С + [О] → НО – С → СО₂ + Н₂О

\ \

ОН ОН

Учащимся известно, что структуры, в которых 2 гидроксильные группы находятся при одном атоме углерода, являются неустойчивы­ми. Поэтому муравьиная кислота при окислении распадается с образо­ванием углекислого газа и воды. Муравьиная кислота разлагается также под действием концентрированной серной кислоты на ок­сид углерода (II) и воду (табл.).

Способы получения карбоновых кислот

Способ получения	Уравнение химической реакции
Реакции окисления
Окисление первичных спиртов	[O] R – СH2 – ОН → R – COOH
Окисление альдегидов	О О ∕∕ [O] ∕∕ R – С → R – С \ \ H ОH
Окисление гомологов бензола	С H3 – 3[О] → COOH
Гидролиз различных производных карбоновых кислот
Гидролиз сложных эфиров	О О ∕∕ ∕∕ СH3 – С + H2O ↔ СH3 – С + CH3OH \ \ O – CH3 ОH (обратимый процесс)
	О О ∕∕ ∕∕ СH3 – С + NaOH → СH3 – С + CH3OH \ \ O – CH3 ОNa (необратимый процесс)
Специфические способы получения важнейших карбоновых кислот
Получение муравьиной кислоты
Реакция соединения и обмена	200° C, 15 атм NaОН + CO → НСOОNa 2 НСOОNa + H2SO4 = 2НСOОH + Na2 SO4
Декарбоксилирование щавелевой кислоты	t HOOC – COOH → HCOOH + 2CO2
Получение уксусной кислоты
Каталитическое окисление бутана О2 воздуха	cat 2С4H10 + 5O2 → 4СH3CОOH + 2Н2O
Синтез из метанола	t, cat СH3 OH + CO → СH3CОOH
Уксуснокислое брожение спирта	ферменты, О2 СH3CH2 OH → СH3CОOH + Н2O

Текст задания 3:

Рассчитайте массовые доли веществ в смеси, содержащей равное число молекул метанола и масляной кислоты.

Решение:

Так как смесь содержит равное число молекул этих веществ, то, по определению, число молей этих веществ тоже равно.

Пусть в смеси содержится по х молей метанола (СН₃ОН) =ⱱ(СН₃ОН) Х M(CH₃OH)=X_X32

M(C₃H₇COOH)= ⱱ(C₃H₇COOH)=X. 88

M(cмеси)=m(CH₃OH)+ m (C₃H₇COOH)=32 X +88X=120X

Определяем массовые доли веществ:

W(CH₃OH)= m(CH₃OH):m(смеси)=32Х:120Х=0,267 или 26,7%

W(C₃H₇COOH)= m (C₃H₇COOH): m(cмеси)=88x:120Х=0,733 или 73,3%

Ответ: в смеси содержатся 26,7% метанола и 73,3% масляной кислоты.

Билет № 14.

Текст задания 1:

Высшие оксиды химических элементов третьего периода. Закономерности в изменении их свойства и связи с положением химических элементов в периодической системе.

Ответ: Реакционная способность элементов во взаимодействии с кислородом, вообще говоря, уменьшается при перемещении вправо вдоль каждого периода. Например, в 3-м периоде два s-металла, натрий и магний, и два р-элемента, алюминий и фосфор, бурно реагируют с кислородом, образуя оксиды. В том же периоде элементы кремний и сера способны только медленно реагировать с кислородом. Хлор и аргон, расположенные в правом конце периода, вообще не реагируют с кислородом. Электроположительные s-металлы образуют ионные оксиды, как, например, оксид натрия Na2O и оксид магния MgO. Оксиды элементов, расположенных в средней и правой частях периода, являются преимущественно ковалентными соединениями, как, например, оксиды азота и серы. Кислотно-основный характер оксидов тоже изменяется от основного у оксидов элементов левой части периода к амфотерному у оксидов элементов средней части периода и далее к кислотному у оксидов элементов правой части периода. Например, s-металлы обычно образуют оксиды, которые растворяются в воде с образованием щелочных растворов: Молекулярные оксиды р-элементов, например диоксид углерода и триоксид серы, обычно обладают кислотными свойствами. Закономерное изменение основных свойств с переходом к кислотным свойствам наглядно проявляется у оксидов элементов 3-го периода.

Текст задания 2:

Жиры, их состав и свойства. Жиры в природе, превращение жиров в организме. Продукты Технической переработки жиров, понятие о синтетических моющих средствах.

Ответ:

Жиры как природные соединения, представляютсобой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. Природные жиры содержат в основном остатки КК от C₁₀ –C₁₈. Объясните учащимся, что при­родные жиры отличаются друг от друга только остатками органи­ческих кислот. В состав природных жиров входят только однооснов­ные КК с нормальной неразветвленной цепью и четным числом атомов углерода (хотя есть несколько исключений в случае редких жиров). Выписываете на доске молекулярные формулы КК наиболее часто содержащихся в жирах:

С₁₅Н₃₁СООН – пальмитовая кислота – присутствует во всех природных жирах;

С₁₇Н₃₅СООН – стеариновая кислота;

С₁₇Н₃₃СООН – олеиновая кислота (I двойная связь) – присутствует во всех природных жирах;

С₁₇Н₃₁СООН – линолевая кислота (2 двойные связи).

В природных жирах непредельные кислоты встречаются только в цис-форме. Название жирные кислоты являются историческим, тривиальным, так называют карбоновые кислоты, с числом углеродных атомов в цепи больше 6, большинство из которых впервые были выделены из жиров.

Непредельные КК, входящие в состав жиров могут быть переве­дены в предельные кислоты, если провести гидрирование двойных связей, входящих в состав жира. Таким способом переводят жидкие масла в твердые жиры.

На предыдущем занятии были подробно рассмотрены особен­ности проведения гидролиза жиров. Учитель сообщает, что все за­кономерности проведения реакций гидролиза сложных эфиров дей­ствительны и для жиров, т. к. они являются сложными эфирами по своему химическому строению.

Вводите понятие «омыление» жиров, объясняете смысл этого названия: Соли высших карбоновых кислот входящих в состав жи­ров называют мылами, поэтому щелочной гидролиз жиров называ­ют омылением, т, к. продуктом реакции являются мыла

Составляете уравнения соответствующих реакций:

О

∕∕

СН₂ – О – С – С₁₅Н₃₅

O СН₂ – ОН

∕∕ |

СН – О – С – С₁₅Н₃₁ + 3 NaOH → CH – OH + 2C₁₇H₃₅COONa + C₁₅H₃₁COONa

|

O CH₂ – OH

∕∕

CH₂ – O – C – C₁₇H₃₅

В завершении урока рассмотрите задание № 4. Учитель для выпол­нения демонстрационных экспериментов привлекает нескольких учеников

Маргарин - это твердый жир, содержащий только остатки пре­дельных карбоновых кислот. Поэтому маргарин не будет проявлять свойства непредельных УВ

Сливочное масло содержит остатки непредельных кислот, по­этому будет обесцвечивать бромную воду и раствор перманганата калия

Для выполнения опыта необходимо опустить в раствор окисли­теля (Br₂ , KMnO₄ ) кусочек исследуемого жира. Если раствор обес­цветится, значит - это сливочное масло, если - не обесцветится, значит это маргарин.

Растительное (жидкое) масло содержит в своем составе остатки непредельных кислот, поэтому оно будет взаимодействовать с окис­лителями. Машинное масло представляет собой смесь УВ, в том числе и непредельных, поэтому оно может взаимодействовать с бромной водой и марганцовкой. Это вопрос качества масла. Если масло не обесцвечивает растворы окислителей, это свидетельству­ет о присутствии только предельных УВ, если машинное масло обесцвечивает растворы окислителей, значит, присутствуют непре­дельные УВ, такое масло портит двигатели. Данные опыты можно выполнить с любыми, имеющимися в вашем распоряжении жира­ми и маслами.

Машинное масло - это смесь предельных углеводородов. Расти­тельные масла (жидкие жиры)- это сложные эфиры. Соответствен­но у данных соединений, принадлежащих к разным классам орга­нических веществ разные свойства.

Жидкие жиры называют также маслами, в своем составе они содержат непредельные кислоты.

Учитель разъясняет, что маргарин является заменителем сли­вочного масла. Его получают гидрогенизацией жидких масел. На­верняка каждый из учащихся замечал, что маргарин может быть разной консистенции от «мягкого» до «твердого», склонного к кро­шению, хрупкого продукта. Если в процесс е гидрогенизации в мо­лекуле жиров сохранилось достаточное количество двойных свя­зей, полученный продукт бывает мягким. Если провести процесс дольше, количество двойных связей уменьшается и маргарин по­лучается твердым.

Отметьте, что гидрогенизацию никогда не проводят до конца, поскольку это ухудшает качество продукта, маргарин становится хрупким и слишком твердым

В результате щелочного гидролиза получаются мыла - натрие­вые и калиевые соли высших карбоновых кислот. Натриевые соли образуют твердое мыло, калиевые соли – жидкое.

Все жиры, используемые, в промышленности являются при­родными, синтетическим способом их не получают, это слишком дорого. Поэтому основной источник жиров до сих пор - это расти­тельные и животные организмы

О

∕∕

СН₂ – О – С – R₁

O СН₂ – ОН

∕∕ |

СН – О – С – R₂ + 3H₂O → CH – OH + R₁COOH + R₂COOH + R₃COOH

|

O CH₂ – OH

∕∕

CH₂ – O – C – R₃

В завершении урока рассматриваете р е ш е н и е з а д а ч и № 11:

1) Определение простейшей формулы вещества CxHyOz проводим по формуле: v = т/М

v(C) = 48,649/12 = 4,054; v(H) = 8,108/1 = 8,108;

v(O) = 43,243/16 = 2,703.

х : y : z= 4,054 : 8,108 : 2,703 =1,5 : 3 : 1 = 3 : 6 : 2

С₃Н₆О₂ - простейшая формула.

Такой состав имеют 2 эфира:

О О

∕∕ ∕∕

H – С СH₃ – С

\ \

O– С₂Н₅ O – СH₃

этилформиат метилацетат

Текст задания 3:

Задача. Определите молекулярную формулу углеводорода, в котором массовая доля углерода составляет 0,8 относительная плотность углерода по водороду равна 15.

Решение:

С : Н

80 20

6,66 : 20

1 : 3

Ответ:С₂Н₆