Методическое пособие для подготовки учащихся 11-х классов для успешной сдачи экзамена по химии

Методическое пособие для подготовки учащихся 11-х классов для успешной сдачи экзамена по химии

Одним из распространенных видов заданий по органической химии являются те, в которых требуется осуществить превращения по предлагаемой схеме. При этом в одних случаях необходимо указать конкретные реагенты и условия протекания реакций, приводящих к веществам, составляющим цепочку превращений. В других наоборот, необходимо определить, какие вещества образуются при действии указанных реагентов на исходные соединения.

Обычно в подобных случаях не требуется указания тонких технических деталей синтеза, точной концентрации реагентов, конкретных растворителей, методов очистки и выделения и т.д. однако обязательно следует указывать примерные условия проведения реакций.

Чаще всего сущность задания заключается в последовательном решении следующих задач:

построение (удлинение или укорачивание) углеродного скелета;

введение функциональных групп в алифатические и ароматические соединения;

замещение одной функциональной группы на другую;

удаление функциональных групп;

изменение природы функциональных групп.

Последовательность операций может быть различной, в зависимости от строения и природы исходных и получаемых соединений.

Представьте факты и их взаимосвязи в наглядном виде. Запишите, по возможности наиболее подробно, суть задачи в виде схемы.

Посмотрите на проблему как можно шире, примите во внимание даже варианты решения, которые кажутся немыслимыми. В конце концов, именно они могут оказаться правильными и привести Вас к верному решению.

Используйте метод проб и ошибок. Если имеется ограниченный набор возможностей, перепробуйте их все.

Задача 6.1.

С помощью каких реакций можно осуществить превращения по схеме:

СН₄ → СН₃Br → С₂Н₆ → С₂Н₅Cl → С₂Н₅ОН →

→ СН₃ СОН → СН₃СООН → СН₃СООС₂Н₅

Решение.

1. Для введения атома галогена в молекулу углеводорода можно воспользоваться реакцией радикального хлорирования:

_hv

СН₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr

2. Один из вариантов, приводящих от галогенпроизводного к предельному углеводороду с большим числом углеродных атомов, реакция с металлическим натрием (реакия Вюрца):

2 CH₃Br + 2 Na → H₃C – CH₃ + 2 NaBr

свет

3. C₂H₆ + Br₂ → CH₃CH₂Br + HBr

Для превращения галогенпроизводного в спирт необходимо заменить атом галогена в молекуле на гидроксильную группу, что можно сделать, осуществив реакцию нуклеофильного замещения (гидролиз в щелочной среде):

H₂O

С₂Н₅Cl + KOH → C₂H₅OH + KCl

5. Для того чтобы превратить спирт в альдегид (см. свойства спиртов или получение карбонильных соединений), нужно увеличить степень окисления атома углерода при функциональной группе, т.е. подействовать мягким (не разрушающих молекулу) окислителем:

_t

C₂H₅OH + CuO → CH₃ – CHO + Cu + H₂O

6. Дальнейшее окисление (см. свойства карбонильных соединений или способы получения карбоновых кислот) приведет к преобразованию альдегидной группы в карбоксильную:

_t

CH₃ – CHO +2Cu(OН)₂ → CH₃ – COOH + Cu₂O+2H₂O

7. Реакции карбоновых кислот со спиртами приводят к образованию сложных эфиров:

H⁺

CH₃ – COOH + HO – CH₂ – CH₃ → CH₃ – COO – CH₂ – CH₃ + H₂O

Задача 6.2.

С помощью каких реакций можно осуществить превращения по схеме:

СН₃СООNa→CH₃ – CH₃→CH₂=CH₂→CH₂Br–CH₂Br → CH≡CH→KOOC – COOK

Решение.

Для получения этана из ацетата натрия воспользуемся синтезом Кольбе: электролизом водного раствора соли карбоновой кислоты (см. способы получения алканов): эл-з

2СН₃СООNa + 2Н₂О → CH₃ – CH₃+Н₂ +2NaHCO₃

Для превращения этана в этен осуществим реакцию дегидрирования:

_t,Ni

CH₃ – CH₃ → CH₂=CH₂ + Н₂

Для получения дигалогеналкана из алкена воспользуемся реакцией бромирования:

CH₂=CH₂ +Br₂→CH₂Br–CH₂Br

Для получения этина из дибромэтана необходимо осуществить реакцию дегидрогалогенирования, для этого используют спиртовый раствор КОН:

_t

CH₂Br–CH₂Br +2 КОН_{спирт. р-р}→CH≡CH +2 КВr +2Н₂О

Этин обесцвечивает водный раствор KMnO₄:

3CH≡CH +8KMnO₄→3KOOC – COOK +8MnO₂ +2КОН +2Н₂О

Введение в молекулу четырех атомов кислорода соответствует потере 8 электронов, поэтому перед MnO₂cтавим коэффициент 8. Mn меняет степень окисления от +7 до +4, что соответствует приобретению 3- х электронов, поэтому перед органическим веществом ставим коэффициент 3.

Обратите внимание на уравнения реакций 1 и 5: синтез Кольбе и окисление алкинов водным раствором перманганата калия.

Примечание:

В кислой среде перманганат-ион восстанавливается до Mn²⁺, а этин окисляется до щавелевой кислоты:

5CH≡CH +8KMnO₄ +12H₂SO₄ →5HOOC – COOH +8MnSO₄ +4К₂SO₄ +12Н₂О

Задачи для самостоятельного решения

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

С₆Н₁₂О₆→С₂Н₅ОН→CH₃ – CHO→CH₃ – COOH→ClCH₂ – COOH→

→Н₂N–CH₂ – COOH

Br₂, свет КОН, спирт НBr Na

СН₃ – СН₂ – СН(СН₃) – СН₃ Х₁ Х₂ Х₁ Х₃→

→ СО₂

Cu(OH)₂ +Cl₂,hν NaOHсп. CH₃OH,H⁺ полимеризация

СН₃ – СН₂ – СОН Х₁ Х₂ Х₃ Х₄ X₅

H₂SO₄, 200 °C кат., t° [Ag(NH₃)₂]OH HCl KMnO₄, H₂O

этанол Х₁ Х₂ Ag₂C₂ Х₂ X₃

H₂O, КОН., t° 1200 °С кат. Изб. Br₂

пропилацетат Х₁ СН₄ Х₂ винилацетилен X₃

Электролиз +Cl₂, свет +NaOH,H₂O H₂SO₄ (конц.), t<140°C

CH₃COOH Х₁ С₂Н₆ X₂ Х₃ Х₄

C, 400 °С Cl₂,кат. CO₂ + H₂O Br₂ + H₂O

C₂H₂ Х₁ Х₂ C₆H₅OK X₃ X₄

этан→бромэтан→этилен→этиленгликоль→щавелевая кислота→оксалат калия

7. Решение задач на вывод формул органических соединений

Задача 7.1. Установите молекулярную формулу монохлоралкана, содержащего 38,38% хлора.

Решение:

Общая формула алканов C_nH_2n+2, общая формула монохлоралканов C_nH_2n+1Cl

Cоставим выражение для расчета массовой доли хлора:

М(Cl) 35,5

ω( Сl) =-------------------=-------------=0,3838 , откуда n=4

М(C_nH_2n+1Cl) 14n+36,5

Формула монохлоралкана С₄Н₉Сl

‌ ‌ Задача 7.2. Установите молекулярную формулу алкена и продукта взаимодействия его с 1 моль бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4,24. Укажите название исходного алкена и одного его изомера.

Решение:

Общая формула монобромлканов C_nH_2n+1Br. Молярная масса монобромлкана М= 12n+2n+1+80=14n+81

Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙4,24=123г/моль

Из выражения 14n+81=123n=3

Формула бромалкана С₃Н₇Br, исходного алкана С₃Н₆ – пропен. Изомер – циклопропан.

Задача 7.3. Установите молекулярную формулу алкена, гидратацией которого получается спирт, пары которого в 2,07 раза тяжелее воздуха.

Решение:

Общая формула спиртов C_nH_2n+1ОН. Молярная масса спирта М= 12n+2n+1+16+1=14n+18

Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙2,07=60г/моль

14n+18=60n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 7.4. Установите молекулярную формулу алкена, если одно и то же количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, 5,23 г хлорпроизводного или 8,2 г бромпроизводного.

Решение:

Уравнения реакций:

C_nH_2n + Н Сl = C_nH_2n+1Cl

C_nH_2n + Н Br = C_nH_2n+1Br

Так как количество вещества алкена одно и то же в обеих реакциях, то количества веществ галогеналканов равны:

n(C_nH_2n+1Cl) = n(C_nH_2n+1Br)

3. Из выражения 5,23/14n+36,5=8,2/14n+81n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 7.5. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н.у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Решение:

Находим количество вещества алкена:

n(C_nH_2n) = 1,012/22,4 = 0,045 моль

По уравнению реакции

C_nH_2n +Сl₂ = C_nH_2nCl₂

n(C_nH_2nCl₂)=n(C_nH_2n) =0,045 моль

М(C_nH_2nCl₂)=m/n=5,09/0,045=113г/моль

12n +2n+71=113n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 7.6. При взаимодействии 22 г предельной одноосновной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Решение:

Составим уравнение реакции и вычислим количество вещества газа:

C_nH_2n+1СООН+NаНСО₃ = C_nH_2n+1СООNа +Н₂О + СО₂

n(CО₂) =5,6/22,4=0,25 моль

По уравнению реакции n (C_nH_2n+1СООН)=n(CО₂)=0,25 моль

Находим молярную массу кислоты:

М(C_nH_2n+1СООН)=22/0,25=88г/моль

3. Из выражения 12n+2n+1+12+16+16+1=88n=3

Молекулярная формула кислоты C₃H₇СООН

Задача 7.7. Сложный эфир массой 30 г подвергли щелочному гидролизу. При этом получено 34 г натриевой соли предельной одноосновной кислоты и 16 г спирта. Установите формулу сложного эфира.

Решение:

Уравнение реакции гидролиза эфира в общем виде:

RCOOR₁+NaOH = RCOONa +R₁OH

Находим массу и количество вещества гидроксида натрия:

m(NaOH)=(34+16) – 30 = 20 г n(NaOH)=20/40=0,5 моль

2. Из уравнения реакции видно, что n(RCOOR₁)=n(NaOH)=0,5 моль

М(RCOOR₁)=30/0,5=60г/моль

Определяем молярные массы радикалов:

М(R + R₁) = 60 – 12 – 32 =16г/моль, следовательно, радикалами могут быть только атом Н и метил СН₃.

Формула эфира НСООСН₃

Задача 7. 8. При сгорании 9 г первичного амина выделилось 2,24 л азота (н.у.). Определите молекулярную формулу амина и назовите его.

Решение:

Стехиометрическая схема реакции горения амина:

2RNH₂ →N₂

Определяем количество вещества амина и его молярную массу:

n(RNH₂)=1/2n(N₂)=2,24/22,4*2=0,05моль

М(RNH₂)=9/0,05=45г/моль

Находим молярную массу радикала:

М(R)+14+2=45 М(R)=29г/моль

Формула амина С₂Н₅NH₂

Задача7.9.Установите молекулярную формулу предельного двухатомного спирта, содержащего 57,69% углерода.

Решение:

Общая формула предельного двухатомного спирта C_nH_2n(OH)₂

ω(С)=12n/12n+2n+34=0,5769 n=5 C₅H₁₀(OH)₂

Задача 7.10. При сгорании органического бескислородного соединения выделилось 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 3,6 г воды и 2 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу органического соединения.

Решение:

n(CO₂) =4,48/22,4=0,2

n(H₂O) =3,6/18=0,2

n(HF) =2/20=0,1

n(C):n(H):n(F)=0,2:(0,1+0,2*2):0,1=2:5:1

C₂H₅F

Задачи для самостоятельного решения

При полном сгорании 3,9 г углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров вещества 3,482г/л. Выведите молекулярную формулу.

При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкана. Запишите структурные формулы названия возможных изомеров.

При полном сгорании 4,4 г алкана образовалось 6,72 л углекислого газа. Выведите молекулярную формулу алкана.

Установите молекулярную формулу предельного двухатомного спирта, содержащего 30,77% кислорода.

Установите молекулярную формулу предельного двухатомного спирта, содержащего 11,54% водорода.

Установите молекулярную формулу предельной одноосновной карбоновой кислоты, содержащей 36,36% кислорода.

При сгорании органического бескислородного соединения выделилось 6,72 л (н.у.) углекислого газа, 5,1 г воды и 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу органического соединения.

Список источников и литературы

1. Ахлебинин А.К., Нифантьев Э.Е., Анфилов К.Л. Органическая химия. Решение качественных задач. – М.: Айрис-пресс, 2006

2. Габриелян О.С. Химия: пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2006

3. Слета Л.А. Химия: Справочник. – Харьков: Фолио; М.: ООО «Издательство АСТ», 2000

4.http://www1.ege.edu.ru/

5.http://www.it-n.ru (сообщества «Химоза» и «Подготовка к ЕГЭ по химии»)

6.http://kontren.narod.rи

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/201137-metodicheskoe-posobie-dlja-podgotovki-uchasch