Примеры решения задач

Задача 1.  Этиленовый углеводород присоединяет 6,72 л (н.у.) хлороводорода. При гидролизе продукта реакции водным раствором гидроксида натрия при нагревании образуется 22,2 г предельного одноатомного спирта, содержащего три метильные  группы. Определите строение исходного углеводорода и полученного спирта.

Решение. Запишем уравнения реакций:

С_nН_2n + НСl  →  С_nН_2n+1Сl,

C_nH_2n+1Cl + NaOH →  C_nH_2n+1OH + NaCl.

v(HCl) = 6,72/22,4 = 0,3 моль. Согласно уравнениям реакций, v(C_nH_2n+1OH) = v(C_nH_2n+1Cl) = v(HCl) = 0.3 моль. Молярная мас­са спирта равна: M(C_nH_2n+1OH) = 22,2/0,3 = 74 г/моль, откуда n = 4. Следовательно, молекулярная формула спирта — С₄Н₉ОН.

Из четырех спиртов состава С₄Н₉ОН только третичный спирт (2-метилпропанол-2, или трет-бутиловый спирт) содержит три метильные группы. В состав молекулы этого спирта входит раз­ветвленный углеродный скелет, следовательно, исходный алкен состава С₄Н₈ тоже имел разветвленный скелет. Это 2-метилпропен. Уравнения реакций:

Ответ. 2-метилпропен; трет-бутанол.

Задача 2. Соединение неизвестного строения медленно реагирует с натрием, не окисляется раствором дихромата натрия, с концентрированной соляной кислотой реагирует быстро с образованием алкилхлорида, содержащего 33,3% хлора по массе. Определите строение этого соединения.

Решение. Характер реакций с Na, с Na₂Cr₂O₇ и с HCl свидетельствует о том, что неизвестное вещество — третичный спирт, при реакции с HCl образуется третичный алкилхлорид:

ROH + HCl → RCl + Н₂О.

Один моль RCl содержит один моль Cl массой 35,5 г, что составляет 33,3% от общей массы, следовательно молярная масса алкилхлорида равна: M(RCl) = 35,5/0,333 = 106,5 г/моль, а молярная масса углеводородного радикала равна: M(R) = 106,5-35,5 = 71 г/моль. Единственный радикал с такой молярной массой -С₅Н₁₁.

Третичные спирты имеют общую формулу:

Один атом углерода из пяти соединен с гидроксильной группой, а четыре атома входят в состав трех радикалов. Разбить четыре атома углерода на три радикала можно единственным способом: два радикала СН₃ и один радикал С₂Н₅. Искомый спирт 2-метилбутанол-2:

Ответ. 2-метилбутанол-2.

Задача 3. Расположите в порядке возрастания кислотности следующие вещества: фенол, сернистая кислота, метанол. Приведите уравнения химических реакций, подтверждающие правильность выбранной последовательности.

Решение. Правильный ряд выглядит так: СН₃ОН < С₆Н₅ОН < H₂SO₃.

Фенол сильнее метанола, поскольку фенол реагирует с растворами щелочей, а метанол — нет:

С₆Н₅ОН + NaOH = C₆H₅ONa + H₂O , СН₃ОН + NaOH —I→

Далее воспользуемся правилом, согласно которому более сильная кислота вытесняет более слабую из ее солей.

C₆H₅ONa + SO₂ + H₂O = С₆Н₅ОН + NaHSO₃ .

Фенол вытесняется сернистой кислотой из фенолята натрия, следовательно, сернистая кислота сильнее фенола.

Задача 4. При действии избытка натрия на смесь этилового спирта и фенола выделилось 6,72 л водорода (н.у.). Для полной нейтрализации этой же смеси потребовалось 25 мл 40%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,4 г/мл). Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Решение. С натрием реагируют и этанол, и фенол:

2С₂Н₅ОН + 2Na → 2C₂H₅ONa + Н₂↑,

2С₆Н₅ОН + 2Na → 2C₆H₅ONa + Н₂↑,

а с гидроксидом калия -только фенол:

С₆Н₅ОН + KОН → С₆Н₅ОK + Н₂О.

v(KOH) = 25-1,4-0,4 / 56 = 0,25 моль = v(C₆H₅OH).

Из 0,25 моль фенола в реакции с натрием выделилось 0,25/2 = 0,125 моль Н₂, а всего выделилось 6,72/22,4 = 0,3 моль Н₂. Оставшиеся 0,3-0,125 = 0,175 моль Н₂ выделились из этанола, которого израсходовано 0,175-2 = 0,35 моль.

Массы веществ в исходной смеси: m(С₆Н₅ОН) = 0,25-94 = 23,5 г, m(С₂Н₅ОН) = 0,35-46 = 16,1 г. Массовые доли: w(С₆Н₅ОН) = 23,5 / (23,5+16,1) = 0,593, или 59,3%, w(С₂Н₅ОН)= 16,1 /(23,5+16,1) = 0,407, или 40,7%.

Ответ. 59,3% фенола, 40,7% этанола.

Задача 5. Среди изомеров состава С₇Н₇ОK выберите такой, из которого в две стадии можно получить соединение состава С₇Н₆ОВr₂.

Решение. Изомеры состава С₇Н₇ОK могут быть производными метилфенолов (крезолов) или бензилового спирта — простейшего ароматического спирта:

Вещество состава С₇Н₆ОВr₂ - это дибромпроизводное от С₇Н₈О, которое можно получить по реакции с любой неоргани­ческой кислотой (фенол, его гомологи и ароматические спирты — очень слабые кислоты). Два атома водорода можно заместить на два атома брома в бензольном кольце под действием бромной во­ды, если с бензольным кольцом соединена группа ОН, и при этом одно из орто- и пара-положений по отношению г группе ОН за­нято группой СН₃ (если все эти положения будут свободны от заместителей, то образуется трибромпроизводное). Этому условию удовлетворяют 2-метилфенол (о-крезол) и 4-метилфенол (n-крезол). Таким образом, схема реакций выглядит следующим об­разом (на примере 2-метилфенолята калия):

Аналогичная схема справедлива для 4-метилфенолята калия.

Ответ. 2-метилфенолят калия или 4-метилфенолят калия.