Очистка органических соединений

Лабораторная работа № 1

ОЧИСТКА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:очистить методом кристаллизации твердое вещество, определить его температуру плавления, сделать вывод о степени чистоты исследуемого соединения.

Реактивы и материалы:твердое термоустойчивое вещество, набор рас- творителей (вода, этанол, ацетон, хлороформ, четырехлористый угле- род, бензол, толуол, гексан, диэтиловый эфир, петролейный эфир, этилацетат, диоксан, ледяная уксусная кислота).

Оборудование:набор пробирок, пробиркодержатель, спиртовка, кругло- донная колба (или стакан) на 100 мл, обратный холодильник, «кипел- ки» (кусочки фарфора или капилляры, запаянные с одного конца), стеклянная палочка, баня, плитка, воронка Бюхнера, колба Бунзена, фильтровальная бумага, стеклянная воронка, прибор для определения температуры плавления, капилляр, стеклянная трубка длиной 80–

90 см, резиновое колечко, асбестовая сетка.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Для того чтобы изучить органическое вещество, необходимо, пре- жде всего, его получить, а затем выделить в чистом виде. Выделение и очистка органических соединений связаны со сложностью органических реакций, часто протекающих с образованием смеси соединений. Трудно- сти при выделении индивидуального вещества из смеси и их очистка свя- заны с разнообразием проявляемых свойств органических соединений. Поэтому и методы их выделения и очистки также многообразны.

В лаборатории органической химии чаще всего приходится сталки-

ваться с жидкими и твердыми веществами.

При выделении из жидких смесей несмешивающихся компонентов пользуются делительными воронками. После того как смесь, налитаю в делительную воронку, отстоится и хорошо обозначится граница между компонентами, открывают кран и сливают нижний слой.

Для смешивающихся жидкостей используют простую и фракци- онную перегонку (ректификацию) при атмосферном давлении. Простую перегонку применяют для разделения жидкостей, кипящих при темпера-

турах, отличающихся не менее чем на 60–80°С, или если основное веще- ство необходимо отделить от нелетучих примесей. Фракционную пере- гонку (ректификацию) используют для разделения жидкостей, имеющих близкие температуры кипения. При этом отбирают фракции, кипящие в определенных интервалах температур. Отдельные фракции перегоняют

несколько раз для получения чистого вещества с необходимыми узкими пределами температур кипения (от долей градуса до нескольких граду- сов). Если вещество имеет низкую термическую устойчивость, то прово- дят перегонку в вакууме (под уменьшенным давлением), создаваемым водоструйными или масляными насосами, причем чем более понижается давление при перегонке, тем ниже температура кипения данного соедине- ния. Если вещество летуче с водяным паром, то пользуются перегонкой с водяным паром. С паром могут перегоняться и некоторые твердые веще- ства.

Современным методом разделения смесей на индивидуальные со- единения является хроматография. Из имеющихся способов хромато- графии наиболее распространена адсорбционная (жидкостная) хрома- тография, основанная на различной адсорбционной способности компо- нентов смесей на сорбентах (обычно оксид алюминия, силикагель, мел). Через колонку, наполненную сорбентом, пропускают раствор разделяе- мой смеси в растворителе (эфир, бензол и др.) или в смеси растворителей. При этом компоненты смеси, удерживающиеся на сорбенте, будут вымы- ваться с колонки с различной скоростью. При разделении смесей и иден- тификации соединений, а также в контроле протекания реакций часто ис- пользуют тонкослойную хроматографию (ТСХ). В этих случаях сорбен- том покрывают стеклянную пластинку, на которую наносят (около края пластины) раствор исследуемой смеси в растворителе, после чего на пла- стинку подается тем или иным способом растворитель (элюент), который самопроизвольно поднимается от края, где находится введенный раствор смеси, до определенного уровня. Пластину высушивают и проявляют (обычно парами йода), при этом появляются пятна на разных расстояниях (от точки внесения растворенной смеси), соответствующие пробегу каж- дого из компонентов. Более информативна газожидкостная хромато- графия (ГЖХ), позволяющая разделять смеси на составляющие компо- ненты, идентифицировать соединения, контролировать ход реакций, изу- чать кинетику процессов. Для проведения ГЖХ имеются специальные приборы, используемые в научных лабораториях и на промышленных предприятиях – хроматографы.

Из смеси твердых веществ компоненты часто выделяют методом

кристаллизации, основанным на различной растворимости в растворите-

ле компонентов смеси. Обычно смеси нагревают с растворителем (или смесью растворителей), который лучше растворяет целевые соединения, чем другие компоненты. После фильтрования и охлаждения фильтрата искомое твердое вещество выпадает в осадок. Если необходимо, выделен- ный продукт перекристаллизовывают до получения соединения с необхо- димыми пределами температур плавления (от 0,5 до нескольких °С).

Твердые вещества можно выделить и очистить возгонкой (субли-

мацией).

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Кристаллизацией называется метод разделения и очистки твердых веществ, основанный на процессе образования и роста кристаллов из пе- ресыщенных растворов соответствующих веществ.

Вся процедура кристаллизации включает в себя шесть этапов:

- выбор растворителя для проведения кристаллизации;

- получение нагретого пересыщенного раствора вещества в подхо-

дящем растворителе;

- фильтрование горячего раствора от взвешенных нерастворимых частиц;

- медленное охлаждение раствора до комнатной температуры и ниже

(снег, лед, охлаждающие смеси);

- отделение кристаллов от маточного раствора и их промывание;

- сушка кристаллов.

ПРОВЕДЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

После подбора растворителя необходимое для проведения кристал- лизации количество вещества взвешивают и помещают в круглодонную колбу (или стакан, если в качестве растворителя выбрана вода). Через об- ратный холодильник добавляют растворитель в количестве 30–50 мл на 1–

3 г вещества. При этом вещество не должно раствориться полностью.

Нагревают раствор до кипения. Если вещество не растворилось, то через холодильник добавляют небольшими порциями растворитель каж- дый раз, подогревая раствор до кипения. Эту операцию проводят до тех пор, пока все вещество полностью не растворится в кипящем растворите-

ле (при этом могут остаться нерастворимые примеси).

Горячий раствор быстро фильтруют через складчатый фильтр, что- бы при охлаждении не выпали кристаллы. (Лучше всего фильтрование проводить через воронку для горячего фильтрования). Затем раствору дают медленно охладиться. Чаще всего кристаллизация не является само- произвольной. Ее инициируют путем внесения затравочного кристалла (того же самого очищаемого вещества) или потиранием стеклянной па- лочкой о стенку сосуда. В результате из пересыщенного раствора обычно выкристаллизовывается более чистое вещество. Температура эффектив- ного образования центров кристаллизации должна быть примерно на

100°С, а температура оптимального роста кристаллов – примерно на 50°С

ниже температуры плавления.

Фильтрованием под вакуумом (воронка Бюхнера и колба Бунзена) отделяют кристаллы от маточного раствора, промывают их небольшим количеством растворителя и сушат на фильтре на воздухе или в вакуум- эксикаторе.

Определяют выход чистого вещества по разности исходной порции

и конечной массы.

Повторная кристаллизация (перекристаллизация) позволяет увели- чить степень очистки, но при этом происходит потеря вещества в маточ- ном растворе. Из маточных растворов и промывных жидкостей можно извлечь добавочное количество вещества, если отогнать из них часть рас- творителя, охладить раствор и произвести кристаллизацию. Полученные при этом кристаллы обычно бывают менее чистыми, чем первая порция, их следует перекристаллизовать еще раз. Если перекристаллизация веще- ства велась из воды, то маточный раствор можно упаривать до половины

в фарфоровой чашке, а затем охладить для кристаллизации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие физические методы идентификации веществ используют в лабо-

ратории органической химии?

2. При какой температуре используют водяной обратный холодильник?

3. Какой способ нагревания применяется при кипячении легковоспламе-

няющихся жидкостей?

4. Приведите порядок проведения перекристаллизации.

5. На чем основан принцип кристаллизации веществ?

6. Перечислите условия подбора растворителя при кристаллизации.

7. Опишите приборное оформление для проведения перекристаллизации из н-гексана; из воды; из диоксана.

8. Как при кристаллизации получить наиболее крупные кристаллы?

9. Если для перекристаллизации Вашего соединения подходят этанол, хлороформ и вода, то какой из этих растворителей Вы выбирите для работы?

10. Расскажите о порядке и мерах безопасности при фильтровании при помощи воронки Бюхнера и колбы Бунзена.

Лабораторная работа № 2

СОЕДИНЕНИЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:определить качественный состав органического веще-

ства.

Реактивы и материалы:неизвестное органическое вещество; оксид ме- ди (II); безводный сульфат меди (II); известковая (или баритовая) вода; металлический натрий; 10%-ный раствор нитрата свинца; 2 н раствор гидроксида натрия; 0,5 н раствор нитропруссида натрия (Na2[Fe(CN)5NO]×2H2O); сульфат железа (II); 1%-ный раствор хлорида (или сульфата) железа (III); концентрированная азотная кислота; 0,2 н раствор нитрата серебра; хлороформ; 1%-ный раствор перманганата калия; соляная кислота (1:3).

Оборудование:часовое стекло, пробирки, пробиркодержатель, газоот- водная трубка с пробкой, кусочек ваты, спиртовка, стеклянная лопат- ка, скальпель, фильтровальная бумага, стеклянная воронка, фарфоро- вая ступка, пестик, медная проволока.

Опыт1. Определение углерода и водорода

Получите у инженера вещество для анализа, запишите в рабочий журнал номер образца.

Около 100 мг (две стеклянные

лопатки) испытуемого твердого или

10–12 капель жидкого вещества хо- рошо перемешивают с 200 мг (четыре стеклянные лопатки) порошка оксида меди (II) на часовом стекле и поме- щают в сухую пробирку. Помещают в пробирку вату (см. рис. 2) и насыпают на нее немного безводного сульфата меди. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Проверяют прибор на герметичность.

Пробирку (1) закрепляют в пробиркодержателе в горизонтальном положении, а конец газоотводной трубки вводят до дна в другую про- бирку (4), содержащую 2–3 мл (высо- та 2–3 см) известковой (или барито- вой) воды.

Рис. 2. Прибор для определения качественного элементного со- става (углерод, водород) органи- ческого соединения: 1 – смесь органического вещества с окси- дом меди (II); 2 – вата; 3 – без- водный сульфат меди (II); 4 – приемная пробирка с известко- вой водой.

Смесь нагревают сначала осторожно, затем сильнее в течение 3–5

минут.

После завершения опыта сначала вынимают конец газоотводной трубки из пробирки (4) и прекращают нагревание.

Вопросы и задания

1. Опишите наблюдения.

2. Как проверить прибор на герметичность?

3. Во что превращается оксид меди (II) и какие наблюдения это подтвер- ждают? Напишите уравнение реакции. Почему для окисления веществ, содержащих углерод и водород, в качестве окислителя используется CuO, а не оксид другого металла?

4. Почему изменяется цвет сульфата меди? О содержании какого элемен-

та в исследуемом веществе это свидетельствует? Напишите уравнение реакции.

5. Что происходит с известковой (или баритовой) водой? Наличие какого элемента в исследуемом веществе это доказывает? Почему при про- должительном пропускании оксида углерода (IV) через известковую воду образовавшийся осадок растворяется? Напишите уравнения реак- ций.

В качестве примера оформления опыта можно предложить следующую запись в рабочем журнале:

Опыт1. Определение углерода и водорода

Две стеклянные лопатки испытуемого твердого вещества хорошо перемешали с четырьмя лопатками порошка оксида меди (II) на часовом стекле и поместили в сухую пробирку. В пробирку поместили кусочек ваты и насыпали на нее немного безводного сульфата меди (II). Закрыли пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опустили в пробирку с из- вестковой водой. Смесь нагревали, держа пробирку горизонтально

в пробиркодержателе.

Наблюдения.

На стенках пробирки образуются капельки воды и слой вос-

становленной меди (красный налет):

С16H34 + 49CuO ¾® 16СО2­ + 17H2O + 49Cu¯.

Наличие воды также подтверждается образованием через

3 мин кристаллогидрата голубого цвета – пентагидрата сульфата меди:

CuSO4 + 5H2O ¾®CuSO4 ×5H2O.

При пропускании продуктов окисления через известковую

воду происходит помутнение (через 15 с):

Ca(OH)2 + CO2 ¾® CaCO3¯ + H2O.

При дальнейшем пропускании оксида углерода (IV) осадок

растворяется:

CaCO3¯ + CO2 + H2O ¾® Ca(HCO3)2.

Вывод. Таким образом, данные наблюдения указывают на присут-

ствие углерода и водорода в выданном веществе.

Опыт2. Определение азота, серы и галогенов

Опыт проводят в вытяжном шкафу! Несколько кристаллов или капель исследуемого вещества помещают в сухую пробирку, держа ее наклонно, почти горизонтально, и кладут на середину пробирки кусочек очищенного от корки и высушенного фильтровальной бумагой металли- ческого натрия величиной с четверть горошины.

Держа пробирку в пробиркодержателе, сначала нагревают натрий до его расплавления, затем поворачивают пробирку вертикально, чтобы капля горячего натрия скатилась на вещество (Осторожно, вспышка!). После чего нагревают смесь до красного каления. Конец горячей пробир- ки резко опускают в фарфоровую ступку с 3 мл дистиллированной воды, так чтобы она растрескалась и разбилась и ее содержимое перешло в воду (Осторожно, может быть вспышка или легкий взрыв от не до конца прореагировавшего металлического натрия, поэтому эту операцию сле- дует проводить в вытяжном шкафу с опущенной створкой или же ра- ботать в защитных очках или маске!).

Черные кусочки плава хорошо измельчают пестиком, переливают содержимое ступки в пробирку, нагревают до кипения, отфильтровывают щелочную жидкость от кусочков угля и стекла через маленький складча- тый фильтр. Фильтрат делят на три части для дальнейшего определения серы, азота и галогенов. Жидкость при этом должна быть бесцветной, желтая или коричневая ее окраска указывает на неполноту разрушения исходного вещества. В этом случае опыт надо повторять с новой порцией вещества.

Вопросы и задания

Какие продукты могут получиться при сплавлении органического ве-

щества с металлическим натрием? Составьте схему реакции.

Пробы на серу

а) К 1 мл раствора нитрата свинца приливают раствор гидроксида натрия по каплям до растворения первоначально образующегося гидро- ксида свинца и затем добавляют несколько капель из первой части фильт- рата (щелочной жидкости, полученной в первом опыте). Появление тем- но-коричневой окраски или образование черного осадка, ускоряющееся при нагревании, указывает на то, что исследуемое вещество содержало серу.

б) Для подтверждения вывода, сделанного после первой части опы- та, проводят реакцию с нитропруссидом натрия. Для этого к 1 мл фильт- рата добавляют 1–2 капли раствора нитропруссида натрия. При наличии иона S2-смесь сразу или постепенно приобретает ярко-фиолетовую окра- ску.

Вопросы и задания

1. О чем свидетельствует выпадение осадка (какого?) при взаимодействии

с нитратом свинца? Напишите ионное уравнение реакции.

2. Что показывает реакция с нитропруссидом натрия?

Проба на азот

Ко второй части фильтрата добавляют маленький кристаллик суль- фата железа (II), кипятят смесь в течение 1–2 мин. Вносят каплю раствора FeCl3, охлаждают, дают постоять 3–5 минут и подкисляют разбавленной соляной кислотой (5–6 капель). Образование синего осадка “берлинской лазури” указывает, что исходное вещество содержит азот. Если азота ма- ло, то раствор после подкисления окрашивается в зеленый цвет, а синий осадок выделяется лишь спустя некоторое время.

При положительной пробе на азот напишите ионное уравнение реакции

образования “берлинской лазури”.

Проба на галогены

Третью часть фильтрата подкисляют концентрированной азотной кислотой. В случае наличия серы или азота этот кислый раствор кипятят в течение нескольких минут в вытяжном шкафу для окисления и удаления сероводорода и синильной кислоты, которые мешают последующей реак- ции. Остывший раствор делят на две части.

К одной части добавляют несколько капель раствора нитрата се- ребра. Образование тяжелого хлопьевидного осадка указывает на присут- ствие галогена. Хлорид серебра – белый (затем темнеющий на свету), бромид – желтоватый, а иодид – желтый осадок.

Для уточнения, присутствуют ли ионы брома или йода, к остав-

шейся части кислого раствора добавляют 1 мл хлороформа (или бензола)

и затем при встряхивании 2–3 капли раствора перманганата калия. Когда смесь отстоится, отмечают окраску органического слоя. Фиолетовая окра- ска указывает на присутствие йода, оранжевая или желтая – брома. Одна- ко избыток перманганата калия может обусловить фиолетовую окраску водного слоя, что не следует принимать за положительную реакцию на присутствие йода.

Вопросы и задания

Напишите ионное уравнение реакции образования галогенида серебра.

Лабораторная работа № 3

АЛКАНЫ,АЛКЕНЫ И АЛКИНЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:познакомиться с лабораторными способами получения некоторых представителей гомологических рядов предельных, эти- леновых и ацетиленовых углеводородов и изучить их свойства. Сравнить реакционную способность алканов, алкенов и алкинов.

Реактивы и материалы:обезвоженный ацетат натрия; натронная известь (смесь порошков оксида кальция с гидроксидом натрия, 3:1); насы- щенный раствор бромной воды; 1%-ный раствор перманганата калия;

5%-ный раствор брома в четыреххлористом углероде; концентриро- ванные кислоты: соляная, серная, азотная; концентрированный раствор аммиака; 1 н раствор карбоната натрия; 0,2 н раствор нитрата серебра; аммиачный раствор хлорида меди (I); 1%-ный спиртовой раствор фе- нолфталеина; лакмусовая бумага синяя; пентан (гексан, гептан); жид- кий непредельный углеводород; керосин; жидкий ацетиленовый угле-

водород (фенилацетилен); песок.

Оборудование:ступка, пестик, газоотводная трубка с пробкой, стеклян-

ная лопатка, набор пробирок в штативе, спиртовка.

Опыт1. Получение и изучение свойств метана

В ступке тщательно растирают обезвоженный ацетат натрия с на- тронной известью (весовое соотношение 1:2). Смесь помещают в пробир- ку (высота слоя 6–8 мм), закрывают пробкой с газоотводной трубкой и закрепляют в пробиркодержателе.

В одну пробирку наливают 2–3 мл раствора перманганата калия и подкисляют 1–2 каплями концентрированной серной кислоты, в другую пробирку – 2 мл бромной воды.

Смесь в пробирке нагревают в пламени спиртовки и конец газоот- водной трубки поочередно вносят в растворы перманганата калия и бром- ной воды. Пропускание газа проводят в течение 20–30 с. После этого га- зоотводную трубку переворачивают вверх и поджигают газ у конца газо- отводной трубки.

После охлаждения пробирки к содержимому добавляют несколько капель концентрированной соляной кислоты.

1. Почему используется безводный ацетат натрия? Зачем необходима на-

тронная известь? Составьте уравнение реакции получения метана.

2. Как изменяется окраска растворами перманганата калия и бромной во- дой при пропускании через них метана? К какому гомологическому ря- ду относится метан?

3. Каков цвет пламени при горении метана? Почему? Напишите уравне-

ние реакции горения.

4. Для чего проделывают последний опыт? Опишите наблюдаемые явле-

ния и составьте уравнение реакции.

Опыт2. Получение и изучение свойств этилена

В сухую пробирку помещают две стеклянные лопатки сухого пес- ка, наливают 1 мл этанола и осторожно 3 мл концентрированной серной кислоты, закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Смесь осторожно нагревают, не допуская сильных толчков реакционной смеси. Так же, как

в опыте 1, изучают взаимодействие газа с раствором перманганата калия и бромной водой, горение этилена на воздухе.

Вопросы и задания

1. В качестве чего при получении этилена используется песок?

2. Какова роль концентрированной серной кислоты в реакции получения этилена? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

3. Как изменяется окраска растворов перманганата калия и бромной во- дой при пропускании через них этилена? К какому гомологическому ряду относится этилен? Напишите уравнения проведенных реакций.

4. Каков цвет пламени при горении этилена? Почему? Напишите уравне-

ние реакции горения.

Опыт3. Получение и изучение свойств ацетилена

Ацетилен получают в пробирке с газоотводной трубкой действием на кусочек карбида кальция водой. Полученный ацетилен пропускают через заранее приготовленные растворы: подкисленного серной кислотой раствора перманганата калия, бромной воды, аммиачного раствора хлори- да меди (I) и раствора гидроксида диамминсеребра (I). Для приготовления последнего в пробирку вносят 2 капли раствора нитрата серебра и не- сколько капель концентрированного раствора аммиака (до исчезновения вначале образующегося осадка оксида серебра (I)). Так же, как и в преды- дущих опытах, изучают горение ацетилена на воздухе.

После проведения опыта в пробирку, в которой получали ацетилен,

добавляют каплю фенолфталеина.

Вопросы и задания

1. Составьте уравнение реакции получения ацетилена с использованием

структурных формул.

2. Объясните обесцвечивание раствора перманганата калия при пропус- кании ацетилена. Составьте и уравняйте методом электронного баланса (или методом полуреакций) уравнение окислительно-восстановитель- ной реакции, принимая, что конечными продуктами являются оксид углерода (IV), сульфат марганца (II), сульфат калия и вода.

3. Объясните, почему происходит обесцвечивание бромной воды при пропускании ацетилена. Напишите уравнение реакции.

4. Отметьте изменения, происходящие при взаимодействии ацетилена с аммиачными растворами хлорида меди (I) и гидроксидом диамминсе- ребра (I). Какие алкины не могут вступать в реакции с данными реаген- тами? Как еще называют раствор гидроксида диамминсеребра (I)?

5. Что вы наблюдаете при горении ацетилена? Объясните. Напишите уравнение реакции горения ацетилена на воздухе.

6. Какие наблюдения вы отметили после добавления в пробирку для по-

лучения ацетилена индикатора? Почему?

Опыт4. Изучение действия концентрированных серной и азот-

Лабораторная работа № 4

АРЕНЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:познакомиться с лабораторным способом получения бензола. Изучить некоторые физические и химические свойства бензола и его гомологов. Сравнить реакционную способность бен- зола и толуола. Познакомиться со свойствами полиядерных арома- тических соединений на примере нафталина.

Реактивы и материалы:бензол (марки "хч"); специально очищенные толуол, ксилол, нафталин, хлорбензол, хлористый бензил; концентри- рованные кислоты: серная (r = 1,84 г/см3 и r = 1,15 г/см3), азотная

(r=1,35г/см3иr=1,4г/см3),соляная (r=1,19г/см3);10%-ный рас-

твор брома в четыреххлористом углероде; бромная вода; 1%-ный рас- твор перманганата калия; 0,2 н раствор нитрата серебра; натронная из- весть; восстановленное железо, лед или снег, синяя лакмусовая бумага.

Оборудование:газоотводная трубка, набор пробирок, фарфоровая ча-

шечка, 3 стакана объемом 100 мл, спиртовка.

Опыт1. Получение бензола из бензойной кислоты и изучение

Его свойств

В ступке готовят тонко измельченную смесь из 2 г бензойной ки- слоты и 4 г натронной извести. Полученную смесь пересыпают в пробир- ку и закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опускают в сухую пробирку, охлаждаемую водой со льдом (или снегом). Пробирку со смесью тщательно прогревают в пламени спиртовки до образования прозрачного раствора. При дальнейшем нагревании в при- емной пробирке образуется бензол, который обычно кристаллизуется. Он имеет характерный запах.

К исходной смеси добавляют 1–2 капли концентрированной соля-

ной кислоты. Опишите наблюдаемые явления.

Полученный бензол разделяют на три пробирки. В первую добав- ляют 1 мл воды, во вторую – 1 мл этанола, в третью – 1 мл диэтилового эфира. Взбалтывают содержимое пробирок и наблюдают растворимость в данных растворителях.

Помещают в фарфоровую чашечку 1 каплю бензола и поджигают его (опыт проводят в вытяжном шкафу!).

В две пробирки наливают по 0,5 мл очищенного бензола. В первую добавляют 1 мл бромной воды, во вторую – 1 мл раствора перманганата калия и одну каплю раствора серной кислоты и смеси энергично встряхи- вают и дают отстояться (опыт проводят в вытяжном шкафу!).

Вопросы и задания

1. Напишите уравнение реакции получения бензола.

2. Какое агрегатное состояние имеет бензол? Сделайте вывод о раствори-

мости бензола в воде и органических растворителях.

3. Опишите наблюдаемое явление при взаимодействии с соляной кисло- той продуктов реакции в пробирке, в которой получали бензол. Напи- шите уравнение реакции.

4. Составьте уравнение горения бензола на воздухе. Отметьте характер горения и сравните с горением метана.

5. Сделайте вывод о растворимости брома в воде и бензоле. Почему? С чем можно сравнить химическое отношение бензола к брому – с алка- нами или с алкенами?

6. Происходит ли на холоду реакция бензола с раствором перманганата калия? Объясните разное отношение к окислителям ациклических и ароматических углеводородов.

Опыт2. Сульфирование ароматических соединений

В две пробирки помещают по 3 капли бензола и толуола, в третью

– несколько кристаллов нафталина. В каждую пробирку приливают по 4–5 капель концентрированной серной кислоты и нагревают на кипящей во- дяной бане при постоянном встряхивании. Нафталин частично возгоняет-

ся и кристаллизуются на стенках пробирки выше уровня жидкости, его необходимо повторно расплавить, прогревая всю пробирку. Для каждого углеводорода отмечают время, необходимое для получения однородного раствора.

После этого пробирки охлаждают в холодной воде и добавляют в них по 0,5 мл воды. Если сульфирование прошло полностью, образуется прозрачный раствор, так как сульфокислоты хорошо растворимы в воде.

Вопросы и задания

1. Напишите уравнения сульфирования аренов. Какие производные полу-

чаются? В какое положение идет замещение на сульфогруппу в толуоле

и нафталине?

2. Расположите в ряд по увеличению реакционной способности в реакции сульфирования бензол, толуол и нафталин.

3. Почему сульфопроизводные аренов растворимы в воде? По какому признаку можно судить о полном сульфировании продуктов?

Опыт3. Нитрование бензола и толуола

В плоскодонной колбочке (или стакане) осторожно при охлажде- нии в холодной бане смешивают 2 мл концентрированной азотной кисло- ты с 3 мл концентрированной серной кислоты (опыт проводят в вытяж- ном шкафу!). Охлажденную смесь делят на две пробирки и постепенно отдельными каплями добавляют по 1,5 мл в одну бензол, в другую – толу- ол, постоянно встряхивая. При этом следят, чтобы температура реакцион- ной смеси не превышала 50–60°С. После добавления арена смесь встряхи- вают 3–5 минут и выливают в стаканчик, содержащий 20 мл воды. Нитро- соединения оседают в виде тяжелых маслянистых капель и имеют харак- терный запах.

Нитросоединения ядовиты, поэтому после опыта их необходимо слить в специальные склянки.

Вопросы и задания

1. Напишите уравнения нитрования аренов и назовите продукты реакций.

В какое положение идет замещение на нитрогруппу в толуоле?

2. Сравните время образования нитропроизводных бензола и толуола и отметьте их цвет.

Опыт4. Нитрование нафталина

В пробирку с 0,3 г нафталина добавляют 2 мл концентрированной азотной кислоты (r = 1,4 г/см). Смесь размешивают стеклянной палочкой

и нагревают 5 минут на кипящей водяной бане. Далее горячий раствор

выливают в стакан с холодной водой. При охлаждении нитронафталин кристаллизуется.

Вопросы и задания

Напишите уравнение нитрования нафталина. В какое положение идет замещение на нитрогруппу в нафталине? Отметьте цвет полученного

продукта.

Опыт5. Бромирование бензола, толуола и нафталина

В три сухие пробирки помещают по 1 мл бензола, толуола и 0,1 г нафталина. (Опыт проводят в вытяжном шкафу!). В каждую пробирку добавляют по 1 мл раствора брома в четыреххлористом углероде. Про- бирки осторожно нагревают в пламени спиртовки до слабого кипения.

После охлаждения в пробирку с бензолом добавляют несколько крупинок порошка восстановленного железа и снова осторожно подогре- вают смесь 2–3 минуты. Затем содержимое пробирки выливают в пробир- ку с 2 мл воды.

Аналогично проводят опыт и с толуолом.

Вопросы и задания

1. Возможно ли протекание реакции бензола, толуола и нафталина с рас-

твором брома в четыреххлористом углероде? Напишите уравнения со-

ответствующих реакций.

2. Зачем добавляют восстановленное железо? Сделайте выводы о броми- ровании аренов с присутствием железа без него. Какой из них броми- руется легче, почему? Напишите уравнения бромирования бензола и толуола в присутствии железа и без него.

3. Сравните химическое отношение бензола к брому с алканами или ал-

кенами?

Опыт6. Окисление гомологов бензола

В две пробирки наливают по 0,5 мл толуола и п-ксилола. В каждую пробирку добавляют равное количество раствора перманганата калия, подкисленного каплей раствора серной кислоты. Содержимое пробирок

встряхивают в течение 1–2 минут.

Вопросы и задания

1. Опишите наблюдаемые явления и составьте уравнения окисления го-

мологов бензола. Какие продукты образуются в результате реакций?

2. Оцените способность к окислению в ряду аренов: бензол, толуол, п-

ксилол.

Опыт7. Изучение подвижности галогена в бензольном ядре

И боковой цепи

В две пробирки помещают по 0,5 мл хлорбензола и хлористого бен- зила, добавляют пятикратное количество воды и нагревают до кипения. К горячим растворам приливают по капле раствора нитрата серебра.

Вопросы и задания

1. Объясните наблюдаемые явления.

2. Напишите уравнения реакции с нитратом серебра.

В общем выводе о работе ответьте на следующие вопросы:

1. Какова реакционная способность аренов в реакциях замещения и при- соединения по сравнению с алканами, алкенами, алкинами? Какие ре- акции наиболее характерны для аренов?

2. Сравните реакционную способность нафталина и бензола в реакциях электрофильного замещения.

3. Сделайте вывод об отношении бензола и его гомологов к окислителям.

Лабораторная работа № 5

СПИРТЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:изучить некоторые физические и химические свойства предельных одноатомных спиртов. Отметить качественную реак- цию на многоатомные спирты.

Реактивы и материалы:спирты: этиловый, пропиловый, изопропило- вый, изоамиловый; глицерин, этиленгликоль; безводный и 2 н раствор сульфата меди (II); оксид меди (II); концентрированный и 2 н раствор серной кислоты; концентрированная уксусная кислота; концентриро- ванный раствор аммиака; 0,2 н раствор нитрата серебра; 1% раствор перманганата калия; 0,5 н раствор бихромата калия; 2 н раствор гидро- ксида натрия; раствор йода в йодистом калии; 1%-ный спиртовой рас- твор фенолфталеина; медная проволока; песок.

Оборудование:набор пробирок, пробка с газоотводной трубкой, стакан-

чик (100 мл), пипетка, спиртовка.

Опыт1. Растворимость спиртов в воде и их кислотный

Характер

В сухую пробирку наливают 1 мл этанола. По каплям добавляют к

спирту 1 мл воды.

Раствор этанола разделяют на две пробирки и добавляют в первую

– 1–2 капли раствора лакмуса, во вторую – столько же раствора фенол-

фталеина.

Опыт повторяют с изоамиловым спиртом.

Вопросы и задания

1. На основании проведенных наблюдений сделайте вывод о растворимо-

сти в воде предложенных спиртов. Объясните причину.

2. Изменяется ли окраска индикаторов? Сделайте вывод о кислотном ха-

рактере водного раствора этанола.

Опыт2. Обнаружение воды в спиртах и обезвоживание спиртов

В две пробирки помещают по 0,5 г безводного сульфата меди (II) и

добавляют по 1 мл этилового и изопропилового спиртов. Содержимое пробирок взбалтывают и дают отстояться.

Обезвоженные спирты используют для следующего опыта.

Вопросы и задания

1. Объясните наблюдаемые явления. Напишите соответствующее уравне-

ние реакции.

2. Для чего можно использовать данную реакцию? Какие еще реагенты можно для этого применять? Как их называют? Можно ли для обезво- живания использовать концентрированную серную кислоту?

3. Можно ли обнаружить воду в спирте-ректификате?

Опыт3. Отношение спиртов к активным металлам

В пробирку с 1 мл обезвоженного спирта бросают небольшой кусо-

чек металлического натрия, очищенный и высушенный фильтровальной бумагой. (Если разогревание приводит к вскипанию спирта, то смесь ох- лаждают в стакане с холодной водой). Пробирку закрывают пробкой со стеклянной трубкой. Выделяющийся газ поджигают. Если натрий прореа- гировал не полностью, то добавляют избыток спирта, доводя реакцию до конца.

После того как весь натрий прореагирует, пробирку охлаждают и добавляют 3–4 капли воды и 1 каплю фенолфталеина.

Вопросы и задания

1. Напишите уравнение реакции. Какой газ выдел