Лабораторная работа № 19 гидроксильные соединения (спирты. Фенолы)

Цель работы

Изучить физико-химические свойства спиртов и фенолов.

Оборудование и реактивы

Газоотводная трубка с пробкой, пинцет, пробирки, пробиркодержатель, лучинка, спички, спиртовка, стакан, стеклянные папочки, штатив, электрическая плитка, фарфоровая чашка, фильтровальная бумага, пробка со стеклянной трубкой.

Ацетилсалициловая кислота (к), натрий Na (к), сульфат меди (II) CuSO₄ (к), фенол (к), спирты (этиловый, пропиловый, бутиловый, изопропиловый, изоамловый, амиловый), глицерин; дистиллированная вода; растворы: гидроксид натрия NaOH, серная кислота H₂SO₄ (разб. и конц.), азотная кислота HNO₃ (разб. и конц.), соляная кислота HCl (разб.), сульфат меди (II) CuSO₄, хлорид железа (III) FeCl₃, дихромат калия К₂Сr₂О₇ (0,5 н.), иод в иодистом калии; индикаторы: фенолфталеин, синяя и красная лакмусовая бумага.

Экспериментальная часть²⁰

Опыт 1. Растворимость спиртов в воде

В пробирки налейте по 0,5–1 мл спиртов: этилового, бутилового и амилового (или изоамилового), отметьте запах спиртов. В каждую пробирку прилейте по 0,5–1 мл дис­тиллированной воды и встряхните содержимое (сохраните пробирки для второго опыта). Объясните наблюдаемые процессы.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Отношение спиртов к индикаторам

Из каждой пробирки, приготовленной в предыдущем опыте, стеклянной палочкой нанести по капле растворов спиртов на синюю и красную лакмусовую бумагу. В пробирки добавьте по капле раствора фе­нолфталеина.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Горение спиртов

В фарфоровые чашки налейте по 0,5–1 мл спиртов, располагая их в порядке возрастания молекулярной массы (этиловый, бутиловый, амило­вый). Подожгите спирты лучинкой. Этиловый спирт горит ___________________, бутиловый спирт горит ___________________, а амиловый ___________________ пламенем. Уравнения реакций горения спиртов имеют вид:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Рассчитайте массовую долю углерода в представленных спиртах:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Обнаружение воды в спирте и абсолютирование спирта

Прокалите в фарфоровой чашке 1,5–2 г медного купороса CuSO₄ • 5Н₂О до полного исчезновения голубой окраски соли и прекращения выделения паров воды. Пересыпьте остывшую соль в сухую пробирку и добавьте 2–3 мл этилового спирта (ректификат). При встряхивании и слабом нагревании содержимого пробирки белый порошок окрашивается в ______________ цвет.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Полученный безводный спирт осторожно слейте в чистую пробирку и используйте для опыта 5.

 Опыт 3. Образование и гидролиз алкоголятов натрия

К 2–3 мл абсолютного этилового спирта, полученного в опыте 4, аккуратно внесите кусочек металлического натрия размером с горошину (до металла руками не дотрагиваться!). Пробирку закройте пробкой с прямой газоотводной трубкой и подожгите выделяющийся водород.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Если раекция замедляется, пробирку немного подогреть до полного растворения натрия (или удалить натрий при помощи изогнутой проволочки и поместить его в банку для остатков натрия).

На дне пробирки при охлаждении образуется белый осадок этилата натрия. добавьте в ту же пробирку 1–2 капли фенолфталеина, а затем 4–5 мл дистиллированной воды. В присутствии воды происходит гидролиз этилата натрия:

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Окисление этанола

В пробирку поместите 1 мл этанола, 8–10 капель разб. H₂SO₄ и 0,5 мл K₂Cr₂O₇. Полученный оранжевый раствор осто­рожно нагрейте. Наблюдаем: изменение цвета раствора ______________________________________ и появление запаха яблок (нюхать осторожно!).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Сравните реакции окисления метанола CH₃OH (яд!) и этанола C₂H₅OH! Как различить этанол (этилового или винного спирта) и очень ядовитый, сходный по запаху, метанол (метиловый или древесный спирт)? См. также опыт 2 и 3.2 в лабораторной работе № 20.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 7. Взаимодействие с гидроксидом меди (II) – качественная реакция на многоатомные спирты

В пробирку поместите 1 мл 0,2 н. раствора CuSO₄ и 1 мл 2 н. раствора NaOH. Наблюдаем ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

К выпавшему осадку добавьте 0,5 мл глицерина и перемешайте смесь. Наблюдаем, что осадок ________________________, а цвет раствора ____________________ (образуется комплексное соединение – глицерат меди).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 8. Образование и разложение фенолятов

Осторожно! Фенолы вызывают ожоги кожи.

К 2 мл воды добавьте несколько кристаллов фенола. Пробирку закройте пробкой и энергично встряхните. Нагрейте содержимое пробирки, а затем охладите. Фенол (плохо или хорошо) ________________ растворим в холодной воде и _________________ в горячей воде.

В пробирку прибавте по каплям раствор гидроксида натрия до полного растворения фенола – кислотные свойства фенола (карболовой кислоты).

+ NaOH →

К полученному раствору фенолята натрия по каплям прилейте разб. серную кислоту. Наблюдаем помутнение раствора в результате разложения фенолята натрия серной кислотой и выделение малорастворимого в воде фенола:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 9. Сульфирование фенола

В двух пробирках смешайтет несколько кристаллов фенола с 2–3 каплями конц. серной кислоты и встряхните их до растворения. Одну из пробирок нагрейте на кипящей водяной бане 2–3 мин. Содержимое пробирок вылейте в пробирки с 2 мл холодной воды.

+ H₂SO₄ (конц.) →

о-фенолсульфокислота n-фенолсульфокислота

(при 25°С) (при 100°С)

Опыт 10. Нитрование фенола

В пробирку к 0,5 мл разб. азотной кислоты налейте 1 мл раствора фенола и закройте пробкой с газоотводной трубкой. Осторожно нагревая содержимое пробирки до кипения, перегоните часть жидкости с о-нитрофенолом в сухую чистую пробирку, который при охлаждении образует желтые кристаллы с характерным запахом горького миндаля. В реакционной пробирке остается п-изомер.

+ HNO₃ (разб.) →

Опыт 11. Взаимодействие с хлоридом железа (III) – качественная реакция фенолов

Несколько кристаллов фенола растворите в 2 мл воды, затем добавьте 3–4 капли 2%-ного раствора хлоридом железа (III). Наблюдаем _______________________________________.

Опыт 12. Гидролиз ацетилсалициловой кислоты

В две пробирке поместите несколько кристаллов аспирина – ацетилсалициловой кислоты (этилового эфира о-гидроксибензойной кислоты) и налейте по 1 мл воды. Одну из пробирок прокипятите 1–2 мин. В обе пробирки добавьте 2–3 капли раствора хлорида железа (III).

Пробирка 1. НООС–С₆Н₄–ОСОСН₃ + FeCl₃ →

ацетилсалициловая кислота

Пробирка 2. НООС–С₆Н₄–ОСОСН₃ + Н₂О →

ацетилсалициловая кислота

НООС–С₆Н₄–ОН + FeCl₃ →

салициловая кислота

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Написать схему получения этилового спирта из этилена и ацетилена; вторичного пропилового спирта из соответствующего непредельного соединения.

2. Написать схему реакции этерификации вторичного бутилового спирта и уксусной кислотой.

3. Написать структурные формулы трех изомерных первичных амиловых спиртов.

4. Написать схему взаимодействия n-бромфенола с уксусным ангидридом.

5. Написать схему реакции полного нитрования фенола.

6. Написать структурные формулы и названия спиртов состава С₅Н₁₁ОН. Укажите первичные, вторичные, третичные спирты.

7. Как отличить этанол от этиленгликоля? Написать уравнения соответствующих реакций.

8. Получить бутанол-2 из бутанола-1.

9. Сколько имеется устойчивых изомерных двухатомных спиртов C₅H₁₂О₂ с разветвленной углеродной цепью?

10. В чем состоит различие химических свойств фенолов и ароматических спиртов? Привести уравнения соответствующих реакций.

11. Напишите схему взаимодействия изомера амилового спирта – 3-метил-1-бутанола с галогенидом фосфора.

12. Напишите схему взаимодействия диизопропилового эфира с конц. серной кислотой. Назовите продукты реакции.

13. Напишите схему реакции этиленгликоля с гидратом окиси меди.

14. Сколько литров пропилена (н.у.) получится при дегидрировании 60 кг пропанола, если практический выход составляет 70%?

15. 20 г бензольного раствора фенола обработали избытком водного раствора гидроксида натрия, после чего водный слой отделили. При обработке оставшегося вещества бромом (в присутствии железа) образовалось 15,7 г монобромида (выход 50%). Определите содержание бензола и фенола в исходном растворе.

16. Установите молекулярную формулу спирта, если при нагревании 274 г этого спирта с конц. серной кислотой образуется 133,4 г непредельного углеводорода с одной двойной связью. Выход в реакции равен 80%.

17. К смеси этилового и пропилового спиртов массой 8,3 г прибавили избыток натрия. При этом выделилось 1, 68 л водорода (н.у.). Каков процентный состав исходной смеси?

18. Раствор фенола в спирте обработали избытком металлического натрия; при этом было израсходовано 4,6 г натрия. При обработке такого же количества исходного раствора избытком бромной воды выпадает 3,31 г белого осадка. Определите состав исходной смеси в моль и в процентах.

19. Определите строение предельного одноатомного спирта, если известно, что при взаимодействии его с бромоводородом образуется вторичный алкилбромид, а при действии на 30 мл этого спирта (плотность 0,8 г/см3) избытком металлического натрия выделяется водород в количестве, достаточном для полного гидрирования 2,24 л (н.у.) дивинила.

20. Написать структурные формулы и названия спиртов состава С₅Н₁₁ОН. Укажите первичные, вторичные, третичные спирты.

Пример. Какой объем водорода (н.у.) получится при взаимодействии 2 моль металлического натрия с 96%-ным (по массе) раствором этанола в воде (V = 100 мл, плотность ρ = 0,8 г/мл).

Решение

Дано: n(Na)=2 моль ω(C2Н5OH)=96% V(C2Н5OH)= 100 мл, ρ(C2Н5OH)= 0,8 г/мл V(H2) – ?

Решение: m(раствора) = V • ρ = 100 мл • 0,8 г/мл = 80 г m(C2H5OH) = (mраствора • ω) / 100% = 80 г • 0,96 = 76,8 г (1) 2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2 на 2 моль этанола – 2 моль натрия – 1 моль водорода n(C2H5OH) = m(C2H5OH) / M(C2H5OH) = 76,84 г / 46 г/моль = 1,67 моль n1(H2) = 1/2 n(C2H5OH) = 1/2 • 1,67 моль = 0,835 моль V1(H2) = n1(H2) • Vm = 0,835 моль • 22,4 л/моль = 18,7 л Вода, содержащаяся в растворе спирта, тоже реагирует с натрием с выделением водорода. Найдем массу воды: m(H2O) = (mводы • ω) / 100% = 80 г • 0,04 = 3,2 г n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 3,2 г / 18 г/моль = 0,178 моль (2) 2H2O + 2Na = 2NaOH + H2 на 2 моль воды – 2 моль натрия – 1 моль водорода n(Na, остаток) = 2 моль – 1,67 моль = 0,33 моль n2(H2) = 1/2 n(H2O) = 1/2 • 0,178 моль = 0,089 моль V2(H2) = n2(H2) • Vm = 0,089 моль • 22,4 л/моль = 1,99 л Общий объем водорода: V(H2) = V1(H2) + V2(H2) = 18,7 л + 1,99 л = 20,69 л. Ответ: V(H2) = 20,69 л

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________