Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ – органические соединения, содержащие карбоксильную группу:

Карбоксильная группа –СООН состоит из карбонильной группы С=О и гидроксильной группы −ОН. В группе С=О атом углерода несёт частичный положительный заряд и притягивает к себе неподелённую электронную пару атома кислорода в группе ОН. При этом электронная плотность на атоме кислорода уменьшается, и связь О−Н ослабевает. В свою очередь, группа ОН ²гасит² положительный заряд на группе С=О, которая из-за этого теряет способность к реакциям присоединения, характерным для карбонильных соединений.

 

Получение

1. Окисление альдегидов и первичных спиртов

2. Гидролиз галогензамещённых углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода

3. Из цианидов (нитрилов). Этот способ позволяет наращивать углеродную цепь

Метилцианид при нагревании легко гидролизуется с образованием ацетата аммония

При подкислении раствора выделяется кислота

 

4. Использование реакции Гриньяра по схеме

5. Гидролиз сложных эфиров

 

6. Гидролиз ангидридов кислот

 

7. Для отдельных кислот существуют специальные способы получения:

а) муравьиную кислоту получают при нагревании оксида углерода (II) с порошкообразным гидроксидом натрия под давлением с последующей обработкой формиата Na сильной кислотой

б) уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана кислородом воздуха

в) бензойную кислоту получают окислением алкилбензола

или из бензальдегида с помощью реакции Канниццаро

 

 

Химические свойства

Карбоновые кислоты более сильные кислоты, чем спирты, так как благодаря влиянию группы СО атом водорода в карбоксильной группе обладает большей подвижностью.

1. Монокарбоновые кислоты ведут себя как одноосновные кислоты. В водном растворе они диссоциируют

Тем не менее, карбоновые кислоты – это слабые кислоты.

 Заместители, присутствующие в молекуле карбоновой кислоты, сильно влияют на её кислотность из-за оказываемого ими индуктивного эффекта.

Хлор или фенильный радикал оттягивают на себя электронную плотность (вызывают отрицательный индуктивный эффект –I эф.). Это приводит к повышению кислотности.

 Алкильные группы обладают электронодонорными свойствами и создают положительный индуктивный эффект +I эф. Эти группы понижают кислотность. Дикарбоновые кислоты более сильные, чем карбоновые из-за взаимного влияния атомов в дикарбоновых кислотах.

 

2. Образование солей. Карбоновые кислоты обладают всеми свойствами обычных (минеральных) кислот:

а) карбоновые кислоты реагируют с активными металлами, основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот:

б) карбоновые кислоты – слабые кислоты, поэтому сильные минеральные кислоты вытесняют их из соответствующих солей:

в) соли карбоновых кислот в водных растворах гидролизованы

3. Образование функциональных производных карбоновых кислот:

а) хлорангидриды получают действием фосфора (V) на кислоты

 

б) ангидриды образуются из карбоновых кислот при действии водоотнимающих средств

в) сложные эфиры образуются при нагревании кислоты со спиртом в присутствии серной кислоты (обратимая реакция этерификации)

 

или при взаимодействии хлорангидридов кислот с алкоголятами щелочных металлов

 

г) амиды кислот образуются при взаимодействии хлорангидридов карбоновых кислот с аммиаком

 

 

или при нагревании аммонийных солей

 

д) при нагревании амидов в присутствии водоотнимающих средств образуются нитрилы

 

 

Функциональные производные низших кислот – летучие жидкости. Все они гидролизуются с образованием исходных кислот:

 

4. Ряд свойств карбоновых кислот обусловлен наличием у них углеводородного радикала:

а) при действии галогенов на кислоты в присутствии красного фосфора образуются галогензамещённые кислоты. На галоген замещается атом водорода при соседнем с карбоксильной группой атоме углерода (a-углеродном атоме):

 

б) непредельные карбоновые кислоты способны к реакциям присоединения

в) непредельные карбоновые кислоты могут вступать в реакции полимеризации

 

5. Окислительно-восстановительные реакции карбоновых кислот:

а) карбоновые кислоты при действии восстановителей в присутствии катализаторов способны превращаться в альдегиды, спирты и даже в углеводороды

б) насыщенные карбоновые кислоты устойчивы к действию концентрированных серной и азотной кислот. Исключение составляет муравьиная кислота.

Муравьиная кислота отличается рядом особенностей, т. к. в её составе есть альдегидная группа

Муравьиная кислота – сильный восстановитель и легко окисляется до СО₂. Она может вступать в реакцию ²серебряного зеркала²:

или

Муравьиная кислота окисляется хлором

в) в атмосфере кислорода карбоновые кислоты окисляются до СО₂ и Н₂О

 

6. Реакции декарбоксилирования:

а) насыщенные незамещённые монокарбоновые кислоты из-за большой прочности связи С − С при нагревании декарбоксилируются с трудом. Для этого необходимо сплавление солей щелочных металлов карбоновой кислоты со щёлочью

б) электронодонорные заместители в углеводородном радикале способствуют реакции декарбоксилирования

в) двухосновные карбоновые кислоты легко отщепляют СО₂ при нагревании

 

Примеры решения типовых задач

 

Пример № 1. Рассчитайте объём уксусной эссенции (плотность 1,07 г/см), которую надо разбавить водой для приготовления столового уксуса объёмом 500 мл (плотность 1,007 г/мл). Массовая доля уксусной кислоты в уксусной эссенции равна 80 %, а в уксусе – 6 %.

Решение.

1. Определяем массу раствора уксуса, который надо приготовить:

m₂ = V₂×r₂; m₂ = 500 × 1,007 = 503,5 г.

2. Вычисляем массу уксусной кислоты, которая содержится в уксусе:

m(СН₃СООН) =  = 30,21 г.

3. Рассчитываем массу уксусной эссенции, которая содержит уксусную кислоту массой 30,21 г:

m₁=  ; m₁ =  = 37,76 г.

4. Находим объём уксусной эссенции, которую надо разбавить для приготовления уксуса:

V₁ =

Ответ: 35,5 мл.

Пример № 2. На нейтрализацию предельной одноосновной кислоты массой 7,4 г затрачен раствор с массовой долей гидроксида калия 40 % объёмом

10 мл и плотностью 1,4 г/мл. Определите формулу кислоты.

 

Решение:

1. Вычисляем массу раствора гидроксида калия, затраченного на нейтрализацию кислоты:

m = V×r; m = 10 г × 1,4 г/мл = 14 г

2. Определяем массу гидроксида калия, содержащегося в растворе:

m(КОН) = ; m(КОН) =

3. Количество вещества КОН составляет:

n(КОН) = ; n(КОН) =  моль

4. Молярную массу кислоты А можно представить в следующем виде:

М(А) = (х + 1)М(С) + (2х + 1 + 1)М(Н) + 2М(О);

М(А) = [(х + 1)12 + (2х + 2) × 1 + 2 × 16] г/моль = (14х + 46) г/моль

5. Рассчитываем количество вещества кислоты, взятой для реакции:

n(А) = ; n(А) = ;

6. Составляем уравнение реакции нейтрализации кислоты:

С_хН_2х+1СООН + КОН ® С_хН_2х+1СООК + Н₂О

Из этого уравнения реакции следует, что n(КОН) = n(А), отсюда:

0,1 = ;

Решая это уравнение, находим, что х = 2.

Таким образом, формула кислоты − С₂Н₅СООН (пропионовая кислота).

Пример № 3. Вычислите массу уксусной кислоты, которую можно получить из 44,8 л (н.у.) ацетилена, если потери на каждой стадии получения составляют в среднем 20 %.

Решение:

C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO → CH₃COOH

 1моль         1 моль    1 моль

n(CH₃COOH)_теор = n(C₂H₂) = V(C₂H₂) / V_M = 44,8 л : 22,4 л/моль = 2 моль
n(CH₃COOH)_практ = n(CH₃COOH)_теор∙h_1∙∙h₂ = 2 моль∙ 0,8 ∙ 0,8 = 1,28 моль
Масса уксусной кислоты с учетом всех потерь составит:
m(CH₃COOH) = n(CH₃COOH)_практ∙ M(CH₃COOH) = 1,28 моль∙ 60 г/моль = 76,8 г

Ответ: m(CH₃COOH) = 76,8 г.

Пример № 4. При взаимодействии 25,5 г предельной одноосновной кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Решение:

1. C_nH_2n+1COOH + NaHCO₃ → C_nH_2n+1COONa + H₂O + CO₂

2. Найдем количество вещества СО₂

n(CO₂) = V/Vm = 5,6л : 22,4 л/моль = 0,25 моль

3. n(CO₂) = n(кислоты) = 0,25 моль (из уравнения видно это соотношение 1:1), тогда молярная масса кислоты равна:

M(к-ты) = m/n = 25,5г : 0,25 моль = 102г/моль

М(к-ты) = 12n+2n+1+12+16+16 (из общей формулы),

М = Ar(C)∙ n + Ar(H)∙ n + Ar(O)∙ n = 12∙n + 1∙(2n+1)+ 12+16+16+1)

М(к-ты) = 12n +2n +46 = 102; n = 4; Формула кислоты С₄Н₉СООН.

 

Упражнения и задачи для самостоятельной работы

211. Предложите способ получения уксусной кислоты из неорганических веществ.

212. Расставьте по силе кислоты: уксусная кислота; хлоруксусная кислота; пропановая кислота;  дихлоруксусная кислота.

213. Каков механизм образования хлоруксусной кислоты при действии хлора на уксусную кислоту? В каких условиях будет идти эта реакция?

214. Сколько изомерных одноосновных карбоновых кислот может соответствовать формуле С₆Н₁₂О₂? Напишите структурные формулы этих кислот и назовите их по систематической номенклатуре.

215. Напишите структурные формулы следующих кислот:

а) 2-метилпропановая кислота;   в) 2,3,4-трихлорбутановая кислота;

б) 3,4-диметилгептановая кислота.

216. С помощью каких реакций можно осуществить превращения по следующим схемам:

а) метанол ® Х ® формиат натрия;

б) уксусный альдегид ® Y ® ацетат кальция

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

СН₄ ® СН₃Cl ® СН₃ОН ® НСОН ® НСООН ® СО₂

Укажите условия протекания реакций.

218. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

СН₄ ® Х ® Y ® уксусная кислота

Назовите вещества Х и Y.

219. Каким образом можно осуществить реакции: ацетат натрия ® уксусная кислота ® хлоруксусная кислота? Напишите уравнения реакции.

220. Как можно получить пропионовую кислоту из бромэтана?

221. Вычислите массу уксусной кислоты, затраченной на реакцию с раствором гидроксида натрия массой 120 г с массовой долей щёлочи 25 %.

222. Напишите структурные формулы следующих кислот:

а) 3-метил-2-этилгексановая кислота;	б) 4,5-диметилоктановая кислота;
в) 2,2,3,3-тетраметилпентановая кислота.

223. С помощью каких химических реакций можно осуществить следующие превращения:

а) CH₄ ® CH₃Cl ® CH₃OH ® HCOH ® HCOOH ® CO₂

б) CH₄ ® C₂H₂ ® CH₃COH ® CH₃ – COOH ® CH₂Cl – COOH

224. Напишите уравнения реакции между следующими веществами:

а) 2-метилпропановой кислотой и хлором;	б) уксусной кислотой и пропанолом-2;
в) 2-метилбутановой кислотой и PCl5.

225. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

а) СН₄ ® С₂Н₆ ® С₂Н₄ ® СН₃СОН ® С₂Н₅ОН ® СН₃СООН

б) СаС₂ ® С₂Н₂ ® С₂Н₆ ® СН₃СОН ® СН₃СООН ® СН₃СООС₂Н₅

226. Сколько раствора этилового спирта (плотностью 0,8 г/мл) с массовой долей С₂Н₅ОН 96 % нужно взять для получения уксусной кислоты массой

30 кг?

227. Сколько литров водорода вступит в реакцию с уксусной кислотой для получения ацетальдегида массой 10 г?

228. Определите массу технической уксусной кислоты с массовой долей примесей 10 %, необходимой для получения уксусного альдегида массой 10,2 г.

229. Какой объём раствора гидроксида натрия плотностью 1,09 г/мл с массовой долей  NaOH  20 % необходим для нейтрализации уксусной кислоты с массовой долей СН₃СООН 20 % массой 500 г?

230. Какой объём водорода при нормальных условиях выделится при действии на уксусную кислоту магния массой 8 г?

231. В результате каталитического окисления пропана получена пропановая кислота массой 55,5 г. Массовая доля выхода продукта равна  60 %. Рассчитайте объём взятого пропана.

232. При пропускании хлора в раствор уксусной кислоты (массовая доля СН₃СООН равна 75 %) получена хлоруксусная кислота. Определите её массовую долю в растворе, считая, что избыточный хлор и хлороводород удалены из него.

233. Уксусную кислоту получают окислением бутана кислородом воздуха в присутствии катализатора. Рассчитайте массу раствора кислоты (массовая доля СН₃СООН 80 %), который можно получить из бутана объёмом 67,2 л (н.у.). Массовая доля выхода кислоты равна 75 %.

234. При окислении муравьиной кислоты получили газ, который пропустили через избыток раствора гидроксида кальция. При этом образовался осадок массой 20 г. Какая масса муравьиной кислоты взята для окисления?

235. Окислением пропанола-1 массой 7,2 г получили пропионовую кислоту, на нейтрализацию которой затратили раствор объемом 16,4 мл с массовой долей гидроксида натрия 20 % и плотностью 1,22 г/мл. Определите выход кислоты.

236. При каталитическом окислении ацетальдегида кислородом получили уксусную кислоту, выход которой составил 75 %. Эта кислота прореагировала с избытком карбоната натрия. Выделился газ, образовавший с гидроксидом натрия кислую соль массой 5,04 г. Определите объём кислорода (н.у.), вступившего в реакцию с альдегидом.

237. Объёмная доля метана в природном газе составляет 96 %. Какую массу муравьиной кислоты можно получить каталитическим окислением природного газа объёмом 420 л (н.у.), если выход кислоты составляет 70 %?

238. На нейтрализацию смеси муравьиной и уксусной кислот израсходовано 10 мл раствора гидроксида калия с массовой долей 0,4 и плотностью 1,4 г/мл. При взаимодействии такого же количества смеси с избытком аммиачного раствора оксида серебра образовалось 8,64 г серебра. Определите массовую долю уксусной кислоты в смеси.

239. Через раствор уксусной кислоты массой 150 г пропустили аммиак объёмом 4,48 л (н.у.). Определите массовую долю СН₃СООН в полученном растворе, если в исходном растворе массовая доля кислоты составляла 20 %.

240. Для получения уксусной кислоты в качестве исходного вещества был использован технический карбид кальция с массовой долей примесей 4 %. Какая масса карбида кальция была израсходована, если известно, что на нейтрализацию полученной уксусной кислоты потребовалось 5,5 М раствора гидроксида калия (плотность 1,2 г/мл) массой 240 г?

241. На нейтрализацию 0,1 моль карбоновой кислоты с молярной массой 90 г/моль израсходовано 8 г едкого натра. Найдите молекулярную формулу кислоты и определите её основность.

242. При взаимодействии 71,15 мл 30 %-ного раствора (плотность

1,04 г/см³) неизвестной органической одноосновной кислоты с избытком гидрокарбоната натрия выделилось 6720 мл газа (н.у.). Определите, какая кислота находилась в растворе.

243. При нагревании 26,8 г смеси этилового спирта и уксусной кислоты с несколькими каплями концентрированной серной кислоты получено 14,08 г сложного эфира, а при сжигании того же количества смеси уксусной кислоты и спирта образовалось 23,4 г воды. Найдите процентный состав исходной смеси и рассчитайте выход эфира в процентах.

244. Какова структурная формула предельной одноосновной кислоты, если объём CO₂, образующегося при сжигании некоторого её количества, в три раза больше объёма CO₂, выделившегося при действии на такое же количество данной кислоты избытка водного раствора гидрокарбоната натрия?

245. При окислении 37 г первичного спирта получено 44 г одноосновной карбоновой кислоты алифатического ряда с тем же числом углеродных атомов в молекуле, что и у исходного спирта. Определите строение возможных продуктов реакции.