Опыт 5. Разложение муравьиной и щавелевой кислот при нагревании с концентрированной серной кислотой

Лабораторная работа №3.

Тема: Карбоксильные соединения (Карбоновые кислоты).

Цель: исследовать химические свойства карбоксильных соединений: карбоновых кислот и сложных эфиров.

Опыт 1. Кислотные свойства карбоновых кислот.

Реактивы и материалы: уксусная кислота, 0,1 н. раствор; магний (порошок или стружка); карбонат натрия; баритовая вода; метиловый оранжевый, раствор; лакмус синий, раствор; фенолфталеин, 1 %-ный спиртовой раствор.

1.В три пробирки помещают по 1 капле раствора уксусной кислоты. В первую пробирку добавляют 1 каплю метилового оранжевого, во вторую – 1 каплю лакмуса и в третью - 1 каплю фенолфталеина. В пробирке с метиловым оранжевым появляется красное окрашивание, в пробирке с лакмусом - розовое. Фенолфталеин остается бесцветным.

2.В пробирку помещают 2 капли раствора уксусной кислоты и добавляют немного магния. К отверстию пробирки подносят горящую лучинку. При этом наблюдается вспышка, сопровождающаяся резким звуком, характерным для вспышки смеси водорода и воздуха.

Химизм процесса:

2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂↑

3. В пробирку наливают 2-3 капли раствора уксусной кислоты и добавляют несколько крупинок углекислого натрия. К отверстию пробирки подносят горящую лучинку. Лучинка гаснет.

Химизм процесса:

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CO₂ + H₂O

Карбоновые кислоты в водном растворе диссоциируют с образованием карбоксилат-аниона и протона:

R-COOH ↔ RCOO^- + H⁺

Протон гидроксида в карбоксильной группе отщепляется легче, чем в спиртах (влияние полярной карбонильной группы). Образование карбоксилат-аниона является причиной увеличения кислотности карбоновых кислот по сравнению со спиртами.

На легкость отщепления протона влияет также радикал, связанный с карбоксильной группой. Поэтому карбоновые кислоты дают характерное окрашивание с индикаторами, проводят электрический ток, т. е. являются электролитами. Карбоновые кислоты по сравнению с неорганическими - слабые кислоты. Константа диссоциации у них порядка 10^-5.

Опыт 2. Образование и гидролиз уксуснокислого железа.

Реактивы и материалы: уксуснокислый натрий кристаллический; хлорид железа FeCl₃, 0,1 н. раствор.

В пробирку помещают несколько кристалликов уксуснокислого натрия, 3 капли воды и 2 капли раствора хлорида железа (III). Раствор окрашивается в желтовато-красный цвет в результате образования железной соли уксусной кислоты. Раствор нагревают до кипения. Тотчас же выпадают хлопья основных солей красно-бурого цвета.

Химизм процесса:

3CH₃COONa + FeCl₃ → (CH₃COO)₃Fe + NaCl

(CH₃COO)₃Fe + H₂O → (CH₃COO)₂Fe(OH) + CH₃COOH

(CH₃COO)₂Fe(OH) + H₂O → (CH₃COO)Fe(OH)₂ + CH₃COOH

(CH₃COO)Fe(OH)₂ + H₂O → Fe(OH)₃ + CH₃COOH

Уксусная кислота, как и большинство карбоновых кислот, слабая кислота. Поэтому ее соли легко гидролизуются с образованием основных солей и продуктов водного гидролиза.

Опыт 3. Качественная реакция α-оксикислот с хлоридом железа (III).

Реактивы и материалы: хлорид железа (III), 0,1 н. раствор; фенол, водный раствор; молочная кислота; уксусная кислота концентрированная.

В две пробирки вводят по 1 капле раствора хлорида железа и добавляют по 2 капли раствора фенола. Растворы окрашиваются в фиолетовый цвет. В одну пробирку добавляют 2 капли молочной кислоты, а в другую - столько же капель уксусной кислоты. В пробирке с молочной кислотой появляется зеленовато-желтое окрашивание, в пробирке с уксусной кислотой цвет раствора не изменяется.

α-Оксикислоты вытесняют фенол из комплексного фенолята, и фиолетовая окраска раствора переходит в желтую.

В присутствии молочной кислоты фиолетовый цвет железного комплекса изменяется на зеленовато-желтый вследствие образования лактата железа (молочнокислого железа):

3CH₃-CH(OH)-COOH + FeCl₃→[CH₃-CH(OH)-COO]₃Fe + 3HCl

Эта реакция представляет большой интерес и используется в клинической практике для определения молочной кислоты (как патологического продукта) в желудочном соке.

Опыт 4. Цветная реакция салициловой, галловой кислоты и танина с хлоридом железа (III).

Реактивы и материалы: салициловая кислота, насыщенный раствор; этиловый спирт 96%-ный; галловая кислота, танин (насыщенные растворы); хлорид железа (III), 0,1 н. раствор.

В пробирку вводят 2 капли раствора салициловой кислоты и прибавляют I каплю раствора хлорида железа. Раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет, что указывает на наличие в салициловой кислоте фенольного гидроксила. Добавляют к раствору 4 капли этилового спирта; окраска не исчезает (в отличие от фенола).

В одну пробирку вносят 2 капли раствора галловой кислоты, в другую - 2 капли танина, прибавляют в каждую пробирку по капле раствора хлорида железа. Галловая кислота с хлоридом железа дает зеленовато-черное окрашивание, а танин - сине-черное.

Опыт 5. Разложение муравьиной и щавелевой кислот при нагревании с концентрированной серной кислотой.

Реактивы и материалы: муравьиная кислота безводная; серная кислота концентрированная (d == 1,84 г/см³); щавелевая кислота кристаллическая; баритовая вода, насыщенный раствор. Оборудование: газоотводная трубка.

В пробирку приливают 3 капли муравьиной кислоты, 3 капли концентрированной серной кислоты и нагревают смесь в пламени горелки. Бурно выделяется газ. При поджигании газ горит голубоватыми вспышками.

Химизм процесса:

H₂SO₄

HCOOH → CO + H₂O

Муравьиная кислота под действием концентрированной серной кислоты разлагается с образованием оксида углерода. Это свойство отличает муравьиную кислоту от остальных карбоновых кислот.

В пробирку помещают несколько кристаллов щавелевой кислоты и добавляют 2 капли серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и нагревают на пламени горелки. Поджигают выделяющийся газ - он горит голубоватыми вспышками. После этого конец газоотводной трубки опускают в баритовую воду. Баритовая вода мутнеет.

Химизм процесса:

H₂SO₄

НООС-СООН → CO + CO₂ + H₂O

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O

Под действием концентрированной серной кислоты щавелевая кислота в отличие от других двухосновных кислот разлагается.