Органическая химия

Размещено на http://www.allbest.ru/

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра органической химии

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 250400 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Часть I

АСТРАХАНЬ 2001 г.



Методические указания составлены: к.х.н., доц. органической химии Фоменко Алевтиной Ивановной, к.х.н., доц. органической химии Осиповой Викторией Павловной.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры органической химии 12 сентября 2001 (протокол № 1)

Рецензент: к.х.н., доц. кафедры химической технологии переработки нефти и газа Каратун Ольга Николаевна



Содержание

Введение

Техника безопасности и противопожарные меры

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5



Введение

Изучение органической химии должно включать соответствующий лабораторный практикум. Данные методические указания являются по существу малым практикумом по органической химии. Практические работы проводятся параллельно лекционному курсу и помогают студентам лучше усвоить его. Задачей практикума является ознакомление студентов на опыте с общими свойствами и характерными реакциями различных классов органических соединений. Кроме того, студенты получают практические навыки, умение обращаться с несложными приборами, вести лабораторный журнал, решать простейшие задачи в плане учебно-исследовательской работы, например, на основании практических наблюдений делать выводы, проводить сравнительную характеристику отдельных классов.

Прежде чем приступить к лабораторной работе студент должен ознакомиться с соответствующим разделом курса, изучить теоретические основы определенного класса органических соединений.

В лабораторном практикуме дано описание основных мер, необходимых для безопасной работы в лаборатории, а также описание вредных органических и неорганических веществ, которые используются в лабораторных работах.

Для успешного выполнения работы студент должен ознакомиться с правилами техники безопасности, внимательно прослушать необходимые пояснения преподавателя, а по окончании выполнения каждого опыта оформить отчет в лабораторном журнале. Отчет, кроме наименования опыта, должен включать:

1. Уравнение химической реакции с указанием названий соединений.

2. Свои наблюдения над ходом реакции (например, изменение цвета реакционной массы, выпадение осадка и т.д.).

3. Вывод и при необходимости ответы на вопросы, приведенные в тексте.

После выполнения всей работы в целом студент должен в лабораторном журнале выполнить задание по учебно-исследовательской работе. При условии выполнения всех этих требований студент получает зачет по данной работе автоматически.



Правила техники безопасности при работе в химической лаборатории

Многие из веществ, используемых в органической химии, являются в той или иной мере воспламеняющимися, или токсичными, или теми и другими одновременно. Поэтому при работе в лаборатории необходимо строго соблюдать основные правила техники безопасности независимо от того, какой выполняют эксперимент.

1. Категорически запрещается работать одному в лаборатории, так как в экстренном случае будет некому оказать пострадавшему первую помощь и ликвидировать последствия неудавшегося эксперимента. Работать следует только в отведенное время под контролем преподавателя или других сотрудников.

2. Необходимо соблюдать тишину, чистоту и порядок. Поспешность и неряшливость в работе часто приводят к несчастным случаям. Нельзя отвлекаться от работы и отвлекать своих товарищей. Запрещается держать на лабораторном столе посторонние предметы (сумки, учебники и т.д.).

3. Категорически запрещается принимать и хранить пищу, пить воду и курить.

4. Каждый должен знать, где находятся средства индивидуальной защиты, аптечка, средства для тушения пожара. Кроме очков, в лаборатории должны быть защитные маски, респираторы и противогазы. Во всех лабораториях в легко доступных местах находятся средства для пожаротушения (ящики с песком и совком, огнетушители, противопожарные одеяла); аптечки, которые снабжены всеми медикаментами, необходимыми для оказания первой медицинской помощи (растворы борной кислоты, гидрокарбоната натрия, перманганата калия, танина, нашатырного спирта, а также вата, бинт, йодная настойка, активированный уголь, мазь от ожогов, склянка для промывания глаз).

5. В лаборатории необходимо находиться в застегнутом хлопчатобумажном халате. Это обеспечивает некоторую индивидуальную защиту и позволяет избежать загрязнения одежды.

6. Приступать к работе можно только после усвоения всей техники ее выполнения. Если вы испытываете какие-либо сомнения в методике проведения эксперимента или в технике безопасности, прежде чем продолжать работу, проконсультируйтесь с преподавателем.

7. Нельзя проводить опыты в загрязненной посуде. Посуду следует мыть сразу после окончания эксперимента.

8. Категорически запрещается пробовать химические вещества на вкус. Нюхать вещества следует осторожно, не поднося сосуд близко к лицу, а лишь направляя к себе пары или газы легким движением руки, при этом не следует делать полный вдох. Жидкие органические вещества и их растворы запрещается набирать в пипетки ртом, для этого необходимо использовать резиновые груши и другие приспособления.

9. В процессе работы необходимо следить, чтобы вещества не попадали на кожу, так как многие из них вызывают раздражение и ожоги кожи и слизистых оболочек.

10. Все банки, в которых хранятся вещества, должны быть снабжены этикетками с соответствующими названиями.

11. Запрещается нагревать, смешивать и взбалтывать реактивы вблизи лица. При нагревании нельзя держать пробирку или колбу отверстием к себе или в направлении работающего товарища.

12. Необходимо пользоваться защитными очками в следующих случаях:

а) при работе с едкими веществами (с концентрированными растворами кислот и щелочей, при дроблении твердой щелочи и т. д..);

б) при перегонке жидкостей при пониженном давлении и работе с вакуум-приборами;

в) при работе со щелочными металлами;

г) при определении температуры плавления веществ в приборе с концентрированной серной кислотой;

д) при работе с ампулами и изготовлении стеклянных капилляров.

13. Запрещено выливать в раковину остатки кислот и щелочей, огнеопасных и взрывоопасных, а также сильно пахнущих веществ. Для слива этих веществ в вытяжном шкафу должны находиться специальные сосуды с плотно притертыми крышками и соответствующими этикетками («СЛИВ КИСЛОТ», «СЛИВ ЩЕЛОЧЕЙ», «СЛИВ ОРГАНИКИ»).

14. Не разрешается бросать в раковину стекла от разбитой посуды, бумагу и вату.

15. После завершения работы необходимо отключить газ, воду, вытяжные шкафы и электроэнергию.

Правила техники безопасности при работе с кислотами и щелочами

1. Хранить концентрированные кислоты и щелочи следует в вытяжном шкафу в прочной посуде на поддоне.

2. Все работы с кислотами и щелочами нужно проводить в защитных очках.

3. Концентрированную соляную и азотную кислоты можно переливать только в вытяжном шкафу. Разбавление кислот следует проводить в жаростойкой посуде, при этом кислоту необходимо приливать к воде небольшими порциями, при перемешивании (нельзя приливать воду к концентрированной кислоте, так как в этом случае выделяется большое количество теплоты, вода, как менее плотное вещество, вскипает на поверхности кислоты, и жидкость может быть выброшена из сосуда).

4. При растворении гидроксидов натрия и калия, кусочки щелочи можно брать только пинцетом или шпателем, но не руками; растворение этих веществ следует проводить небольшими порциями.

Правила техники безопасности при работе с бромом

1. Бром необходимо хранить только в толстостенной посуде из темного стекла, с плотно притертыми пробками в ящике с песком под тягой отдельно от концентрированных кислот и аммиака.

2. Все работы с бромом необходимо проводить в вытяжном шкафу в резиновых перчатках и защитных очках, так как он является сильно ядовитым веществом, действующим на слизистые оболочки вызывающим при попадании на кожу тяжело заживающие ожоги. Категорически запрещается набирать бром в пипетку ртом; для этого следует использовать резиновую грушу.

3. Переносить склянки с бромом можно только в емкостях с песком.

Правила техники безопасности при работе с металлическими натрием и калием

1. Нельзя допускать соприкосновения щелочных металлов с водой и галогеносодержащими соединениями.

2. Необходимо хранить металлические натрий и калий в толстостенной посуде из темного стекла под слоем обезвоженного керосина или трансформаторного масла в вытяжном шкафу.

3. Для работы металлический натрий нужно извлечь пинцетом из-под защитного слоя, остатки керосина промокнуть сухой фильтровальной бумагой, отрезать ножом необходимое количество металла и сразу же использовать его по назначению.

4. Большие обрезки натрия следует собрать под слоем керосина, а небольшие кусочки, посуду и бумагу с остатками металла залить этиловым спиртом.

5. Категорически запрещается выбрасывать остатки металлических натрия и калия в мусорное ведро и раковину и оставлять их в пустых пробирках и колбах.

6. Для нагревания реакционных смесей, содержащих щелочные металлы, можно пользоваться только воздушными и песчаными банями.

Техника безопасности при работе с легковоспламеняющимися жидкостями

1. Работы с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) следует проводить подальше от огня. Запрещается нагревать летучие и легковоспламеняющиеся жидкости (ацетон, эфиры, спирты, петролейный эфир, бензин, бензол, сероуглерод) на открытом пламени. Для нагревания ЛВЖ можно пользоваться водяной баней или электрической плиткой с закрытой спиралью, при этом колба должна быть снабжена водяным холодильником.

2. Нельзя нагревать горючие вещества в открытых сосудах. Это следует делать в колбах с обратным холодильником.

3. Перегонять ЛВЖ следует в приборе с водяным холодильником или на роторном испарителе. Нельзя перегонять жидкости досуха -- это может привести к взрыву или пожару. Приборы, в которых содержится ЛВЖ, следует разбирать после удаления всех источников пламени (зажженные газовые горелки, спиртовки, электрические плитки с открытой спиралью и т.д.) и полного охлаждения колбы.

4. Категорически запрещается выливать ЛВЖ в канализацию, ведра и ящики для мусора, так как случайно брошенная спичка может вызвать пожар.

5. ЛВЖ должны храниться в металлических шкафах в количествах, не превышающих ежедневные потребности.

Техника безопасности при работе под вакуумом

При работе под вакуумом (перегонка под вакуумом, вакуум-эксикаторы) необходимо пользоваться очками или защитной маской. При перегонке под вакуумом запрещено использовать плоскодонные колбы, так как они будут раздавлены. По окончании работы давление необходимо выравнивать лишь после полного охлаждения прибора.

Меры безопасности при утечке газа и тушении локального пожара и горящей одежды

1. При обнаружении запаха газа необходимо отключить газовую магистраль, электроприборы и тщательно проветрить лабораторию. Категорически запрещается пользоваться спичками и включать электрический свет.

2. При возникновении пожара нужно быстро убрать все горючие вещества подальше от места возгорания, отключить газовую магистраль, все электроприборы и прекратить активный доступ воздуха в лабораторию.

3. Пламя следует тушить песком или противопожарным одеялом. Тушение пламени водой может привести к расширению очага пожара. В случае более обширной площади возгорания следует пользоваться огнетушителем.

4. Если на ком-либо загорится одежда, необходимо плотно накрыть загоревшуюся ткань противопожарным одеялом. При возгорании одежды нельзя бежать, так как это способствует распространению пламени.

Оказание первой медицинской помощи при ожогах и отравлениях химическими веществами

1. При термических ожогах первой степени (краснота и припухлость) обожженное место надо обработать спиртовым раствором танина, 96%-ным этиловым спиртом или раствором перманганата калия. При ожогах второй и третьей степени (пузыри и язвы) допустимы только обеззараживающие примочки из раствора перманганата калия, после чего необходимо обратиться к врачу.

2. При ожогах кислотами необходимо промыть пораженное место большим количеством проточной воды, а затем 3%-ным раствором гидрокарбоната натрия, после чего -- снова водой.

3. При ожогах щелочами нужно промыть очаг поражения проточной водой, а затем разбавленным раствором борной или уксусной кислоты.

4. При попадании щелочи или кислоты в глаза необходимо промыть их проточной водой (3--5 мин), а затем раствором борной кислоты (в случае попадания щелочи) или гидрокарбоната натрия (в случае попадания кислоты), после чего обратиться к врачу.

5. При ожогах фенолом очаг поражения следует обработать70%-ным этиловым спиртом, а затем глицерином до исчезновения белых пятен на коже. При отравлении парами фенола категорически запрещается пить молоко.

6. При ожогах бромом его нужно смыть 96%-ным спиртом или разбавленным раствором щелочи, после чего место поражения смазать мазью от ожогов и обратиться к врачу. При отравлении парами брома необходимо несколько раз глубоко вдохнуть пары этилового спирта, а затем выпить молока.

7. При попадании на кожу едких органических веществ, не растворимых в воде, их необходимо смыть большим количеством подходящего растворителя. После оказания первой помощи пострадавший должен быть направлен в медпункт.



Лабораторная работа № 1

1. Качественный элементный анализ органических соединений

Принадлежность органических веществ к определенным классам соединений и их строение можно установить с помощью элементного и функционального анализа.

Качественный элементный анализ позволяет определить, из каких элементов построены молекулы вещества, и установить его простейшую формулу. Наиболее часто в состав органических веществ, помимо углерода и водорода, входят кислород, сера, азот и галогены.

При выполнении элементного анализа органическое соединение разлагают таким образом, чтобы исследуемые элементы перешли в состав неорганических веществ. При этом углерод переходит в оксид углерода (IV), водород -- в воду, азот -- в цианид-ион, аммиак или молекулярный азот, сера -- в сульфид. Дальнейшее определение элемента проводят обычными методами аналитической химии.

Опыт 1. Обнаружение углерода пробой на обугливание

Реактивы и оборудование: сахар (или мука, крахмал), бумага, 1%-ный раствор серной кислоты, концентрированная серная кислота; фарфоровые чашки, шпатели, держатели, цилиндры на 50 мл, стеклянные палочки.

Первой пробой на обнаружение углерода в неизвестном органическом веществе является его прокаливание или обугливание под действием водоотнимающих веществ, например концентрированной серной кислоты.

В фарфоровую чашку (тигель) насыпают немного муки, крахмала или сахара (0,1--1,2 г), закрепляют ее в держателе. Осторожно нагревают чашку в пламени горелки и прокаливают исследуемое вещество до обугливания (почернения).

На листочке фильтровальной бумаги (целлюлозе) при помощи стеклянной палочки делают надпись 1%-ным раствором серной кислоты. После высыхания такая надпись будет невидна. После нагревания бумаги над пламенем газовой горелки или над электрической плиткой надпись, сделанная серной кислотой, проявляется в виде черных обугленных полос.

В фарфоровой ступке растирают 25 г быстрорастворимого сахара и добавляют 3 мл воды. Образовавшуюся смесь переносят в стеклянный цилиндр вместимостью 50 мл и постепенно, непрерывно перемешивая стеклянной палочкой, добавляют 12,5 мл концентрированной серной кислоты. С началом обугливания стеклянную палочку приподнимают. Смесь вспучивается, и черная пористая масса поднимается по палочке (демонстрационный опыт).

Опыт 2. Обнаружение углерода и водорода окислением вещества оксидом меди (II)

Реактивы и оборудование: сахар (предварительно просушенный), оксид меди (II) -- порошок, известковая (или баритовая) вода -- насыщенный раствор гидроксида кальция или бария, безводный сульфат меди(II) -- свежепрокаленный; изогнутые газоотводные трубки с пробками для пробирок, вата.

Некоторые органические вещества не обугливаются обычным путем. Например, спирты и эфиры испаряются раньше, чем успевают обуглиться; мочевина и фталевый ангидрид возгоняются до обугливания. В таких веществах обнаружить углерод можно при прокаливании их в присутствии оксида меди (II). Органическое вещество окисляется оксидом меди. При этом углерод превращается в углекислый газ, а водород -- в воду.

В сухую пробирку насыпают порошок оксида меди (II) (около1 г) и 0,1--0,2 г сахарозы. Избыток оксида меди необходим для того, чтобы органическое вещество полностью было окислено. Смесь перемешивают и сверху добавляют дополнительно около 0,5--1 г оксида меди.

В верхнюю часть пробирки помещают маленький комочек ваты, на который насыпают немного обезвоженного сульфата меди (II). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой (рис. 1).

Пробирку закрепляют в лапке штатива с небольшим наклоном в сторону пробки. Свободный конец газоотводной трубки опускают в пробирку с известковой (баритовой) водой. Сначала прогревают всю пробирку, а потом сильно нагревают часть пробирки с реакционной смесью.

Выделяющиеся в процессе прокаливания пузырьки газа (СО₂) вызывают помутнение известковой воды вследствие образования белого осадка СаСО₃:

С0₂ + Са(ОН)₂ СаС0₃ + Н₂О

Рис. 1. Прибор для одновременного обнаружения углерода и водорода в органическом веществе:

1 -- сухая пробирка со смесью сахарозы и оксида меди (II);

2 -- вата;

3 -- безводный сульфат меди;

4 -- пробирка с известковой водой

Выделяющаяся в процессе реакции вода окрашивает сульфат меди (II) в синий цвет в результате образования кристаллогидрата CuSO₄ * 5Н₂О.

Опыт 3. Обнаружение азота сплавлением вещества с металлическим натрием (тяга, защитные очки)

Реактивы и оборудование: мочевина, металлический натрий, 5%-ный раствор сульфата железа (II), 1-%-ный раствор хлорида железа (III), 10%-ная соляная кислота, этиловый спирт, лакмусовая бумага; пинцеты, скальпели, фильтровальная бумага, пипетки.

Метод основан на том, что при сплавлении органического вещества, содержащего азот, с металлическим натрием происходит разложение вещества с образованием цианида натрия. Для обнаружения цианида натрия используют реакцию получения берлинской лазури. Свое название цианид натрия получил от латинского названия cyanus -- синий, т.е. способный давать синюю окраску.

В сухую пробирку вносят несколько кристаллов мочевины H₂N--СО--NH₂ и небольшой кусочек металлического натрия (с небольшую горошину), предварительно очищенного от корки и не содержащего остатков керосина. Вместо мочевины можно взять другое органическое вещество, содержащее азот, например анилин, ацетамид, яичный белок и др.

Смесь осторожно нагревают в пламени горелки (тяга, защитные очки). Разложение вещества сопровождается вспышкой. После вспышки пробирку нагревают до красного каления еще 1--2 мин. Необходимо отметить, что натрий должен плавиться вместе с мочевиной, иначе не будет образовываться цианид натрия, и опыт окажется неудачным. После охлаждения пробирки на воздухе в нее добавляют 3--5 капель этилового спирта для удаления остатков металлического натрия:

2С₂Н₅ОН + 2Na > 2C₂H₅ONa + Н₂

Затем в пробирку приливают 1,5 мл дистиллированной воды и нагревают ее до полного растворения плава при помешивании стеклянной палочкой. На этом этапе цианид натрия переходит в раствор, который затем переливают в другую пробирку (при необходимости его фильтруют через маленький складчатый фильтр). Если органическое вещество разложилось частично, то жидкость будет окрашена в бурый или черный цвет. В этом случае плавление исследуемого вещества с металлическим натрием необходимо повторить.

К фильтрату добавляют 2--3 капли 5%-ного раствора сульфата железа (II) и 1 каплю 1%-ного раствора хлорида железа (III) и наблюдают выпадение осадков гидроксида железа (II) грязно-зеленого цвета и гидроксида железа (III) бурого цвета в щелочной среде:

FeSO₄ + 2NaOH Fe(OH)₂ + Na₂SO₄

FeCl₃ + 3NaOH Fe(OH)₃ + 3NaCl

В случае избытка цианида натрия в растворе будет образовываться гексацианоферрат (II) натрия:

Fe(OH)₂ + 2NaCN Fe(CN)₂ + 2NaOH

Fe(CN)₂ + 4NaCN Na₄[Fe(CN)₆]

После перемешивания содержимого пробирки его подкисляют 10%-ной соляной кислотой (несколько капель). Смесь осадков гидроксидов железа (II) и (III) растворяется, и появляется синяя окраска (берлинская лазурь), а затем выпадает синий осадок. Берлинская лазурь образуется при взаимодействии гексацианоферрата (II) натрия с ионами трехвалентного железа, которые появляются только в кислой среде. В щелочной среде обычно содержится недиссоциированный гидроксид железа (III):

Fe(OH)₃ + ЗНС1 FеС1₃ + ЗН₂О

4FeCl₃ + 3Na₄[Fe(CN)₆] Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12NaCl

Если берлинской лазури образуется очень мало, то раствор окрашивается в зеленый цвет, переходящий в синий при длительном стоянии.

Опыт 4. Определение серы сплавлением органического вещества с металлическим натрием (тяга, защитные очки)

Реактивы и оборудование: тиомочевина, металлический натрий, 2%-ный раствор ацетата свинца, 2%-ный раствор нитропруссида натрия (свежеприготовленный), 10%-ная соляная кислота, уксусная кислота, этиловый спирт; скальпели, пинцеты, пипетки, стеклянные палочки, фильтровальная бумага.

Принцип метода состоит в том, что при сплавлении металлического натрия с изучаемым органическим веществом происходит его разложение, и выделяющаяся сера образует с натрием соответствующий сульфид. Далее сульфид-ион S^2- обнаруживают обычными качественными реакциями.

В сухую пробирку помещают несколько крупинок тиомочевины (или сульфаниловой кислоты, белого стрептоцида, сухого белка и т.д.) и кусочек металлического натрия с блестящей поверхностью размером с небольшую горошину. Далее проводят сплавление (тяга, защитные очки) так, как было описано в опыте 3 (определение азота). Полученный раствор, содержащий сульфид натрия, разливают в три пробирки.

В первую пробирку добавляют несколько капель уксусной кислоты, а затем приливают 0,5 мл 2%-ного раствора ацетата свинца. Образуется черный осадок сульфида свинца. Если образуется черный или бурый коллоидный раствор, то его нагревают, и образование осадка ускоряется:

Na₂S + Pb(CH₃COO)₂ PbS + 2CH₃COONa

Во вторую пробирку приливают 0,5 мл 2%-ного раствора нитропруссида натрия Na₂[Fe(CN)₅NO]. Появляется интенсивное красно-фиолетовое окрашивание раствора, которое постепенно переходит в бурое:

Na₂S + Na₂[Fe(CN)₅NO] Na₄[Fe(CN)₅NOS]

Эта реакция значительно чувствительнее реакции с ацетатом свинца.

В третью пробирку с раствором добавляют 10%-ную соляную кислоту, при этом появляется запах сероводорода:

Na₂S + 2НС1 2NaCl + H₂S

Опыт 5. Определение галогенов в органических веществах

Реактивы и оборудование: хлороформ, дистиллированная вода, соляная кислота, этиловый спирт, металлический натрий, 1%-ный раствор нитрата серебра, концентрированная азотная кислота, синяя лакмусовая бумага; медная проволока с петлей на конце, вставленная другим концом в корковую пробку, прямые газоотводные трубки, стаканы на 150 мл, пинцеты, скальпели, фильтровальная бумага.

Реакция Бейлъштейна на галогены. При прокаливании галогеносодержащего органического вещества с оксидом меди (II) происходит его окисление, причем галогены (кроме фтора) образуют с медью летучие галогениды, окрашивающие пламя в ярко-зеленый цвет.

Петлю медной проволоки прокаливают в пламени горелки до прекращения окрашивания пламени и образования на поверхности черного налета оксида меди (II):

2Сu + О₂ 2СuО

Остывшую петлю смачивают хлороформом или тетрахлоридом углерода, а затем снова вносят в пламя газовой горелки. Сначала пламя становится светящимся благодаря сгоранию углерода, а потом окрашивается в ярко-зеленый цвет:

2СНС1₃ + 5СuО СuС1₂ + 4СuС1 + 2СО₂ + Н₂О

Для очистки проволоку смачивают соляной кислотой и прокаливают.

Метод Степанова (определение галогенов действием металлического натрия на спиртовой раствор органического вещества). Для определения галогена в органическом веществе его восстанавливают водородом в момент выделения, при этом галоген отщепляется в виде аниона, который можно открыть качественной реакцией с нитратом серебра.

В пробирку наливают 2--3 мл этилового спирта и добавляют 1 каплю хлороформа или другого галогеносодержащего органического вещества (тетрахлорид углерода, йодоформ и др.). В полученную смесь вносят кусочек металлического натрия величиной с небольшую горошину. Начинается энергичная реакция, сопровождающаяся выделением водорода, причем часть водорода в момент выделения участвует в восстановлении хлороформа:

2С₂Н₅ОН + 2Na 2C₂H₅ONa + 2[Н]

СНС1₃ + 6[Н] ЗНС1 + СН₄

НС1 + C₂H₅ONa NaCl + С₂Н₅ОН

Пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой и поджигают выделяющийся водород.

После окончания выделения водорода и полного растворения натрия к реакционной смеси добавляют 2 мл дистиллированной воды. Избыток алкоголята натрия реагирует с водой с образованием гидроксида натрия:

C₂H₅ONa + Н₂О С₂Н₅ОН + NaOH

В воде также растворяется белый осадок хлорида натрия, плохо растворимый в этиловом спирте. Необходимо отметить, что в присутствии щелочи нельзя обнаружить хлорид-ион реакцией с нитратом серебра, так как при его добавлении будет образовываться бурый осадок гидроксида серебра. Поэтому полученный щелочной раствор подкисляют несколькими каплями концентрированной азотной кислоты (контроль по лакмусовой бумаге) и к кислому раствору добавляют несколько капель 1%-ного раствора нитрата серебра. Наблюдают выпадение белого творожистого осадка хлорида серебра:

NaCl + AgN0₃ NaNO₃ + AgCl

Необходимо помнить, что при выполнении опыта нельзя брать избыток хлороформа, так как хлороформ, не прореагировавший с водородом, при разбавлении реакционной смеси водой дает стойкую белую эмульсию, которая в дальнейшем будет маскировать появление белого осадка при проведении качественной реакции с нитратом серебра.

углерод обугливание метан химический



Лабораторная работа № 2

1. Органические вещества алифатического ряда

1.1 Предельные углеводороды (алканы)

Опыт 6. Получение метана и его химические свойства

Реактивы и оборудование: смесь для получения метана -- безводный ацетат натрия, едкий натр; разбавленный раствор перманганата калия, 5%-ный раствор карбоната натрия, бромная вода (насыщенная); изогнутые газоотводные трубки, крышки от тиглей, стеклянный цилиндр или химический стакан на 200 мл.

В сухую пробирку насыпают смесь для получения метана (на 1/3 часть объема пробирки), размещая ее таким образом, чтобы метан мог свободно выходить из пробирки. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и закрепляют ее в лапке штатива с небольшим наклоном в сторону пробки (рис. 2).

Рис.2. Прибор для получения метана

Перед получением метана в штатив ставят две пробирки: в первую наливают разбавленный раствор перманганата калия и 5%-ныйраствор карбоната натрия в соотношении 3:1, во вторую -- 3--4 мл насыщенной бромной воды.

Равномерно прогревают всю пробирку, а затем сильно нагревают ту ее часть, где находится основная часть смеси. Сначала из пробирки вытесняется воздух, потом начинает выделяться метан. Метан поджигают у конца газоотводной трубки, он горит несветящимся голубоватым пламенем. Если внести в пламя метана фарфоровую крышку от тигля, то черного пятна от сажи на ней не образуется. Почему?

Опыт 7. Реакции с жидкими предельными углеводородами

Реактивы и оборудование: жидкие насыщенные углеводороды, 5%-ный раствор карбоната натрия, 1%-ный раствор перманганата калия, концентрированная серная кислота, концентрированная азотная кислота; фарфоровые чашки.

Для изучения свойств жидких предельных углеводородов часто используют петролейный эфир, который обычно представляет собой смесь пентана и гексана.

В три пробирки наливают по 1 мл петролейного эфира. В одну добавляют 1 мл 5%-ного карбоната натрия, а затем по каплям при встряхивании -- раствор перманганата калия. Во вторую пробирку вносят 1 мл концентрированной серной кислоты, а в третью -- 1 мл концентрированной азотной кислоты. Содержимое пробирок тщательно взбалтывают в течение 2--3 мин.

Во всех трех пробирках не будет наблюдаться никаких изменений, так как при комнатной температуре жидкие алканы не вступают в реакцию с выше перечисленными реактивами.

В фарфоровую чашку наливают 1 мл жидких алканов и поджигают их.

Почему в отличие от метана жидкие предельные углеводороды горят коптящим пламенем? Напишите уравнения реакций горения пентана и гексана.



Лабораторная работа № 3

1. Этиленовые углеводороды (алкены)

Опыт 8. Получение и свойства этилена

Реактивы и оборудование: смесь для получения этилена, бромная вода (насыщенная), 2%-ный раствор перманганата калия, 10%-ный раствор карбоната натрия, 1%-ный раствор перманганата калия, концентрированная серная кислота; прибор для получения этилена, кипятильники (кусочки битого фарфора или кварцевый песок), газоотводные трубки, соединенные с хлоркальциевыми трубками, заполненными кусочками натронной извести, крышки от тиглей.

В сухую пробирку наливают 4--5 мл смеси для получения этилена, состоящей из 96%-ного этилового спирта и концентрированной серной кислоты в объемном соотношении 1:2. При смешивании этанола с серной кислотой образуется этилсерная кислота (кислый сложный эфир).

В реакционную смесь помещают несколько кипятильников (для равномерного кипения). Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой, которую предварительно соединяют с хлоркальциевой трубкой, заполненной натронной известью (рис. 3).

Рис. 3. Прибор для получения этилена: 1 -- пробирка со смесью для получения этилена; 2 -- кипятильники; 3 -- хлоркальциевая трубка с натронной известью

Необходимо помнить, что гранулированная натронная известь не должна плотно заполнять хлоркальциевую трубку, чтобы выделяющиеся при реакции газы не выбили пробку из пробирки, и не произошел выброс реакционной смеси.

Перед получением этилена, в штатив ставят три пробирки с реактивами. В первую наливают 3--4 мл бромной воды, во вторую --2 мл 2%-ного раствора перманганата калия и 0,5 мл 10%-ного раствора карбоната натрия, а в третью -- 2 мл 1%-ного раствора перманганата калия и 1 каплю концентрированной серной кислоты.

Реакция этилена с бромной водой. Пробирку с реакционной смесью для получения этилена закрепляют в лапке штатива и осторожно нагревают таким образом, чтобы кипящую жидкость не перебросило в хлоркальциевую трубку. При нагревании из этилсерной кислоты образуется этилен.

Выделяющийся этилен пропускают через бромную воду, которая моментально обесцвечивается (качественная реакция на кратные связи). Кроме основной реакции, при получении этилена протекают побочные реакции. Так, концентрированная серная кислота при высокой температуре окисляет органическое вещество до углерода и оксида углерода (IV), в результате чего смесь чернеет, а сама кислота восстанавливается до оксида серы (IV). Выделяющиеся кислотные оксиды активно поглощаются натронной известью, помещенной в хлоркальциевую трубку.

Напишите механизм реакции образования этилена (сернокислотная дегидратация) из этилсерной кислоты.

Напишите механизм реакции электрофильного присоединения (А_Е) брома к этилену и укажите, какую роль в этом процессе играет вода.

Взаимодействие этилена с водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера). Этилен пропускают через 2%-ный раствор перманганата калия, подщелоченный 10%-ным раствором карбоната натрия. Наблюдают исчезновение фиолетовой окраски перманганата калия и образование бурого хлопьевидного осадка (качественная реакция на кратные связи).

Окисление этилена в кислой среде. Через подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия пропускают этилен. В результате реакции происходит его обесцвечивание, при этом бурые хлопья не образуются, так как окисление происходит более глубоко. Напишите соответствующие уравнения реакции.

Опыт 9. Свойства жидких алкенов

Реактивы и оборудование: керосин или бензин, 3%-ный раствор брома в тетрахлориде углерода, 2%-ный раствор перманганата калия, 10%-ный раствор карбоната натрия, концентрированная серная кислота; пробирки.

Для опытов с жидкими алкенами можно использовать бензин или керосин, так как в их состав входят различные непредельные углеводороды.

В три пробирки наливают по 1 мл керосина (или бензина). В первую пробирку добавляют несколько капель 3%-ного раствора брома в тетрахлориде углерода. Полученную смесь осторожно нагревают на горячей водяной бане. Наблюдают исчезновение желтой окраски.

Напишите механизм реакции присоединения брома к пентену-2.

Во вторую пробирку добавляют 1 мл 2%-ного раствора перманганата калия, подщелоченного раствором соды. Фиолетовая окраска раствора исчезает, и появляется бурый хлопьевидный осадок. Напишите уравнение окисления гексена.

В третью пробирку приливают 1 мл концентрированной серной кислоты и взбалтывают смесь несколько минут. При сильном разогревании смеси пробирку необходимо охладить водой. Наблюдают исчезновение слоя жидких алкенов и появление бурой окраски реакционной смеси. Напишите механизм реакции присоединения серной кислоты к 2-метилпентену-2.



Лабораторная работа № 4

1. Ацетиленовые углеводороды (алкины)

Опыт 10. Получение ацетилена и его химические свойства

Реактивы и оборудование: карбид кальция (кусочки), насыщенная бромная вода, 1%-ный раствор перманганата калия, 10%-ный раствор карбоната натрия, 1%-ный раствор нитрата серебра, 5%-ный раствор аммиака, аммиачный раствор хлорида меди (I); газоотводные трубки, прямые газоотводные трубки с оттянутым концом, крышки от тиглей, фильтровальная бумага, пробирки.

Получение ацетилена и его горение (тяга). В пробирку помещают небольшой кусочек карбида кальция СаС₂ и приливают 1 мл воды. Пробирку сразу же закрывают пробкой с газоотводной трубкой с оттянутым концом. Выделяющийся ацетилен поджигают. Он горит коптящим пламенем (на поднесенной к пламени крышке тигля образуется пятно сажи). При интенсивной подаче кислорода ацетилен горит светящимся пламенем, так как происходит его полное сгорание.

Взаимодействие ацетилена с бромной водой. Пробирку с карбидом кальция и водой закрывают пробкой с изогнутой газоотводной трубкой и пропускают ацетилен через насыщенную бромную воду. Наблюдают постепенное обесцвечивание бромной воды.

Объясните, почему ацетилен обесцвечивает бромную воду значительно медленнее, чем этилен и подтвердите уравнением реакции.

Реакция окисления ацетилена перманганатом калия. В пробирку наливают 1 мл раствора перманганата калия, добавляют 1 мл 10%-ного раствора карбоната натрия, а затем через полученный раствор пропускают ацетилен. Фиолетовая окраска исчезает, и появляется хлопьевидный осадок оксида марганца (IV) бурого цвета. Напишите уравнение окисления ацетилена и назовите продукты реакции.

Получение ацетиленидов серебра и меди. Атомы водорода у ацетилена, в отличие от этиленовых углеводородов, могут легко замещаться на металлы с образованием соответствующих солей. Подобные свойства характерны и для моноалкилзамещенных ацетиленового ряда.

Для получения ацетиленида серебра в пробирку наливают 2 мл 1%-ного раствора нитрата серебра и прибавляют по каплям 5%-ный раствор аммиака до полного растворения образующегося вначале осадка оксида серебра (I). Через полученный раствор пропускают ацетилен и наблюдают выпадение желтовато-серого осадка ацетиленида серебра.

Для получения ацетиленида меди (I) в пробирку наливают 2--3 мл аммиачного раствора хлорида меди (I) и пропускают через него ацетилен. Бесцветный раствор сначала окрашивается в красный цвет, а затем выпадает красно-бурый осадок ацетиленида меди (I).

Эту реакцию можно провести другим способом. Для этого смачивают полоску фильтровальной бумаги аммиачным раствором хлорида меди (I) и подносят ее к отверстию пробирки, из которой выделяется ацетилен. Наблюдают появление красно-бурого окрашивания. Эту очень чувствительную реакцию применяют для обнаружения следов ацетилена, в том числе при санитарной экспертизе воздуха на предприятиях. Напишите схемы получения ацетиленидов и объясните их образование. Какие свойства проявляет ацетилен в данной реакции?



Лабораторная работа № 5

1. Ароматические соединения

1.1 Бензол и его гомологи

Опыт 11. Получение бензола из бензоата натрия

Реактивы и оборудование: бензоат натрия, едкий натр; лед, изогнутые газоотводные трубки, ступки, стеклянные палочки, стаканы на 100 мл, пробирки.

В ступке тщательно растирают 1 г бензоата натрия и 2 г едкого натра. Смесь помещают в сухую пробирку, закрывают пробкой с изогнутой газоотводной трубкой и закрепляют пробирку в лапке штатива с наклоном в сторону пробки. Конец газоотводной трубки опускают в пробирку-приемник, охлаждаемую водой со льдом. Пробирку со смесью сначала равномерно прогревают на газовой горелке, а затем сильно нагревают часть пробирки, заполненную реакционной смесью. Образующийся бензол собирается в пробирке-приемнике. Его обнаруживают по запаху и горючести. Для этого стеклянную палочку смачивают образовавшимся дистиллятом и подносят к пламени горелки. Бензол горит коптящим пламенем.

Опыт 12. Отношение ароматических углеводородов к окислителям

Реактивы и оборудование: бензол, толуол, 5%-ный раствор перманганата калия, 10%-ный раствор серной кислоты; обратные холодильники к пробиркам, водяные бани.

В две пробирки наливают по 1 мл бензола и толуола и добавляют по 1 мл 5%-ного раствора перманганата калия и 10%-ного раствора серной кислоты в каждую. Пробирки закрывают пробками с воздушными холодильниками и нагревают на водяной бане. В пробирке с толуолом наблюдают обесцвечивание перманганата калия, а в пробирке с бензолом никаких изменений не происходит. Объясните почему? Напишите уравнения реакций.

Следует отметить, что бензол может содержать примеси, которые изменяют окраску перманганата калия, поэтому для опыта необходимо брать предварительно очищенный бензол.

Опыт 13. Бромирование бензола (тяга)

Реактивы и оборудование: бензол, раствор брома в тетрахлориде углерода (1:5), железные опилки, синяя лакмусовая бумага; водяные бани, обратные холодильники к пробиркам, пробирки.

В две пробирки приливают по 1 мл бензола и по 1 мл раствора брома в тетрахлориде углерода. В одну из пробирок добавляют немного железных опилок (на кончике шпателя). Пробирки закрывают пробками с воздушными холодильниками и нагревают на теплой водяной бане. Через некоторое время в пробирке с железными опилками происходит обесцвечивание реакционной смеси. Синяя лакмусовая бумажка, смоченная водой и поднесенная к свободным концам стеклянных трубок, подтверждает, что реакция идет только в пробирке с железными опилками (происходит изменение цвета индикатора от паров выделяющегося бромводорода).

Через 5--10 мин после начала реакции в реакционную смесь опускают полоску фильтровальной бумаги, которую затем подсушивают на воздухе. На бумаге остается бромбензол, отличающийся по запаху от исходного бензола.

Необходимо помнить, что реакция замещения водорода в бензоле происходит в присутствии активированной частицы галогена. Активирование галогена осуществляется действием катализаторов (часто кислоты Льюиса). Галогенирование в ядро протекает по механизму электрофильного замещения (S_E).

Напишите уравнение реакции образования апротонной кислоты Льюиса (FeBr₃) и механизм реакции бромирования бензола. Какие из изомеров дибромбензола могут получиться при дальнейшем бромировании бромбензола?



Опыт 14. Бромирование толуола (тяга)

Реактивы и оборудование: толуол, раствор брома в тетрахлориде углерода, железные опилки, синяя лакмусовая бумага; обратные холодильники к пробиркам, водяные бани, пробирки.

Повторяют опыт 13, но вместо бензола в две пробирки вносят по 1 мл толуола. Пробирку, не содержащую железных опилок, нагревают на кипящей водяной бане.

В отличие от предыдущего опыта, реакция идет в обеих пробирках. Бромирование толуола протекает по двум направлениям в зависимости от условий проведения реакции. В отсутствии катализатора (Fe), но при нагревании галоген замещает водород в боковой цепи по радикальному механизму (S_R).

В присутствии катализатора (кислоты Льюиса) идет замещение водорода на бром в ароматическом ядре по ионному механизму (S_E), при этом атом галогена вступает в кольцо в орто- или пара-положение по отношению к алкильному радикалу.

Напишите механизмы галогенирования толуола в боковую цепь (S_R) и в ароматическое кольцо (S_E). Объясните роль катализатора при галогенировании ароматических углеводородов в кольцо. Объясните ориентирующее влияние алкильных радикалов в реакциях электрофильного замещения с точки зрения статического и динамического подходов.

Опыт 15. Нитрование бензола (тяга)

Реактивы и оборудование: бензол, концентрированные азотная и серная кислоты; обратные холодильники к пробиркам, водяные бани, стаканы на 50 мл, лед, пробирки.

В пробирку вносят 1 мл концентрированной азотной кислоты ( = 1,4 г/см³) и 1,5 мл концентрированной серной кислоты. Нитрующую смесь охлаждают ледяной водой, а затем к ней при встряхивании и охлаждении в несколько приемов прибавляют 1 мл бензола. Пробирку закрывают пробкой с воздушным холодильником и нагревают на водяной бане (50--55 °С) 5--10 мин, периодически встряхивая. После окончания реакции содержимое пробирки осторожно выливают в стакан с ледяной водой. Избыток минеральных кислот растворяется в воде, а нитробензол выделяется на дне стакана в виде маслянистых желтоватых капель, пахнущих горьким миндалем.

Напишите механизм реакции нитрования бензола. Какую роль играет серная кислота?

Опыт 16. Сульфирование бензола и толуола (тяга)

Реактивы и оборудование: бензол, толуол, концентрированная серная кислота; обратные холодильники к пробиркам, водяные бани, химические стаканы на 50 мл, пробирки.

В пробирки помещают по 0,5 мл бензола и толуола и добавляют по 2 мл концентрированной серной кислоты. Пробирки закрывают пробками с воздушными холодильниками и нагревают их на кипящей водяной бане 10--15 мин при постоянном перемешивании. Толуол постепенно растворяется в серной кислоте, а в пробирке с бензолом изменений не происходит. Когда толуол полностью растворится, пробирки охлаждают, и их содержимое осторожно выливают в стаканы с 20 мл воды. Бензол всплывает на поверхность воды, так как в данных условиях он не реагирует с серной кислотой. Толуол сульфируется легче, чем бензол. В процессе реакции образуются изомерные толуолсульфокислоты, хорошо растворимые в воде.

Объясните, как алкильный радикал влияет на скорость реакции сульфирования в ароматическом кольце. Напишите механизм реакции сульфирования толуола.

Размещено на Allbest.ru

...