Абитуриенту
Виртуальный репетитор
Задачи по органической химии
9. Задачи для Шерлока Холмса
Часто встречаются задачи, в которых предъявляется требование определить какое-либо вещество на основе расчетов и анализа данных о его свойствах. Многие относят эти задачи к числу неприятных, хотя, конечно, никакой особенной трудности в них нет - просто надо уверенно ориентироваться в свойствах веществ и, самое главное, очень внимательно изучить условия задачи.В некоторых случаях процесс решения таких задач напоминает работу следователя. Значит, выполняя такие упражнения, исподволь приучаешься к аккуратности и собранности. А таких областей человеческой деятельности, где бы эти качества не пригодились, просто не существует.
Задача. При окислении 10,8 г органического вещества аммиачным раствором оксида серебра выделилось 32,4 г серебра. Вычислите молярную массу продукта окисления и изобразите графические формулы всех возможных его изомеров.
Решение. Чтобы решить эту задачу, надо по крайней мере знать, какие вещества окисляются под действием аммиачного раствора оксида серебра и что при этом получается. Здесь идет речь о реакции "серебряного зеркала" - качественной реакции на альдегиды. Вне зависимости от природы алкильного радикала R, входящего в молекулу альдегида, окисление 1 моль альдегида дает 2 моль серебра:
RCHO + Ag2O => RCOOH + 2Ag↓
1 моль Ag2O -- 2 моль Agn(RCHO) = ?
n(Ag) = ?
m(Ag) / M(Ag) = ?
32,4 г : 108 г/моль= 0,15 моль
M(RCHO) = m(RCHO) / n(RCHO) = 10,8 г : 0,15 моль = 72 г/моль
M(R) = M(RCHO) - M(CHO) = 72 г/моль - (12 + 16 + 1) г/моль = 43 г/моль
Этому значению M(R) отвечает алкильный радикал C3H7.
Ответ. Следовательно, формула алкильного радикала R - C3H7, а искомые вещества - масляная и изомасляная кислоты:CH3 - CH2 - CH2 - COOH и
CH3 - C(CH2)H2 - COOH
Алгоритм решения задач, в которых требуется установить формулу вещества, таков:
Задача. При дегидратации одноатомного спирта получили углеводород этиленового ряда, 14 г которого способны реагировать с 40 г брома. Определите этот спирт.
Решение. Попробуем применить приведенный выше алгоритм к данной задаче, а именно:
CnH2nOH => CnH2n + H2O
14 г CnH2n+1OH -- 40 г CnH2nCnH2n + Br2 => CnH2nBr2
1 моль CnH2n -- 1 моль CnH2nBr2n(CnH2n) = n(Br2) = m(Br2) / M(Br2) = 40 г : 160 г/моль = 0,025 моль
M(CnH2n) = m(CnH2n) / n(CnH2n) = 14 г : 0,025 моль = 56 г/моль
14 n = 56 ; n = 4
Следовательно, исходный спирт - это C4H9OH, бутанол.
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - OH (бутанол-1)
CH3 - CH(OH) - CH2 - CH3 (бутанол-2)
Можно было бы записать еще формулы:
CH3 - CH(CH3)2 - CH2 - OH и
CH3 - CH(OH)(CH3) - CH3
Но при дегидратации этих изомеров углеводороды этиленового ряда не образуются.
К великому сожалению, не все задачи этого типа можно решить с помощью предложенного алгоритма. Вот задача, которая решается совершенно по-другому.
Задача. Ароматический углеводород состава C8H10 при окислении превращается в кислоту. Если эта кислота массой 16,6 г прореагирует с кальцием, выделится 2,24 л водорода. Определите строение ароматического углеводорода.
Решение. Состав данного в задаче углеводорода позволяет предположить, что это гомолог бензола.
В этом случае он может иметь либо структуру этилбензола C6H5C2H5, либо структуру диметилбензола C6H4(CH3)2. В первом случае при окислении образуется одноосновная кислота:
C6H5-C2H5 >= (+[O])=> C6H5-COOH + CO2↑ + H2O
а во втором случае - двухосновная (дикарбоновая):
C6H4(CH3)2 >=(+[O])=> HOOC-C6H4-COOH + H2O
Данные кислоты - не изомеры и имеют разную молярную массу: у одноосновной кислоты она составляет 136, а у двухосновной - 166 г/моль. При взаимодействии 1 моль первой кислоты с кальцием выделяется 0,5 моль водорода (у C6H5CH2COOH один подвижный атом водорода), а второй - 1 моль водорода.
Если провести расчет по уравнению реакции (сделайте это самостоятельно), то получается, что для образования 2,24 л водорода (0,1 моль) требуется 27,2 г первой кислоты или 16,6 второй.
Вывод совершенно однозначен: в задаче идет речь о двухосновной кислоте, значит, исходный углеводород - диметилбензол C6H4(CH3)2, для которого можно написать три формулы, соответствующие орто-, мета- и пара-изомерам.
10."Штрихи к портрету"
Довольно часто в задаче предлагают вывести формулу вещества, указав лишь какое-то его свойство - как бы отыскать "злоумышленника" по оставленным им "отпечаткам". Но поскольку мы занимаемся органической химией, обратим особое внимание на идентификацию органических веществ. Как правило, для решения такой задачи необходимо определить, к какому классу органических соединений относится анализируемое вещество.Значит, в задаче идет речь о признаке, характерном для данной группы веществ. Например, читая фразу: "...превращается в вещество B, дающее реакцию "серебряного зеркала", мы понимаем, что вещество B - альдегид и содержит функциональную группу - CH(O).
Таким образом, напрашивается вывод: для решения подобных задач требуется знание характерных свойств, присущих тем или иным классам органических веществ.
Здесь вы оказываетесь в сложном положении: на экзамене возможности пользоваться справочной литературой нет, а резервы памяти не безграничны. Однако число обыгрываемых в задачах характерных признаков не так уж велико, и их можно свести в таблицу, которая должна помочь вам при подготовке к экзамену.
А теперь попробуйте применить составленную "шпаргалку" для решения следующих задач:
10.1. Как, используя лишь один реактив, обнаружить следующие вещества: а) формалин, б) глюкозу, в) глицерин?
10.2. Как, используя лишь один реактив, отличить уксусную кислоту от соляной?
10.3. Предложите план распознавания следующих веществ, оказавшихся в сосудах без этикеток: а) глицерина, б) уксусной кислоты, в) олеиновой кислоты, г) муравьиной кислоты.
10.4. Как, используя лишь один реактив, отличить друг от друга следующие вещества: а) этиленгликоль, б) ацетальдегид, в) этанол?
10.5. В трех сосудах без этикеток находятся вещества: а) этиловый спирт, б) глицерин, в) водный раствор фенола. Какими характерными реакциями можно распознать каждое из них?
10.6. В склянках без этикеток находятся: а) глицерин, б) этиловый спирт, в) диметиловый эфир. Как распознать эти вещества, если разрешено использовать в качестве реактивов сульфат меди(II), металлический натрий, концентрированную серную кислоту?
10.7. В двух немаркированных пробирках находятся этиловый и метиловый спирты. Как отличить их друг от друга?
Решение задачи 10.7. Из условия задачи можно сделать вывод, что применение традиционных химических методов невозможно, так как не существует группового реактива на радикалы -CH3 и -C2H5. Ни к чему не приведет и сравнительная визуальная оценка: оба вещества - бесцветные прозрачные жидкости, хорошо растворимые в воде, да и пахнут они одинаково.
Тем не менее при всем их сходстве на организм человека они действуют неодинаково: Оба соединения - наркотики, но одно из них к тому же и сильный яд.
Если в вашем распоряжении имеются электроплитка и термометр, то задача по распознаванию этих веществ решается очень просто: метанол кипит при 64 °С, а этанол - при 78 °С.
Должно быть, внимательный ученик заметил, что, несмотря на все многообразие органических веществ, перечень способов их химического анализа довольно скуден. Это противоречие объясняется тем, что издавна для разделения, очистки и идентификации органических соединений применяют не столько химические, сколько физические методы.
Как температуры кипения, так и температуры плавления, плотность, показатель преломления - строго индивидуальные и легко определяемые параметры веществ. Кроме того, для расшифровки строения молекул неизвестных органических соединений широко применяют различные варианты спектроскопии, а для определения состава сложных многокомпонентных смесей - хроматографию.
11. "К сияющим вершинам!"
Спросите любого химика: что он считает вершиной химического искусства? Ответ будет один и тот же, в какой бы области ни работал ваш собеседник - органический синтез. Одни сравнивают органический синтез с шахматной комбинацией, другие - с хитроумной математической головоломкой, третьи считают уместным сопоставление с военной стратегией и тактикой, где в ходу и стремительные атаки, и отступления, и обходные маневры… Горек и солон хлеб химика-синтетика, но зато у него есть шанс испытать ни с чем не сравнимое чувство победы, добытой - в самом прямом смысле слова - собственными руками.Приступая к новой работе, синтетик намечает путь, по которому рассчитывает добраться до поставленной цели, т.е. решает задачу хорошо знакомого нам типа - цепочку превращений веществ. В органической химии это, по сути, схема многостадийного синтеза. Чтобы его осуществить, необходимо определить оптимальные условия для проведения реакции, подобрать реагенты и катализаторы, предусмотреть образование возможных промежуточных продуктов.
Вот примеры задач этого типа, где надо составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:
11.1. Метан => хлорметан => метанол => формальдегид
11.2. CH4 => ацетилен => CH3CH(O)
11.3. Ацетилен => уксусный альдегид => уксусная кислота => уксусный ангидрид
11.4. Этилацетат => уксусная кислота => ацетат кальция
11.5. Метан => … => бутадиеновый каучук
11.6. Карбонат кальция => … => диэтиловый эфир
11.7. Муравьиная кислота => ... => ... => формальдегид
11.8. Карбид алюминия => … => пара-нитробензойная кислота
11.9. Метан => … => сульфат бутиламмония
11.10. Ca => CaO => CaC2 => C2H2 => C2H4Cl2
11.11. Карбид кальция => ацетилен => ... => хлорэтан 1,2-дихлорэтан
11.12. Этилен => … => этиловый эфир муравьиной кислоты
11.13. Метан => … => бензол => … => анилин
11.14. C2H5OC2H5 => C2H5OH => C2H5ONa => ... => C2H5Cl
11.15. Ацетилен => ... => терефталевая кислота
11.16. Ca => CaO => CaC2 => C2H2 => C2H4(OH)2
11.17. Карбид кальция => ацетилен => ... => 1,2-дихлорэтан
Этот материал подготовила и любезно предоставила нам Соросовский учитель Валентина Анатольевна РУДНЕВА, преподаватель химии Московской гимназии №43 на Юго-Западе.
|| Содержание (все задачи виртуального репетитора) ||
|| Содержание (задачи по органической химии) ||
Предыдущие страницы >>>
Органическая химия. Задачи на дом:
|| ## 1--30 || ## 31--60 || ## 61--90
