Назад
Олимпиада
9 класс
10 класс
11 класс

Всероссийская олимпиада школьников по химии 2006/2007 г

Областной этап.  Экспериментальный тур.
Одиннадцатый класс.
.

Распознавание органических веществ.
Синтез и хроматографический анализ смеси.

Задание 1. В выданных вам пронумерованных пробирках находятся вещества: пентан, 1-хлорпентан, уксусная кислота, глицерин, пропанол, глюкоза (часть веществ в виде растворов).
В качестве реактивов: медь, вода, растворы гидроксида натрия и сульфата меди.

Составьте план работы определения веществ в пробирках по их физическим и химическим свойствам, напишите уравнения возможных реакций, опишите признаки их протекания.

Каким образом, используя имеющиеся вещества, можно получить вещество со общей формулой C₅H₁₀O₂, относящееся к еще одному классу органических веществ? Напишите уравнение возможной реакции, условия ее протекания.

На выполнение этого задания Вам отводится 30-40 минут. Если вы справились с ним раньше, сдайте преподавателю отчет по заданию 1 и приступайте к практической работе.

"- - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Задание 2. (Выдается отдельно, после выполнения задания 1)

По физическим и химическим свойствам распознайте предложенные вещества. В отчете опишите ход работы, наблюдения, уравнения реакций, выводы.

Задание 3. Синтез вещества и анализ смеси. Из склянок под определенными номерами отмерьте в чистую пробирку 1 мл спирта, добавьте и 1 мл ледяной уксусной кислоты, добавьте 1 каплю концентрированной серной кислоты (ОСТОРОЖНО! Едкие вещества!). Осторожно перемешайте, закройте пробирку пробкой с трубкой-холодильником и поставьте в водяную баню на 15 мин.

После охлаждения сдайте смесь на хроматографический анализ. После анализа в реакционную смесь добавьте 2-3 мл насыщенного раствора хлорида натрия, перемешайте. Отметьте растворимость-нерастворимость полученного вещества, характерный запах.

По полученной хроматограмме рассчитайте примерный выход продукта, учтя что площади пиков на хроматограмме пропорциональны количествам вещества. В отчете опишите ход работы, наблюдения, уравнения реакций, название и класс полученного вещества (если это не было описано в части 1), расчеты.

"- - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Решения экспериментального тура.

Задание 1.  План работы может быть следующим:

1. Определение растворимости и примерной плотности веществ. В пробирку с 2-3 мл воды добавляют несколько капель испытываемой жидкости и перемешивают. Отмечают растворение или разделение слоев в пробирке. Из представленных веществ нерастворимы пентан и 1-хлорпентан. Алканы легче воды, их галогенпроизводные как правило тяжелее.
2. Проба на галоген. Медная проволочка, смоченная исследуемым веществом, при наличии галогена окрашивает пламя спиртовки в зеленый цвет (проба Бельштейна).
3. Испытание оставшихся растворов гидроксидом меди. В пробирку наливают около 1 мл раствора NaOH, несколько капель раствора сульфата меди, и к полученному синему осадку приливают 1-2 мл исследуемой жидкости. Наблюдают изменения происходящие на холоду и при нагревании:

   Вещество	уксусная к-та	глицерин	пропанол	глюкоза
   На холоду	бледно-голубой раствор	синий раствор	Без изменений	синий раствор
   При нагревании	Без изменений	Без изменений	Осадок чернеет	Красно-оранж. осадок

   Уравнения реакций:

   CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

   Cu(OH)₂ + 2CH₃COOH = Cu(CH₃COO)₂ + 2H₂O

   Cu(OH)₂ + 2C₃Н₅(OH)₃ = Cu(C₃Н₅(OH)₂O)₂ + 2H₂O

   Cu(OH)₂ + 2CH₂OH(CHOH)₄CHO = Cu(C₆H₁₁O₆)₂ + 2H₂O

   При нагревании в пробирке с пропанолом: Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

   В пробирке с раствором глюкозы
   2Cu(OH)₂ + CH₂OH(CHOH)₄CHO = Cu₂O + CH₂OH(CHOH)₄COOH + 2H₂O

   Формулу C₅H₁₀O₂ может иметь сложный эфир, пропилацетат, который получают взаимодействием уксусной кислоты и пропанола (реакция протекает при нагревании, в присутствии катализатора – серной кислоты):

   C₃Н₇OH + CH₃COOH = CH₃COOC₃Н₇ + H₂O

   Для количественного определения содержания веществ по хроматограмме обычно используется площадь пика данного вещества, которую можно приближенно оценить по формуле площади треугольника: S=ah/2, где а – основание, h – высота пика (Или S=bh, где b – ширина пика на половине высоты).

   Пусть при обработке хроматограммы получены следующие данные:

   Вещество	пропанол	уксусная к-та	эфир
   S см2	7,5	8,2	6,4
   Поскольку площади пропорциональны количествам вещества, эти числа можно записать как количества вещества и использовать для расчета по уравнению:
   n, моль (после реакции)	7,5	8,2	6,4
   n, моль (до реакции)	13,9	14,6	0

   Судя по уравнению реакции, уксусная кислота в избытке, и теоретически должно было получиться 13,9 моль эфира. Выход реакции = n_пр/ n_теор = 6,4/13,9=0,46 = 46%

   Оценивание:

   Задание 1. Растворимость – 1 балл, обнаружение галогенов 1 балл, отношение к гидроксиду меди 3 балла. Получение эфира 1 балл, условия реакции 1 балл. Всего 7 баллов.

   Задание 2-3. Техника работы 5 баллов, за каждое верно определенное вещество по 0,5 балл – 3 балла, расчет выхода – 3 балла, описание наблюдений и свойств продукта 5 баллов.

   Дополнительные баллы участникам, первым закончившим эксперимент, за быстроту и аккуратность в работе, при условии правильного выполнения и достаточно полного описания хода работы до 2 баллов.

      Суммарная оценка 25 баллов.

   ---

   Вообще то уксусная кислота легко определялась по запаху (тем не менее один из участников перепутал ее с ... пропанолом. Ошибка оказалась не критичной, поскольку эфир был все же получен).

   

   Многих подвела хорошо известная реакция окисления спирта оксидом меди (посветление медной проволочки, покрытой оксидом). Но что хорошо протекает с чистым спиртом, не всегда также характерно для его раствора. Кроме того, здесь посветление проволочки могло наблюдаться и при опускании ее в раствор уксусной кислоты, в раствор глюкозы... Вероятно поэтому у части участников раствор глюкозы и был перепутан с раствором спирта.

   Иногда в качестве качественной реакции выбирались процессы никак не подходящие для этой цели. Например: "При нагревании хлорпентана с раствором щелочи произойдет образование спирта и растворение органического слоя". Во-первых, нагревать пришлось бы родолжительное время, с обратным холодильником, во-вторых, не так уж хорошо растворим пентанол.

   Плоховато обстояло дело и с анализом физических свойств алканов, их галоген-производных. Встречались утверждения: "В пробирке 2 тяжелая жидкость, значит это пентан.." А вот медный глицерат действительно оказался хорошим знакомым для практически всех участников, и по внешнему виду, и по строению.

   У некоторых участников была сделана попытка оценить выход продукта по высоте пиков хроматограмме, но в целом этот метод исследования оказался для многих новым.
   А всегда полезно узнать что-то новенькое..

   Можаев Г. М., старший преподаватель
   Тюменского государственного университета