Параграф 7 - Химия. 10 класс. Кузнецова Н.Е.

Химия для 10-го класса
Предмет:	Химия
Класс:	10 класс
Автор учебника:	Кузнецова Н.Е.
Год издания:	2011
Издательство:
Кол-во заданий:
Кол-во упражнений:
Мы в социальных сетях
Телеграм • ВКонтакте

Данные ответы на задания относятся к первому разделу учебника - Теоретические основы органической химии, седьмого параграфа - Теоретические основы, механизмы и закономерности протекания реакций органических соединений. Правки, дополнительные вопросы по заданиям и теме в целом можно оставлять на странице обсуждения.

Теоретические основы, механизмы и закономерности протекания реакций органических соединений

Причины протекания химических реакций

Химическая реакция получения воды ${\ce {H2O}}$ из молекул водорода и кислорода

• Каковы причины протекания химических реакций? Раскройте их на примере реакции синтеза воды. Что такое тепловой эффект химической реакции и как он обозначается? На примере горения метана в кислороде раскройте энергетику этого процесса и запишите термохимическое уравнение.

Сущность любой химической реакции заключается в разрушении одних химических связей и образовании новых, обладающих большей энергией, и, следовательно, более стабильных химических систем. Так, например, в синтезе воды из водорода и кислорода связи ${\ce {H-H}}$ и ${\ce {O-O}}$ рвутся, a образуются две новые связи ${\ce {O-H}}$:

${\ce {O-{O}+{2H}-H->[{\ce {t}}]2H-O-H}}$

Тепловой эффект — количество теплоты, выделившееся или поглощенное химической системой при протекании в ней химической реакции. Тепловой эффект обозначается символом "Q." Термохимические уравнения включают в себя кроме химических формул тепловой эффект реакции. Числовое значение в уравнении реакции строго соответствует количествам веществ, участников реакции, т.е. коэффициентам. Благодаря этому соответствию, можно установить пропорциональные отношения между количеством вещества или массой и количеством теплоты в этой реакции. При записи термохимического уравнения нужно указывать агрегатные состояния веществ в скобках.

${\ce {{CH4}+2O2={CO2}+{2H2O}+890}}$ кДж (т.е. в ходе этой реакции выделяется 890 кДж тепла при сгорании 1 моль метана, реакция экзотермическая).

Энергетика химической реакции

• Рассмотрите схему (рис. 16) и прокомментируйте её содержание, используя ваши знания об энергетике химической реакции.

Чтобы пошла реакция, системе (исходным веществам нужно сообщить некоторое количество энергии). Эта энергия и есть энергия активации. Получив её, исходные вещества переходят в активированное состояние и начинают взаимодействовать. Если в результате реакции энергия продуктов реакции будет выше, чем исходных веществ, то реакция протекает с поглощением тепла - эндотермическая.

Если энергия продуктов ниже, чем исходных, то реакция протекает с выделением тепла - экзотермическая.

Виды катализа. Вещество ингибитор и примеры реакций

• Приведите примеры различных видов катализа и раскройте их различия. Какие вещества называют ингибиторами? Приведите пример реакции с их участием.

Существуют следующие виды катализа:

• гомогенный — это такой катализ, когда катализатор и все реагирующие вещества находятся в одной фазе.
• гетерогенный — это изменение скорости химической реакции при воздействии катализаторов, образующих самостоятельную фазу и отделенных от реагирующих веществ границей раздела наиболее распространен случай, когда твердый катализ (контакт) ускоряет реакцию между газообразными реагентами или реакцию в растворе.
• ферментный — это белковые молекулы, которые катализируют химические реакции в биологических системах.

Различия состоит в том, в какой фазе находится катализатор и исходные вещества. Суть всех катализов состоит в снижении энергии активации и ускорении реакции.

Ингибиторы, наоборот, замедляют реакции. Например, гидрохинон ингибитор окисления бензальдегида; соединения технеция - ингибитор коррозии сталей; дифенилкетон - ингибитор полимеризации сгирола; трихлорид азота - сильный ингибитор реакции хлора с водородом‚ одной тысячной доли процента достаточно для прекращения реакции.

Примеры гомогенных реакций:

• расщепление оксида пятивалентного азота в газовой среде под действием высокой температуры: ${\ce {{N2O5\uparrow }+N2O5\uparrow ->{NO2}+{NO2}+{NO2}+{NO2}+O2}}$;
• нейтрализацию раствором гидроксида натрия раствора соляной кислоты, с образованием раствора хлорида натрия и воды: ${\ce {HCl + NaOH -> NaCl + H2O}}$

Примеры гетерогенных реакций:

• Типичные гетерогенные реакции: термическое разложение солей с образованием газообразных и твердых продуктов (например, ${\ce {CaCO3 -> {CaO}+CO2}}$), восстановление оксидов металлов водородом или углеродом (например, ${\ce {{PbO}+C->{Pb}+CO}}$), растворение металлов в кислотах (например, ${\ce {{Zn}+ H2SO4 -> {ZnSO4}+ H2}}$), взаимодействие твердых реагентов (${\ce {{Al2O3}+ NiO -> NiAl2O4}}$).

Дополнительные вопросы параграфа

Химическая реакция, признаки и условия её протекания

• Что такое химическая реакция, какие признаки и условия её протекания вы знаете?

Химическая реакция — это перегруппировка атомов, в результате которой из молекул (или других частиц) получаются новые молекулы (или другие формы вещества).Чтобы реакция началась, вещества необходимо привести в соприкосновение друг с другом и сообщить им необходимую энергию активации.

Признаки химической реакции:

• Выделение газа; поднятие дрожжевого теста, гашение соды, обработка раны перекисью водорода, взаимодействие щелочных металлов с водой, воспламенение спички, горение дров.
• Появление осадка: помутнение микстуры, взаимодействие растворов хлоридов железа и меди с раствором щелочи, взаимодействие нитрата серебра с галогенидами натрия, сливание растворов хлорида бария и сульфата натрия.
• Изменение окраски: взаимодействие крахмала с йодом, ржавление железа, прокаливание медной проволоки в пламени спиртовки, позеленение бронзового памятника, почернение серебряных изделий со временем, различные качественные химические реакции, пригорание пищи.
• Появление запаха: процессы гниения, брожения.
• Выделение или поглощение тепла.

Различия и взаимосвязи между понятиями «химические свойства» и «реакционная способность» соединений

• Каковы различия и взаимосвязи между понятиями «химические свойства» и «реакционная способность» соединений? Прокомментируйте это на конкретных примерах органических веществ.

Химические свойства вещества — это его способность реагировать с другими химическими веществами.

А реакционная способность — это способность реагировать с другими веществами с определенной скоростью. Так, например, ненасыщенные углеводороды способны присоединять водород по кратным связям. В примере ниже видно, что при данных условиях (Т=20°‚ р=1атм) происходит гидрирование кратных связей, кроме кратных связей бензольного кольца (бензол гидрируется при более жестких условиях:
${\ce {{C6H6}+3H2->[{\ce {100^{\circ },100{\text{МПа}},Ni}}]C6H12}}$)

Тепловой эффект реакции

• Что такое тепловой эффект реакции? Приведите примеры термохимического уравнения экзотермической и эндотермической органических реакций.

Как уже говорилось выше тепловой эффект — количество теплоты, выделившееся или поглощенное химической системой при протекании в ней химической реакции. Тепловой эффект обозначается символом "Q".

Экзотермическая реакция: ${\ce {{C6H12O6}+6O2 -> {6CO2}+ 6H2O + Q}}$

Эндотермическая реакция: ${\ce {C2H6 ->{C2H4}+H2 - Q}}$

Получение эфира при нагревании уксусной кислоты и этилового спирта

• Сколько граммов эфира можно получить при нагревании 30 г уксусной кислоты и 40 г этилового спирта (в присутствии катализатора), если выход эфира составляет 70

${\ce {{C2H5OH}+CH3COOH ->[{\ce {cat}}] {CH3COOC2H5}+H2O}}$

Выясним, какое вещество взято в избытке, рассчитав химические количества:

Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{n(C2H5OH)=\frac{m(C2H5OH)}{M(C2H5OH)}=\frac{40\text{г}}{46\text{г/моль}}=0,8695}} моль

Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{n(CH3COOH)=\frac{m(CH3COOH)}{M(CH3COOH)}=\frac{30\text{г}}{60\text{г/моль}}=0,5}} моль

По уравнению видно, что вещества должны взаимодействовать 1:1, получается,что спирт взят избыток. Ведём расчёт по уксусной кислоте:

Из 1 моль Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CH3COOH}} - 1 моль Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CH3COOC2H5}} (по уравнению)

Из 1 моль Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CH3COOH}} - Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle x} моль Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{CH3COOC2H5}}

Отсюда Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle x=\frac{0,5\text{моль}\cdot 1\text{моль}}{1\text{моль}}=0,5} моль

Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{m_\text{теор}(CH3COOC2H5) = n(CH3COOC2H5)\cdot M(CH3COOC2H5) = 0,5\text{моль} \cdot 88 \text{г/моль} = 44 \text{г}}}

С учётом выхода:

Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{m_\text{практ}(CH3COOC2H5) = m_\text{теор}(CH3COOC2H5) \cdot n = 44\text{г} \cdot 0,7 = 30,8 \text{г}}}

Примеры гомогенных и гетерогенных каталитических органических реакций

Благодаря меченому атому, из механизма видно, что гидроксид Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{-OH}} отщепляется от кислоты

• Приведите примеры гомогенных и гетерогенных каталитических органических реакций и раскройте в них механизмы действия катализаторов. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Гомогенный органический катализ, например реакции этерификации (катализатор - серная кислота):

Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{{C2H5OH} + CH3COOH ->[\ce{H+}] {CH3COOC2H5} + H2O}}

Механизм реакции этерификации с использованием кислоты-катализаторы включает несколько стадий:

• активация карбоновой кислоты под действием катализатора (сильной кислоты), превращающей нейтральную молекулу в карбкатион.
• нуклеофильное присоединение спирта к карбокатиону
• миграция протона Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{H}} и формирование хорошо уходящей группы Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{H2O}}
• отщепление воды и катализатора Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{H+}} от неустойчивого продукта присоединения с образованием сложного эфира.

Гетерогенный органический катализ, например гидрирование алкенов (катализатор -Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{Pd/C}} ):

Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{{C2H4} + H2 ->[\ce{Pd/C}] C2H6}}

Эта реакция на поверхности катализатора осуществляется постадийно. На первой стадии происходит сорбция субстрата и водорода на катализаторе, затем на второй стадии атом водорода мигрирует к Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \beta} -углеродному атому двойной связи и образуется связь между металлом и Невозможно разобрать выражение (SVG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \alpha} -углероцным атомом. Наконец, на третьей стадии происходит восстановительное элиминирование продукта. Гидрирование протекает тем быстрее, чем менее затруднена молекула. Скорость гидрирование алкенов уменьшается при увеличении числа заместителей при двойной связи.

•