Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.27 Mb.
|
| Тема 11. СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ. ЖИРЫ Сложные эфиры образуются по реакции этерификации (взаимодействие карбоновых кислот со спиртами), например: О О | | ______ | | С   Н3–С–|ОН+Н|О–С2Н5 СН3–С–О–С2Н5+Н2Оэтилацетат или уксусноэтиловый эфир При отщеплении молекулы воды от двух молекул исходных веществ, группа ОН отрывается от молекулы кислоты, а атом водорода — от спирта (показано пунктиром). Эта реакция обратима. Для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира необходимо присутствие сильных кислот. Можно получить сложные эфиры неорганических кислот. Так, серная кислота образует с метанолом два вида сложных эфиров: СН3О СН3О \ \ SO2 и SO2 ∕ ∕ СН3О НО Сложные эфиры вступают в реакцию гидролиза (реакция омыления). Практически необратимое омыление сложных эфиров протекает в присутствии щелочей, например: О | | Н2О СН3–С–ОС2Н5+КОН → СН3–СООК+С2Н5ОН. Жиры или триглицериды — это сложные эфиры глицерина и высших предельных и непредельных карбоновых кислот. Число углеродных атомов в кислотах, входящих в состав жиров, как правило, больше 8 (иногда — меньше). Примеры жиров: С15Н31–СО–О–СН2 С17Н33–СО–О–СН2 | | С15Н31–СО–О–СН С17Н33–СО–О–СН | | С17Н35–СО–О–СН2 С17Н33–СО–О–СН2 триглицерид пальмитиновой триолеат (триглицерид и стеариновой кислот олеиновой кислоты) Важное свойство жиров — их способность гидролизоваться (реакция омыления). Омыление жиров протекает необратимо в присутствии щелочей: С17Н33СООСН2 | С17Н33СООСН+3КОН→ | С17Н32СООСН2 →3С17Н33СООК+СН2ОН–СНОН–СН2ОН. Пример: 1.Рассчитайте массы пропанола-1 и муравьиной кислоты, которые надо взять для получения пропилформиата объемом 200 мл (плотность эфира равна 0,906 г/мл). Дано: V(эфира)=200 мл; ρ(эфира)=0,906 г/мл _______________________________________ m=(С3Н7ОН)=? m(НСООН)=? Решение. 1.1. Вычисляем массу эфира О | | Н–С–ОС3Н7, который требуется получить: m(эфира)=V(эфира) ∙ρ(эфира); m(эфира)=200 мл ∙0,906 г/мл=181,2 г. 1.2. Количество вещества эфира, который требуется получить, равно:  1.3. Составляем уравнение реакции этерификации: О | | Н СООН+С3Н7ОН Н–С–ОС3Н7+Н2О.  Из этого уравнения следует: n(НСООН)=n(эфира); n(НСООН)=2,06 моль, n(С3Н7ОН)=n(эфира); n(С3Н7ОН)=2,06 моль. 1.4. Вычисляем массу требуемой кислоты: m(НСООН)=n(НСООН) ∙М(НСООН); m(НСООН)=2,06 моль ∙46 г/моль=94,76 г. 1.5. Рассчитываем массу спирта, который потребуется для реакции: m(С3Н7ОН)=n(С3Н7ОН) ∙М(С3Н7ОН); m(С3Н7ОН)=2,06 моль ∙60 г/моль=123,6 г. Пример: 2.При гидролизе жира массой 44,33 г получен глицерин массой 5,06 г и предельная одноосновная карбоновая кислота. Определите формулу жира. СхН2х+1СООСН2 | Дано: жир СхН2х+1СООСН; m(жира)=44,33 г; | СхН2х+1СООСН2 m(глицерина)=5,06 г ________________________________________ х=? Решение. 1.1. Вычисляем количество вещества глицерина, полученного при гидролизе жира:  СхН2х+1СООСН2 | 2.Молярную массу жира СхН2х+1СООСН можно представить в следующем | СхН2х+1СООСН2 виде: М(жира)=3 (х+2) ∙М(С)+6М(О)+[3(2х+1)+5] ∙М(Н); М(жира)={3(х+2) 12+6 ∙16+[3(2х+2)+5] 1} г/моль=(42х+176) г/моль. 1.3. Вычисляем количество вещества жира, подвергнутого гидролизу:  1.4. Составляем уравнение реакции омыления жира: СхН2х+1СООСН2 СН2ОН | | СхН2х+1СООСН+3Н2О 3СхН2х+1СООН+СНОН| | СхН2х+1СООСН2 СН2ОН Из уравнения реакции следует:  Следовательно, жир является сложным эфиром глицерина и пальмитиновой кислоты: С15Н31СООСН2 | С15Н31СООСН | С15Н31СООСН2. Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 211. Составьте уравнения реакций омыления и гидрирования триглицерида олеиновой кислоты. Какие продукты образуются в результате этих реакций? 212. Рассчитайте массу метилацетата, который можно получить из метанола массой 16 г и уксусной кислоты массой 27 г. 213. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: этил ацетат---ацетат натрия->уксусная кислота->-метилацетат. При каких условиях протекают эти реакции? 214. Напишите уравнения реакций, при помощи которых из этилацетата можно получить этан. 215. Рассчитайте массу этилацетата, который можно получить из этанола массой 1,61 г и уксусной кислоты массой 1,80 г (реакция этерификации), если выход продукта равен 75%. 216. При нагревании метанола массой 2,4 г и уксусной кислоты массой 3,6 г получен метилацетат массой 3,7 г. Определите массовую долю выхода эфира. 217. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить этилацетат из хлорэтана и неорганических реагентов. 218. Рассчитайте массу глицерина, который образуется при щелочном омылении жира (триолеата) массой 331,5 г. 219. Основным компонентом некоторого жира является тристеарат, массовая доля которого составляет 80%. Рассчитайте массы глицерина и стеариновой кислоты, которые могут быть получены при омылении этого жира массой 445 кг. 220. Стеарат калия — важный компонент жидкого мыла. Рассчитайте массы гидроксида калия и тристе-арата, которые потребуются для получения стеарата калия массой 805 кг. Массовая доля выхода продукта составляет 80% из-за производственных потерь. 221. При гидролизе жира массой 445 г получена предельная одноосновная карбоновая кислота массой 426 г и глицерин. Определите формулу жира и назовите его. Тема 12. УГЛЕВОДЫ Углеводы, или сахара,— вещества, состав которых обычно выражается формулой С х(Н2О)у, где х и у больше или равны трем. Существуют, однако, углеводы, состав которых не отвечает общей формуле. В состав молекул углеводов входят гидроксильные группы, а также остатки альдегидов или кетонов, т.е. углеводы являются альдегидоспиртами или кетоноспиртами. В растительных организмах углеводы образуются в результате фотосинтеза, который протекает за счет использования энергии солнца с участием зеленого вещества растений — хлорофилла. Суммарное уравнение реакции фотосинтеза можно представить следующим образом: хСО2+уН2О→Сх(Н2О)у+хО2. Моносахариды, или монозы,— простейшие углеводы, которые не подвергаются разложению водой (гидролизу). Наибольшее значение из моноз имеют глюкоза и фруктоза.  Глюкоза (виноградный сахар) имеет состав C6H12O6. Она имеет три формы: альдегидную и две циклические, которые одновременно сосуществуют и могут переходить друг в друга. Эти формы не являются изомерами, так как не могут быть выделены в индивидуальном виде. Химические свойства глюкозы обусловлены ее строением. Как спирт она вступает в реакции этерификации с кислотами, например:  Как альдегид глюкоза легко окисляется. При действии аммиачного раствора оксида серебра глюкоза вступает в реакцию серебряного зеркала, окисляясь до спиртокислоты. Под действием органических катализаторов — ферментов — глюкоза подвергается брожению: С6Н12О6→2С2Н5ОН+2СО2 (спиртовое брожение) С6Н12О6→2СН3–СНОН–СООН (молочнокислое брожение) молочная кислота Фруктоза (фруктовый сахар) — изомер глюкозы C6H12O6, но в отличие от глюкозы фруктоза является кетоноспиртом. Дисахариды представляют собой продукты конденсации двух молекул моносахаридов. При гидролизе одного моля дисахарида образуется два моля моносахаридов. Важнейший дисахарид — сахароза C12H22O11. Молекулы сахарозы состоят из двух остатков моносахаридов:  Такое строение сахарозы обусловливает ее свойства: в отличие от глюкозы она не вступает в реакции, характерные для альдегидов. С12Н22О11+Н2О→С6Н12О6+С6Н12О6. глюкоза фруктоза В присутствии кислот сахароза гидролизуется, образуя два моносахарида: Полисахариды — продукты конденсации большого числа молекул моносахаридов, полимерные углеводы. Целлюлоза (клетчатка) — полимерный углеводород, который состоит из структурных остатков β-глюкозы, соединенных в линейные макромолекулы:  Состав целлюлозы выражается формулой (С6Н10О5)х. Целлюлоза входит в состав многих растений (древесина, хлопок, листья). Целлюлоза подвергается гидролизу до глюкозы при нагревании с растворами минеральных кислот: Н+ (С6Н10О5)х+х Н2О → хС6Н12О6. В состав каждого структурного звена целлюлозы входят три гидроксильные группы. Поэтому целлюлоза образует сложные эфиры с органическими и неорганическими кислотами, например:  Крахмал — полисахарид, состав которого также отражает формула (С6Н10О5)х, но он отличается от целлюлозы строением. В присутствии кислот крахмал гидролизуется. В результате его полного гидролиза образуется глюкоза: Н+ (С6Н10О5)х+х Н2О → х С6Н12О6. С иодом крахмал образует соединение, имеющее темно-синюю окраску. Эта реакция служит для качественного определения крахмала. Пример: 1.Рассчитайте объем оксида углерода (IV), который выделится при спиртовом брожении глюкозы массой 540 г (нормальные условия). Дано: m(глюкозы)=540 г _____________________ V(СО2)=? Решение. 1.1. Определяем количество вещества глюкозы, подвергнувшейся брожению:  1.2. Составляем уравнение реакции спиртового брожения глюкозы: С6Н12О6→2С2Н5ОН+2СО2. 1.3. Из уравнения реакции следует, что n(СО2)=2n(глюкозы); n(СО2)=2 ∙3 моль=6 моль. 1.4. Рассчитываем объем выделившегося газа, приведенный к нормальным условиям: V(СО2)=n(СО2) ∙Vm; V(СО2)=6 моль ∙22,4 л/моль=134,4 л. Пример: 2.Массовая доля крахмала в картофеле равна 20%. Рассчитайте массу глюкозы, которую можно получить из картофеля массой 891 кг. Выход продукта равен 50%. Дано: m(картофеля)=891 кг; ω(крахмала)=20%; η(глюкозы)=? _________________________________________ mρ(глюкозы)=? Решение. 2.1. Вычисляем массу крахмала, содержащегося в картофеле:   2.2. Молярную массу крахмала (С6Н10О5)х можно представить в следующем виде: М(крахмала)=х[6М(С)+10М(Н)+5М(О)]; М(крахмала)=х(6 ∙12+10 ∙1+5 ∙16) кг/моль=162 кг/моль. 2.3. Вычисляем количество вещества крахмала в картофеле:  2.4. Составляем уравнение реакции гидролиза крахмала до глюкозы: (С6Н10О5)х+х Н2О→х С6Н12О6. Из уравнения следует, что n(глюкозы)=хn(крахмала); n(глюкозы)=  кмоль=1,1 кмоль.2.5. Рассчитываем массу глюкозы, которую можно было бы получить при количественном выходе: m(глюкозы)=n(глюкозы) ∙М(глюкозы; m(глюкозы)=1,1 кмоль ∙180 кг/кмоль=198 кг. 2.6. Зная массовую долю выхода продукта, вычисляем массу реально полученной глюкозы:  Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 222. Рассчитайте объем оксида углерода (IV), приведенный к нормальным условиям, который выделится при спиртовом брожении глюкозы массой 225 г. 223. Рассчитайте объем воздуха (объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%), который потребуется для полного окисления глюкозы массой 45 г. Объем рассчитайте при нормальных условиях. 224. Составьте уравнения реакций с участием глюкозы: а) окисления аммиачным раствором оксида серебра; б) этерификации пропанолом-1. 225. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: оксид углерода (IV)->-крахмал->-глюкоза->этанол->-->бромэтан Укажите условия протекания реакций. 226. При брожении глюкозы получен этанол массой 55,2 г, выход которого составил 80%. Вычислите массу глюкозы, которая подверглась брожению. 227. В состав крахмала входит амилоза, которая представляет собой линейный полимер, состоящий из остатков глюкозы в α-форме. Напишите структурную формулу этого полимера. Будет ли крахмал проявлять свойства альдегидов? 228. Рассчитайте массу целлюлозы, которая потребуется для получения тринитроцеллюлозы массой 445,5 г. 229. Определите максимальное число нитрогрупп —NO2, которое можно ввести в одно звено полимерной молекулы целлюлозы. 230. Напишите уравнение реакций, с помощью которых можно различить следующие твердые органические вещества: глюкоза, сахароза, ацетат натрия, крахмал, фенол. 231. Напишите уравнения следующих реакций с участием целлюлозы: а) гидролиза; б) этерификации с избытком уксусной кислоты; в) этерификации с избытком азотной кислоты. Почему целлюлоза не вступает в реакцию «серебряного зеркала»? 232. Рассчитайте массу кукурузных зерен, которые надо взять для получения спирта массой 115 кг (массовая доля этанола 96%), если выход спирта составляет 80%. Массовая доля крахмала в кукурузных зернах составляет 70%. 233. Из крахмала массой 8,1 г получена глюкоза, выход которой составил 70%. К глюкозе добавлен избыток аммиачного раствора оксида серебра. Рассчитайте массу серебра, образовавшегося при этом. 234. Вычислите объем раствора азотной кислоты (массовая доля HNO3 80%, плотность 1,46 г/мл), который надо взять для получения тринитроцеллюлозы массой 148,5 г. СН3–СНСl–СН3+AgNО2→СН3–СН–СН3+AgCl 2-хлорпропан | NО2 2-нитропропан 235. Определите массу крахмала, который надо подвергнуть гидролизу, чтобы из полученной глюкозы при молочнокислом брожении образовалась молочная кислота массой 108 г. Массовая доля выхода продукта гидролиза крахмала равна 80%, продукта брожения глюкозы — 60%. 236. При гидролизе крахмала массой 324 г получена глюкоза (массовая доля выхода 80%), которая подвергнута спиртовому брожению. Выход продукта брожения составил 75%. В результате осуществления процесса получен водный раствор спирта массой 600 г. Определите массовую долю этанола в этом растворе. 237. Рассчитайте массу триацетата целлюлозы, который можно получить из древесных отходов массой 1,62 т (массовая доля выхода равна 75%). Массовая доля целлюлозы в древесине составляет 50%. 238. При действии азотной кислоты на целлюлозу получено производное, в котором массовая доля азота равна 11,1%. Какое производное целлюлозы получено? Составьте уравнение реакции его получения. 239. Массовая доля целлюлозы в древесине равна 50%. Определите массу спирта, который может быть получен при брожении глюкозы, образовавшейся при гидролизе древесных опилок массой 810 кг. Учтите, что спирт выделяется из реакционной системы в виде раствора с массовой долей воды 8%. Массовая доля выхода этанола из-за производственных потерь составляет 70%. |
