конспект лекций по физхимии. Конспект лекций по дисциплине Химия тема 1 основые понятия и законы химии. Основные законы химии. Закон сохранение массы

• Название: Конспект лекций по дисциплине Химия тема 1 основые понятия и законы химии. Основные законы химии. Закон сохранение массы
• Дата: 12.08.2018
• Размер: 1.45 Mb.
• Имя файла: конспект лекций по физхимии.doc
• Тип: Конспект; #49105
• страница: 10 из 11

ТЕМА 15: ОДНООСНОВНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

Предельными одноосновными карбоновыми кислотами называют органические соединения, содержащие карбоксильную группу – СООН, связанную с углеводородным радикалом.

R – СООН – общая -формула одноосновных карбоновых кислот

Гомологический ряд одноосновных карбоновых кислот.

предельные углеводороды		карбоновые кислоты
СН4	метан	Н – СООН	муравьиная, метановая
С2Н6	этан	СН3 – СООН	уксусная, этановая
С3Н8	пропан	С2Н5 – СООН	пропионовая, пропановая
С4Н10	бутан	С3Н7 – СООН	масляная, бутановая
С5Н12	пентан	С4Н9 – СООН	валериановая, пентановая
С6Н14	гексан	С5Н11 – СООН	капроновая, гексановая

Физические свойства.

Молекулы карбоновых кислот подобно спиртам могут образовывать водородные связи друг с другом и с молекулами воды. С возрастанием молекулярной массы растворимость карбоновых кислот в воде падает.

Высшие кислоты в воде практически нерастворимы.

Кислоты с число атомов углерода в молекуле от 1 до 9 при комнатной температуре-жидкости с неприятным, раздражающим запахом. Высшие карбоновые кислоты запаха не имеют.

Химические свойства.

1. 
   Кислотные свойства:
   

а) диссоциация



б)с металлами

2СН₃СООН + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂

в) с основными оксидами

2СН₃СООН + MgO → (CH₃COO)₂Mg + H₂O

г) с основаниями

СН₃СООН + NaOH → CH₃COONa + H₂O

д) с солями

2СН₃СООН + CaCO₃ → (CH₃COO)₂Ca + H₂O + CO₂

2. 
   Реакция этерификации.
   

2. 
   Реакции по углеводородному радикалу.
   

СН₃ – СООН + Cl₂ → Cl – CH₂ – COOH + HCl

хлоруксусная кислота

Получение и применение уксусной кислоты.

1. 
   Окисление этанола.
   

С₂Н₅ОН + О₂ → СН₃СООН + H₂O

2. 
   Окисление ацеталъдегида.
   

3. Окисление бутана.

2С₄Н₁₀ + 5О₂ → 4СН₃СООН + 2H₂O

Основная часть получаемой уксусной кислоты используется для производства искусственных волокон и пластмасс на основе целлюлозы, для производства красителей, ядохимикатов.
ВЫСШИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

С₁₅Н₃₁СООН – пальмитиновая кислота

С₁₇Н₃₅СООН – стеариновая кислота

С₁₇Н₃₃СООН – олеиновая кислота

С₁₇Н₃₁СООН – линолевая кислота

Высшие карбоновые кислоты вступают в те же реакции, что и другие кислоты.

Соли высших карбоновых кислот называются мылами.

Мыла.

Мыла - соли высших карбоновых кислот.

1. Моющие мыла.

С₁₇Н₃₅СООNa – твердое мыло

С₁₇Н₃₅СООK –жидкое мыло

Мыла проявляют свойства солей, то есть реагируют с кислотами, щелочами и растворами других солей, а также подвергаются гидролизу.

2C₁₇H₃₅COONa + BaCl₂ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ba↓ + 2NaCl

2C₁₇H₃₅COO^- + 2Na⁺ + Ba²⁺ + 2Cl^- → (C₁₇H₃₅COO)₂Ba↓ + 2Na⁺ + 2Cl^-

2C₁₇H₃₅COO^- + Ba²⁺ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ba↓

C₁₇H₃₅COONa + H₂O → C₁₇H₃₅COOH↓ + NaOH

C₁₇H₃₅COO^- + Na⁺ + H₂O → C₁₇H₃₅COOH↓ + Na⁺ + OH^-

C₁₇H₃₅COO^- + H₂O → C₁₇H₃₅COOH↓ + OH^-
2. Немоющиемыла.

(C₁₇H₃₅COO)₂Сa, (C₁₇H₃₅COO)₃Al

Немоющие мыла используются для изготовления консистентных смазок (солидол) и для получения напалма.
СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ.

Производные карбоновых кислот, в которых атомы водорода карбоксильной группы замещены на углеводородные радикалы, называют сложными эфирами.

Общая формула сложных эфиров

Физические свойства.

Сложные эфиры низших карбоновых кислот представляют собой летучие жидкости, многие из которых обладают приятным фруктовым или цветочным запахом. Они практически нерастворимы в воде.

Получение сложных эфиров.

В основе получения сложных эфиров лежит реакция этерификации между карбоновой кислотой и спиртом. Реакция катализируется сильными кислотами.



Химические свойства.

1. 
   гидролиз
   

2. 
   горение
   

2CH₃ – CО – O – СH₃ + 7О₂ → 6СО₂ + 6 H₂O

уксуснометиловый эфир

ЖИРЫ

Жирами называют сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот.


1. Животные жиры.

Животные жиры обычно твердые вещества (исключение - рыбий жир). Животные жиры используются в пищу и для получения твердого мыл.

2. Растительные жиры (масла).

Растительные жиры обычно жидкие (исключение - пальмовое масло). Растительные жиры используются в пищу, для получения маргарина, для получения олифы.

Упражнение.

Составьте уравнения реакций по схеме:



Задача №1. При окислении 70 кг метанола получили 50 кг формальдегида. Определите выход формальдегида в %от теоретически возможного.

Задача №2. При взаимодействии 50 г раствора уксусной кислоты с карбонатом магния образовалось 3,6 л углекислого газа. Определите процентную концентрацию исходного раствора кислоты.

Задача №3. При гидратации этилена получили 115 кг этанола, что составляет 70 %от теоретически возможного выхода. Вычислить объем этилена, введенного в реакцию.

Самостоятельная работа на тему

«КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ»

Вариант 1.

1. Составьте уравнения реакций по схеме:

2. 
   Из 20 кг технического карбида кальция получили 5,6 м³ ацетилена. Определите %содержание СаС₂ в карбиде кальция.
   
3. 
   При гидратации этилена получили 28 г этанола, что составляет 80 %от теоретически возможного выхода. Какой объем этилена ввели в реакцию гидратации?
   

Вариант 2.

1. Составьте уравнения реакций по схеме:

2. 
   Из 40 г раствора этилового спирта получили 11,2 л этилена. Определите %содержание С₂Н₅ОН в растворе.
   
3. 
   При гидратации ацетилена получили 16,5 г уксусного альдегида, что составляет 70 %от теоретически возможного выхода. Какой объем ацетилена ввели в реакцию гидратации?
   

Вариант 3.

1. Составьте уравнения реакций по схеме:

2. 
   В реакцию «серебряного зеркала» ввели 3 г раствора формальдегида. При этом выделилось 1,08 г серебра. Определите %содержание альдегида в растворе.
   
3. 
   При окислении метанола получили 22,5 кг формальдегида, что составляет 60 %от теоретически возможного выхода. Определите массу метанола, введенного в реакцию.
   

Вариант 4.

1. Составьте уравнения реакций по схеме:

2. 
   К 50 г раствора фенола добавили раствор гидроксида натрия. При этом получили 5,8 г фенолята натрия. Определите %содержание фенола в исходном растворе.
   
3. 
   При окислении этанола получили 135 г уксусной кислоты, что составляет 90 %от теоретически возможного выхода. Определите массу этанола, введенного в реакцию.
   

Вариант 5.

1. Составьте уравнения реакций по схеме:

2. 
   При взаимодействии 75 г раствора уксусной кислоты с магнием выделилось 2,8 л водорода. Определите % концентрацию исходного раствора кислоты.
   
3. 
   При сбраживании глюкозы получили 41,4 кг этанола, что составляет 30 % от теоретически возможного выхода. Вычислите массу глюкозы, использованную для получения этанола.
   

Вариант 6.

1. Составьте уравнения реакций по схеме:

2. 
   Из 120 м³ природного газа получили 150 кг формальдегида. Определите % содержание метана в природном газе.
   
3. 
   При окислении Сутана получили 168 кг уксусной кислоты, что составляет 70 %от теоретически возможного выхода. Определите объем бутана, введенного в реакцию.
   

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ

«КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА».

Вариант 1.

1. 
   Составьте формулы по названиям:
   

а) пропандиол-1,3

б) 2-метилбутанол-2

в) 3-этилпентанол-2

2. Составьте уравнения реакций по схеме:



3. Составьте уравнения реакций:

а) «серебряного зеркала» для уксусного альдегида,

б) нитрования глицерина,

в) взаимодействия метанола и пропионовой кислоты
Вариант 2.

1. Составьте формулы по названиям:

а) 2-метилпропанол-2

б) 2,3-диметилпентанол-3

в) 3-метилбутаналь

2. Составьте уравнения реакций по схеме:

С₂Н₆ → С₂Н₄ → С₂Н₅ОН → С₂Н₅Cl → С₂Н₅OH → СН₃COOH

3.Составьте уравнение реакции:

а) получения диэтилового эфира из этанола,

б) нитрования фенола,

в) качественной реакции на глицерин.
Вариант 3.

1. Составите формулы по названиям:

а) 2,4,4-триметилпентанол-2

б)гександиол-2, 4

в) 4-метилпентаналь

2. Составьте уравнения реакций по схеме:



3. Составьте уравнение реакции:

а) получения фенола из хлорбензола,

б) взаимодействия уксусной кислоты и метанола,

в) взаимодействия этиленгликоля и натрия.
Вариант 4.

1. Составьте формулы по названиям:

а) 2-метилпропандиол-1,3

б) 2,2-диметилбутанол-1

в) бутандиол-1,4

2. Составьте уравнение реакций по схеме:



3. Составьте уравнение реакции:

а) получения пропилового эфира уксусной кислоты,

б) бромирования фенола,

в) «серебряного зеркала» для формальдегида.
ТЕМА 17: УГЛЕВОДЫ.

1. 
   Моносахариды (глюкоза, фруктоза) - гидролизу не подвергаются.
   

1. 
   Дисахарида (сахароза, лактоза) – при гидролизе образуют две молекулы моносахаридов.
   
2. 
   Полисахарида (крахмал, целлюлоза) – при гидролизе образуют много молекул моносахаридов.
   

ГЛЮКОЗА

1. Физические свойства.

Твердое, белое _f кристаллическое вещество, вкус сладкий, растворима в воде.
2. Строение молекулы.



Глюкоза - альдегидоспирт.



3. Химические свойства.

3.1 Глюкоза как многоатомный спирт реагирует без нагревания с гидроксидом меди, при этом образуется темно-синий раствор глюконата меди.

3.2 Реакции по альдегидной группе.

а) реакция «серебряного зеркала»



б) с гидроксидом меди

3. 
   Брожение глюкозы.
   

а) спиртовое

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂↑

б)молочнокислое



в) маслянокислое

С₆Н₁₂О₆ → С₃Н₇СООН + 2СО₂↑ + 2Н₂↑

3.4 Полное окисление глюкозы.

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 2СО₂ + 6Н₂О
4. Получение и применение глюкозы.

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О → nС₆Н₁₂О₆

крахмал

Глюкоза используется в медицине, для получения этанола, при изготовлении зеркал.
ФРУКТОЗА.

Фруктоза является изомером глюкозы.



Фруктоза - кетоноспирт. Вместе с глюкозой входит в состав меда, имеет более сладкий вкус, чем глюкоза.

Задача. Сколько литров раствора этанола (плотность 0,79) с массовой долей С₂Н₅OH 95 %получится при спиртовом брожении 36 кг глюкозы?
САХАРОЗА.

Физические свойства.

Сахароза - твердое, белое, кристаллическое вещество, растворима в воде, вкус сладкий.

Сахароза в природе.

Сахароза входит в состав сока многих растении. Например, в соке сахарного тростника ее 14-16 %, а в соке сахарной свеклы 16-21 %.

Химические свойства.

1. Гидролиз.

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

глюкоза фруктоза

2. 
   Сахароза как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди, при этом образуется: ярко-синий раствор сахарата меди.
   
3. 
   Сахароза реагирует с гидооксидом калция. Это свойство лежит в основе получения сахара их свеклы и его дальнейшей очистки.
   

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 2СА(ОН)₂ → С₁₂Н₂₂О₁₁ · 2СаО + Н₂О

сахарат кальция

С₁₂Н₂₂О₁₁ · 2СаО + 2СО₂ → С₁₂Н₂₂О₁₁ + 2 СаСО₃↓

Применение сахарозы.

Сахароза используется в кондитерском производстве и для получения, этилового спирта.

Задача. Сколько тонн сахарной свеклы с массовой долей сахарозы 20 %будет подвергнуто гидролизу для получения глюкозы массой 1т?
КРАХМАЛ.

Крахмал - природный полимер, макромолекулы которого состоит из остатков α-глюкозы и имеют в основном разветвленное строение.

Физические свойства.

Крахмал - твердое, белое, аморфное вещество без вкуса и запаха. Крахмал нерастворим в холодной воде, в горячей воле образует коллоидный раствор (клейстер).

Крахмал в природе.

Крахмал является одним из продуктов фотосинтеза и поэтому широко распространена в природе. Зерна риса содержат до 86 %крахмала, пшеницы до 75 %, кукурузы - до 72 %. Вклубнях картофеля содержание крахмала достигает 24 %.

Химические свойства.

1. Гидролиз

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О nС₆Н₁₂О₆

2. Качественная реакция на крахмал.

Реактивом на крахмал является раствор йода. Результат реакции - синее окрашивание.

Применение крахмала.

Крахмал является одним из важнейших компонентов пищи. Значительное количество крахмала перерабатывается на патоку, глюкозу, пищевой спирт, молочную кислоту. Крахмал используют в текстильной промышленности дляотделки тканей.

Задача. Какую массу кукурузных зерен надо взять для получения спирта массой 115 кг, с массовой долей C₂H₅OH 96 %, если массовая доля крахмала в кукурузных зернах составляет 70 %?
ЦЕЛЛЮЛОЗА (КЛЕТЧАТКА).

Целлюлоза - природный полимер, макромолекулы которого состоят из остатков /3 -глюкозы и имеют линейное строение.

Физические свойства.

Целлюлоза - твердое, белое, аморфное вещество без вкуса и запаха. Она нерастворима в воде и органических растворителях, но растворима в аммиачном растворе сульфата меди.

Химические свойства.

1. Гидролиз

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О nС₆Н₁₂О₆

2. Образование сложных эфиров.

[С₆Н₇О₂(OH)₃]_n + 3nНNО₃ [С₆Н₇О₂(ONO₂)₃]_n + 3nН₂О

тринитрат целлюлозы

[С₆Н₇О₂(OH)₃]_n + 3nСН₃СООН → [С₆Н₇О₂(OСОСН₃)₃]_n + 3nН₂О

триацетат целлюлозы

Целлюлоза в природе.

Целлюлоза является основной частью стенок растений, Относительно чистой целлюлозой являются волокна хлопчатника. Древесина содержит от 40 до 50 %целлюлозы.

Применение целлюлозы.

Из целлюлозы изготавливают искусственные волокна, полимерные пленки, пластмассы, бездымный порох, бумагу.

Образование крахмала и клетчатки в зеленых растениях.

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

nС₆Н₁₂О₆ → (С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О