Лабораторный практикум. Издательство бгту

• Название: Издательство бгту
• Дата: 30.04.2022
• Размер: 1.46 Mb.
• Имя файла: Лабораторный практикум .doc
• Тип: Практикум; #505408
• страница: 8 из 12

Строение карбоксильной группы. Одноосновные предельные кислоты. Изомерия и номенклатура. Способы получения. Физические и химические свойства. Индуктивный эффект. Функциональные производные карбоновых кислот: галогенангидриды, ангидриды, сложные эфиры, амиды, гидропероксиды и пероксиды. Высшие жирные кислоты (ВЖК). Мыла. Одноосновные непредельные кислоты и их свойства. Двухосновные предельные и непредельные карбоновые кислоты.

Сложные эфиры. Получения и свойства. Реакция этерификации. Жиры. Олифа. Воски.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Муравьиная кислота НСООН — жидкость с резким запахом, t. кип. 100,8°С. Образует с водой азеотропную смесь, содержащую 77,5% кислоты и кипящую при 107°С. При попадании на кожу вызывает ожоги. Вдыхание ее паров вызывает сильное раздражение дыхательных путей.

В промышленности муравьиную кислоту получают из ее натриевой соли (формиата натрия), которая образуется при пропускании оксида углерода через раствор гидроксида натрия:
125–150°C, 0,5–1,0 MПа

СО + NaOH ————————→ НСООNa
Полученную соль действием серной кислоты переводят в свободную кислоту:
2НСООNa + H₂SO₄ ———→ Na₂SO₄ + 2HCOOH
Муравьиная кислота применяется (вместо уксусной кислоты) при крашении тканей, в кожевенном производстве, в консервном, спиртовом и пивоваренном производствах. Она применяется также в медицине, для приготовления катализаторов и в ряде синтезов.

Уксусная кислота СН₃СООН (безводная) при +16,6 °С застывает в кристаллическую массу, напоминающую кристаллы льда, поэтому такую кислоту называют ледяной. Она обладает характерным острым (уксусным) запахом, смешивается с водой в любом соотношении и кипит при нормальном давлении без разложения при 118,5°С. В промышленных маштабах ее получают рядом способов: 1) из ацетилена через уксусный альдегид; 2) при окислении предельных углеводородов; 3) при окислении спирта. В США уксусную кислоту получают главным образом окислением бутана.

Ледяная уксусная кислота является прекрасным растворителем для многих органических веществ. Водные растворы кислоты поступают в продажу под названием столового уксуса (3–5%-ный раствор) и уксусной эссенции (70–80%-ный раствор). Ледяная и концентрированная уксусная кислота вызывают ожоги на коже.

Уксусная кислота широко применяется при крашении и ситцепечатании, в кожевенном производстве, для получения сложных эфиров, используемых в лакокрасочной (растворители), пищевой (эссенции) и других отраслях промышленности.
Пропионовая кислота С₂Н₅СООН плавится при –22°С и кипит при 141°С. Ее получают преимущественно окислением пентана. Она находит применение в синтезе гербицидов, консервантов, полимерных материалов.
Высшие жирные кислоты. В природе в свободном состоянии и в составе жиров обнаружено несколько предельных жирных кислот. Низшие члены ряда (С₄–С₁₀) входят в состав липидов молока. Кислоты с промежуточной длиной цепи (С₈–С₁₄) содержатся в маслах некоторых семян. Наиболее распространены в природе пальмитиновая С₁₅Н₃₁СООН и стеариновая С₁₇Н₃₅СООН кислоты. В промышленности их получают гидролизом (омылением) жиров, а также каталитическим окислением парафинов. Соли этих кислот называют мылами.

Натриевые и калиевые мыла растворимы в воде и хорошо «мылятся». Соли магния, кальция, бария и некоторых других металлов очень плохо растворяются в воде; поэтому обычные мыла в жесткой воде, переходя в нерастворимое состояние, не «мылятся», не пенятся, становятся липкими.

Эфиры пальмитиновой кислоты составляют главную часть пчелиного воска.

Получаемая при омылении жиров смесь твердых жирных кислот, главным образом С₁₅Н₃₁СООН и С₁₇Н₃₅СООН, называется стеарином. Из стеарина с небольшой добавкой парафина изготовляют стеариновые свечи.

Из высших ненасыщенных кислот большое значение имеет олеиновая кислота С₁₇Н₃₃СООН, остаток которой, наряду с остатками пальмитиновой и стеариновой кислот, входит в состав жиров. Олеиновую кислоту получают омылением некоторых растительных масел. Это маслообразная жидкость без запаха и вкуса. Щелочные соли олеиновой кислоты — олеиновые мыла — применяются в технике, например для промывания шерсти и для других целей.
Щавелевая кислота НООС–СООН — простейший представитель предельных двухосновных кислот, содержится в виде солей во многих растениях, например в щавеле и кислице. В промышленности щавелевую кислоту получают окислением древесных опилок кислородом воздуха при нагревании их с расплавленным КОН или смесью КОН + NaOH, а также при быстром нагревании до 400 °С калиевой или натриевой соли муравьиной кислоты.

Щавелевая кислота применяется при полировке металлов, в деревообрабатывающей промышленности (отбелка орехового и красного дерева), при очистке урана, в качестве катализатора в процессах дегидратации, в реакциях поликонденсации (например, при получении фенолформальдегидных смол), в красильной и кожевенной промышленности и т.п.

1. 
   ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОДНООСНОВНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
   

Опыт 1. Растворимость предельных карбоновых кислот в различных растворителях
Реактивы и оборудование:

Карбоновые кислоты (муравьиная, уксусная, масляная и стеариновая), этиловый спирт, диэтиловый эфир; пробирки.
Порядок проведения опыта:

В четыре пробирки вносят по 0,5 мл муравьиной, уксусной, масляной и стеариновой кислот и добавляют по 2–3 мл дистиллированной воды. Содержимое пробирок тщательно перемешивают, если кислота не растворяется, пробирку нагревают. Отмечают, что растворимость карбоновых кислот в воде с увеличения молекулярной массы уменьшается. Плохо растворимые в воде высшие карбоновые кислоты хорошо растворяются в неполярных и слабополярных растворителях.

Опыт повторяют, но в качестве растворителя используют этиловый спирт и диэтиловый эфир. Результаты опытов отмечают в рабочей тетради.
Опыт 2. Сравнение силы карбоновых и минеральных кислот
Реактивы и оборудование:

0,1М растворы муравьиной, уксусной, масляной, стеариновой и соляной кислот, универсальная индикаторная бумага со шкалой рН.
Порядок проведения опыта:

На полоску индикаторной бумаги наносят по капле растворов органических и соляной кислот и по шкале определяют рН этих растворов. Результаты опыта записывают в рабочей тетради.
Опыт 3. Получение муравьиной кислоты
Реактивы и оборудование:

Хлороформ, 10%-ный раствор гидроксида натрия; обратные холодильники к пробиркам, пробирки.
Порядок проведения опыта:

В пробирку приливают 5–6 капель хлороформа, добавляют 2–3 мл 10% ного раствора гидроксида натрия и закрывают пробкой с обратным холодильником. Смесь осторожно при встряхивании нагревают на пламени спиртовки 3–4 мин (до кипения не доводить, так как хлороформ может испариться). В ходе реакции хлороформ гидролизуется в щелочной среде с образованием натриевой соли муравьиной кислоты.

Напишите уравнение реакции получения муравьиной кислоты гидролизом хлороформа в щелочной среде.
Опыт 4. Реакции окисления муравьиной кислоты
Реактивы и оборудование:

Муравьиная кислота (или формиат натрия), 10%-ный раствор гидроксида натрия, 5%-ный раствор аммиака, 1%-ный раствор нитрата серебра, 10%-ный раствор серной кислоты, 5%-ный раствор перманганата калия, известковая вода; водяные бани, пипетки, изогнутые газоотводные трубки, пробирки.
1. Окисление муравьиной кислоты аммиачным раствором гидроксида серебра (реакция «серебряного зеркала»)
Порядок проведения:

В молекуле муравь­иной кислоты есть карбонильная группа, поэтому эта кислота и ее соли, подобно альдегидам, легко вступают в реакции окисле­ния. Обнаружить муравьиную кислоту и ее соли в растворе можно при помощи реакций, характерных для альдегидов, в частности реакции «серебряного зеркала».

Для приготовления аммиачного раствора гидроксида серебра к 2–3 мл 1% ного раствора нитрата серебра добавляют 1–2 капли 10%-ного раствора гидроксида натрия. Образовавшийся осадок ок­сида серебра растворяют, добавляя по каплям 5%-ный раствор аммиака. К полученному прозрачному раствору приливают 0,5 мл формиата натрия, полученного в опыте 3 при щелочном гидролизе хлороформа. Пробирку с реакционной смесью нагревают на горячей водяной бане (70–80 °С). Через некоторое время наблю­дают выделение металлического серебра в виде зеркального нале­та на стенках пробирки или черного осадка.
Напишите уравнение реакции взаимодействия формиата на­трия с аммиачным раствором гидроксида серебра и подберите коэффициенты методом электронного баланса.
2. Окисление муравьиной кислоты перманганатом калия.
Порядок проведения:

В пробирку помещают 0,5 г муравьиной кислоты или ее соли, 1 мл 10%-ного раствора серной кислоты и 2 мл 5%-ного раствора перманганата калия. Пробирку закрывают пробкой с газоотвод­ной трубкой, конец которой помещают в пробирку с известковой водой. Реакционную смесь нагревают на пламени спиртовки. Через некоторое время розовая окраска раствора переходит в бурую, а затем раствор обесцвечивается. Известковая вода мутнеет вслед­ствие образования осадка карбоната натрия.
Напишите уравнения реакций и подберите коэффициенты.
Опыт 5. Получение уксусной кислоты (тяга)
Реактивы и оборудование:

Ацетат натрия, концентрированная серная кислота, синяя лакмусовая бумага, газоотводные трубки с оттянутым концом, пробирки.
Порядок проведения опыта:

В пробирку помещают 0,5 г ацетата натрия и добавляют 1–2 мл концентрированной серной кислоты. Пробирку закрывают газоотводной трубкой с оттянутым концом и осторожно нагревают реакционную смесь на пламени спиртовки.

Образующуюся уксусную кислоту обнаруживают по запаху (нюхать осторожно) и по изменению цвета влажной лакмусовой бумаги, поднесенной к концу газоотводной трубки.

Напишите уравнение реакции.
Опыт 6. Некоторые свойства уксусной кислоты и ее солей
Реактивы и оборудование:

Ледяная уксусная кислота, 10%-ный раствор уксусной кислоты, 10%-ный раствор карбоната натрия, металлический магний, оксид меди (II), этиловый спирт, концентрированная серная кислота, насыщенный раствор хлорида натрия; водяные бани, термометры, обратные холодильники к пробиркам, газоотводные трубки с оттянутым концом, пробирки.
1. Взаимодействие уксусной кислоты с карбонатом натрия
Порядок проведения:

К 1–2 мл 10%-ного карбоната натрия приливают 1 мл ледяной уксусной кислоты. Наблюдают выделение углекислого газа:
2СН₃–СООН + Na₂CO₃ → 2CH₃–COONa + H₂CO₃
H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O
Будет ли уксусная кислота взаимодействовать с растворами сульфата натрия и хлорида натрия?
2. Взаимодействие уксусной кислоты с магнием и оксидом меди (II)
Порядок проведения:

В пробирку наливают 2 мл уксусной кислоты и добавляют 0,1–0,2 г металлического магния. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой с оттянутым концом. Выделяющийся газ через некоторое время поджигают.
Напишите уравнение протекающей реакции.

В пробирку вносят 0,1–0,2 г оксида меди (II)и 2 мл уксусной кислоты, а затем ее осторожно нагревают на пламени горелки. Обращают внимание на изменение цвета раствора.
2CH₃–COOH + CuO → (CH₃–COOO)₂Cu + H₂O

ацетат меди (II)
3. Получение этилацетата
Порядок проведения:

В сухую пробирку наливают 2 мл этилового спирта, 2 мл ледяной уксусной кислоты и 1 каплю концентрированной серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником и нагревают на водяной бане 5–10 мин при температуре около 70°С.
H₂SO₄ (конц.)

CH₃–COOH + CH₃–CH₂–OH ↔ CH₃–CO–O–CH₂–CH₃ + H₂O
Раствор охлаждают. Для выделения этилацетата к содержимому пробирки приливают 3–4 мл насыщенного раствора хлорида натрия. Этилацетат в процессе высаливания всплывает, образуя слой бесцветной жидкости с приятным запахом.
Рассмотрите механизм реакции этерификации. В чем заключается роль серной кислоты? Почему при добавлении избытка концентрированной серной кислоты сложный эфир карбоновой кислоты не образуется?
Опыт 7. Получение высших жирных кислот и их свойства
Реактивы и оборудование:

Мыло (стружки), 1%-ный водный раствор мыла, спиртовой раствор мыла, 10%-ный раствор серной кислоты, 5%-ный раствор хлорида кальция, 5%-ный раствор сульфата меди (II), 5%-ный раствор гидроксида натрия, 10%-ная соляная кислота, 1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина, диэтиловый эфир; стаканы на 50 мл, пробирки.
1. Выделение высших жирных кислот из мыла

В стакане гото­вят 10–20 мл водного раствора мыла (1 г мыльной стружки на 8–10 мл дистиллированной воды). Большую его часть оставляют для проведения следующих опытов.

В пробирку наливают 2–3 мл полученного водного раствора мыла и добавляют 2–3 мл 10%-ного раствора серной кислоты. Раствор мутнеет вследствие выпадения нерастворимых в воде выс­ших жирных кислот:
С₁₇Н₃₅–COONa + H₂SO₄ → С₁₇Н₃₅–COOH↓ + NaHSO₄
Пробирку со смесью нагревают почти до кипения. Расплавившиеся жирные кислоты всплывают в виде слоя, который затвер­девает при охлаждении.
Какие высшие предельные кислоты входят в состав мыла?
2. Гидролиз мыла (натриевых солей высших жирных кислот)
В сухую пробирку наливают 1–2 мл спиртового раствора мыла и добавляют 1–2 капли 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина. Содержимое этой пробирки осторожно по стенке переливают в пробирку с дистиллированной водой. На границе раздела слоев воды и спиртового раствора мыла появляется кольцо малиново-розового цвета.
Объясните результаты опыта. Напишите уравнение гидролиза стеарата натрия.


3. Образование нерастворимых солей высших жирных кислот
Порядок проведения:

Для опыта используют водный раствор мыла, полученный в первой части опы­та. В три пробирки наливают по 1 мл водного раствора мыла, затем в первую пробирку вносят 1 мл 5%-ного раствора хлорида кальция, во вторую — 1 мл 5%-ного раствора сульфата меди (II).

В первой пробирке выпадает белый осадок нерастворимых в воде кальциевых солей высших жирных кислот (кальциевое мыло).
2С₁₇Н₃₅–COONa + СаСl₂ → (СН₃–COO)₂Ca↓ + NaCl

стеарат кальция
К осадку кальциевого мыла прибавляют 1 мл 10%-ного раство­ра соляной кислоты. При этом осадок растворяется, а высшие жирные кислоты постепенно всплывают над жидкой фазой.
(СН₃–СОО)₂Са + 2НСl → 2С₁₇Н₃₅–СООН + СаСl₂
Во второй пробирке выпадает голубовато-зеленый осадок медного мыла.
Напишите уравнение реакции взаимодействия стеарата натрия с сульфатом меди (II).
4. Кислотные свойства высших жирных кислот
Порядок проведения:

0,1 г стеарина растворяют в диэтиловом эфире (без нагревания) и добавляют несколько капель спиртового раствора фенолфталеина. По каплям приливают 5%-ный раствор гидроксида натрия. Появляющаяся малиновая окраска при встряхивании исчезает.Объясните, почему.

2. 
   НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
   

Опыт 8. Свойства олеиновой кислоты
Реактивы и оборудование:

Олеиновая кислота, 2%-ный раствор перманганата калия, 10%-ный раствор карбоната натрия, бромная вода (насыщенная), концентрированная азотная кислота, медные стружки или проволока; пробирки.
1. Взаимодействие олеиновой кислоты с бромной водой
Порядок проведения:

В пробирку наливают 1 мл бромной воды и 1 мл олеиновой кислоты. Смесь энергично перемешивают. Наблюдают обесцвечивание бромной воды. Почему?
Напишите уравнение реакции взаимодействия олеиновой кислоты с бромной водой. По какому механизму протекает эта реакция?
2. Окисление олеиновой кислоты перманганатом калия (реакция Вагнера)
Порядок проведения:

В пробирку вносят 1,5 мл 2%-ного раствора перманганата калия, 1,5 мл 10%-ного раствора карбоната натрия и 0,5 мл олеиновой кислоты. Полученную смесь энергично встряхивают. Что наблюдаете?
Напишите уравнение протекающей реакции.


3. Изомеризация олеиновой кислоты в элаидиновую (тяга)
Порядок проведения:

В пробирку помещают 1 мл олеиновой кислоты, немного медных стружек (или небольших кусочков медной проволоки) и 1,5 мл концентрированной азотной кислоты. Содержимое пробирки энергично встряхивают и оставляют в штативе под тягой. Наблюдают выделение оксидов азота бурого цвета, появляющихся в результате взаимодействия концентрированной азотной кислоты с медью. Оксиды азота являются катализаторами процесса изомеризации олеиновой кислоты в элаидиновую. Вспенившаяся масса олеиновой кислоты (цис-изомер) затвердевает вследствие образования твердой элаидиновой кислоты (транс-изомер).




Следует помнить, что затвердевание массы кислоты происходит не сразу, и поэтому пробирку оставляют в вытяжном шкафу на 1,5 ч.