"Химия (базовый уровень)", Рудзитис Г.Е.,Фельдман Ф.Г.
Карбоновые кислоты содержат карбоксильную группу –COOH, поэтому проявляют общие кислотные свойства. В практической работе получают уксусную кислоту из ацетата натрия и изучают её реакции с индикатором, активным металлом, щёлочью, нерастворимым основанием и карбонатом. Наблюдения подтверждают уравнениями: кислота изменяет цвет индикатора, образует соли, выделяет водород с металлами и углекислый газ с карбонатами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Карбоновая кислота — органическое соединение, содержащее одну или несколько карбоксильных групп. В работе проверяют её кислотные свойства: действие на индикатор, металлы, основания и карбонаты. Это помогает связать строение вещества с наблюдаемыми реакциями.
Карбоксильная группа — функциональная группа –COOH, определяющая характерные свойства карбоновых кислот. Она включает карбонильную и гидроксильную части, а атом водорода в ней может отщепляться в воде. Поэтому именно эту группу связывают с кислотными свойствами.
Уксусная кислота имеет формулу CH₃COOH и относится к слабым карбоновым кислотам. Она удобна для практической работы как доступный и хорошо изученный образец. На её примере можно наблюдать сразу несколько типичных реакций кислот.
Качественная реакция на карбонат — взаимодействие кислоты с карбонатом, при котором выделяется углекислый газ. Реакцию замечают по пузырькам, шипению и иногда проверяют пропусканием газа через известковую воду. Её помутнение подтверждает присутствие CO₂.
Чтобы получить уксусную кислоту, к ацетату действуют более сильной серной кислотой. Серная кислота легче отдаёт протон, поэтому уксусная кислота вытесняется из своей соли: ион ацетата соединяется с водородом. Уравнение реакции: CH₃COONa + H₂SO₄ → CH₃COOH + NaHSO₄. Это пример вытеснения слабой кислоты из соли более сильной кислотой.
Водный раствор уксусной кислоты изменяет окраску индикатора не потому, что молекулы полностью распадаются на частицы. Уксусная кислота — слабый электролит, поэтому только часть её молекул диссоциирует: CH₃COOH ⇄ H⁺ + CH₃COO⁻. Ионы H⁺ создают кислую среду, которую и обнаруживает индикатор.
С активным металлом уксусная кислота реагирует по общему правилу взаимодействия кислот с металлами, стоящими в ряду активности до водорода. Магний вытесняет водород из кислотной части молекул, а остаток CH₃COO⁻ соединяется с металлом. Образуются соль и газообразный водород: 2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂↑. Работать нужно осторожно, не приближать открытый огонь и соблюдать указания учителя.
Со щёлочью уксусная кислота вступает в реакцию нейтрализации, потому что кислотные свойства H⁺ и основные свойства OH⁻ взаимно уничтожаются. Получаются соль и вода: CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O. Нерастворимое основание действует аналогично, но сначала его частицы должны соприкоснуться с кислотой; например, 2CH₃COOH + Cu(OH)₂ → (CH₃COO)₂Cu + 2H₂O.
Карбонат реагирует с кислотой сложнее, чем щёлочь. Сначала образуется нестойкая угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ, поэтому наблюдаются пузырьки и шипение. Например: 2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑. Если пропустить газ через известковую воду, она мутнеет из-за образования CaCO₃.
Таблица показывает, какое наблюдение соответствует каждому типу реакции. Уравнение помогает проверить состав продуктов и расставить коэффициенты. В последнем столбце сформулирован вывод, который следует именно из наблюдаемого признака.
| Опыт или реактив | Наблюдение | Уравнение реакции | Вывод |
|---|---|---|---|
| Получение кислоты из ацетата | Образуется уксусная кислота; реакцию проводят осторожно, не определяя вещество по запаху. | CH₃COONa + H₂SO₄ → CH₃COOH + NaHSO₄ | Сильная кислота вытесняет слабую из соли. |
| Действие индикатора | Индикатор меняет окраску в кислой среде. | CH₃COOH ⇄ H⁺ + CH₃COO⁻ | Раствор уксусной кислоты имеет кислую реакцию. |
| Взаимодействие с активным металлом | Появляются пузырьки газа. | 2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂↑ | Образуются соль и водород. |
| Взаимодействие со щёлочью или основанием | Раствор реагирует без выделения газа; при нерастворимом основании оно постепенно расходуется. | CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O | Происходит нейтрализация. |
| Взаимодействие с карбонатом | Наблюдаются шипение и выделение газа; известковая вода мутнеет. | 2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑ | Выделяется углекислый газ, что характерно для карбоната. |
Условие: запишите уравнение получения уксусной кислоты из ацетата натрия при действии серной кислоты. Нужно определить, какая частица соли станет частью кислоты, а какие ионы образуют второй продукт.
Ответ: CH₃COONa + H₂SO₄ → CH₃COOH + NaHSO₄. Реакция основана на вытеснении слабой кислоты более сильной.
Условие: по наблюдению за индикатором определить, какое свойство уксусной кислоты подтверждено. Нельзя делать вывод о конкретном веществе только по его окраске или запаху.
Ответ: подтверждено наличие кислой среды и способность уксусной кислоты диссоциировать в воде с образованием H⁺.
Условие: составьте уравнения реакций уксусной кислоты с магнием, гидроксидом натрия и карбонатом натрия и укажите признаки. Для каждого вещества сначала определяем тип взаимодействия, а затем состав продуктов.
Ответ: продукты и признаки зависят от класса второго реагента: металл даёт водород, щёлочь — воду, карбонат — углекислый газ.
Ошибка: считать, что все молекулы уксусной кислоты полностью распадаются на ионы. Так происходит из-за смешения свойств сильных и слабых электролитов. Проверка: используйте знак обратимости ⇄ и помните о частичной диссоциации.
Ошибка: путать реакцию кислоты с карбонатом с нейтрализацией щёлочи. В карбонате есть остаток угольной кислоты, который распадается с выделением CO₂. Проверка: ищите в продуктах не только соль и воду, но и газ.
Ошибка: записывать воду вместо водорода в реакции кислоты с металлом. Такую замену допускают, когда механически переносят схему нейтрализации. Проверка: активный металл до водорода в ряду активности вытесняет именно H₂.
Ошибка: считать смену цвета индикатора доказательством получения уксусной кислоты. Один и тот же признак дают многие кислые растворы. Проверка: отделяйте доказательство кислой среды от доказательства состава вещества и учитывайте способ получения.
Перед работой нужны формулы и названия кислот, оснований, солей и карбонатов, а также правила составления уравнений. Объяснение поведения уксусной кислоты опирается на электролитическую диссоциацию и ряд активности металлов. Позже эти знания пригодятся при изучении органических соединений, этерификации и качественного распознавания веществ.
Как получить уксусную кислоту из ацетата?
Уксусную кислоту получают действием более сильной серной кислоты на ацетат натрия. Реакция идёт с образованием уксусной кислоты и гидросульфата натрия: CH₃COONa + H₂SO₄ → CH₃COOH + NaHSO₄.
Почему уксусная кислота изменяет окраску индикатора?
В воде уксусная кислота частично диссоциирует с образованием ионов H⁺ и CH₃COO⁻. Ионы водорода создают кислую среду, поэтому индикатор меняет окраску.
Какие продукты образуются при реакции уксусной кислоты с магнием?
Образуются ацетат магния и водород: 2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂↑. Выделение газа заметно по пузырькам.
Как отличить реакцию кислоты с карбонатом от реакции с щёлочью?
При реакции с карбонатом, кроме соли и воды, выделяется углекислый газ: появляются пузырьки и шипение. При нейтрализации щёлочи образуются только соль и вода, поэтому газ не выделяется.
Доказывает ли изменение индикатора, что получена именно уксусная кислота?
Нет. Изменение окраски показывает наличие кислой среды, но не позволяет установить, какая именно кислота получена. Для вывода используют совокупность наблюдений и уравнение реакции получения.
§ 27. Практическая работа 3. Получение и свойства карбоновых кислот
