Разложение муравьиной кислоты при нагревании с серной кислотой уравнение

ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж»

ОП 06 Органическая химия

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОДНООСНОВНЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Студентка 2-ого курса

Клокова Наталья Александровна

Назарова Н. В.
Должен уметь:

— готовить пробу для проведения испытания;

— собирать приборы нужные для опыта.

— методику проведения испытания;

Кислотные свойства карбоновых кислот.

Реактивы и оборудование:

• уксусная кислота
• метилово оранжевый раствор ,
• лакмус синий ,
• фенолфталеин ,
• пробирки .

Ход работы :

1. В три пробирки помещают по 1 капле раствора уксусной кислоты
2. В первую пробирку добавляют одну каплю метилового оранжевого,

Метиловый оранжевый становится красным.Причина наличие катиона Н+ .Он образуется при диссоциации кислот, поэтому индикатор так действуют на кислоту

C₁₄H₁₄N₃NaO₃S + CH₃COOH = C₁₄H₁₄N₃NaO₃S(CH₃COO) + H

1. Во вторую лакмус синий.
   Уксусная кислота хоть и слабая, но кислота, и окрашивает лакмус в красный цвет (лакмус в кислой среде Красный)
2. В третью капли фенолфталеина .

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

Исчезновение окраски свидетельствует о том, что между гидроксидом натрия и уксусной кислотой происходит реакция нейтрализации. При добавлении фенолфталеина постепенно уменьшается концентрация гидроксид-ионов OH- в растворе, поэтому раствор сначала бледнеет, а затем и вовсе становится прозрачным — среда переходит из щелочной сначала в нейтральную, а затем и в кислую (при добавлении избытка уксусной кислоты) . В кислой среде фенолфталеин тоже бесцветен.

Вывод: Органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности.

Окисление муравьиной кислоты марганцовокислым калием .

Реактивы и оборудование :

• Муравьиная кислота ,
• серная кислота , 2Н раствор ,
• марганцовокислый калий , 0,1н . Раствор ,
• баритовая вода ,
• насыщенный раствор ,
• пробирки ,
• газоотводная трубка ,
• спиртовка ,
• держатель .

Ход работы :

1. В пробирку помещают две капли муравьиной кислоты
2. Добавляют две капли марганцовокислого калия и три капли раствора серной кислоты .

Окисление муравьиной кислоты до углекислого газа.

5 НСООН + 2KMnO ₄ + 3H ₂ SO ₄ = 2MnSO ₄ + K ₂ SO ₄ + 5 СО ₂ ↑ + 8 Н ₂ О

1. Отверстие пробирки закрывают пробкой с газоотводной трубкой , конец который опускают в Пробирку с баритовой водой .

Bа(ОН) ₂ + СО ₂ = BаСО ₃ ¯ + Н ₂ О

1. Содержимое пробирки на нагревают в пламени горелки .

BaCO₃ BaO + CO₂

Реакция термического разложения карбоната бария с образованием оксида бария и оксида углерода(IV). Реакция протекает при температуре 1000-1450°C.

Вывод : Муравьиная кислота отличается по строению от всех остальных карбоновых кислот. Поэтому она совмещает свойства и кислоты и альдегида. Альдегиды, как известно, легко окисляются. Прильем к раствору муравьиной кислоты раствор перманганата калия.

Разложение муравьиной кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой.

Реактивы и оборудование :

• Муравьиная кислота ,
• серная кислота концентрированная ,
• пробирки ,
• спиртовка ,
• держатель .

Ход работы :

1. В пробирку приливают три капли муравьиной кислоты , три капли концентрированной серной кислоты .

H₂SO₄ + HCOOH → CO + H₂SO₄•H₂O

1. Нагревают смесь в пламени горелки .

Бурно выделяется газ.Газ выделяется ещё быстрее.

1. Поджечь.

При поджигании газ горит голубоватыми вспышками

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

Разложение ртутные соли муравьиной кислотой.

Реактивы и оборудование :

• Муравьиная кислота
• окись ртути желтая ,
• пробирки
• водная баня .

Ход работы :

1. В пробирку помещают четыре капли воды , две капли муравьиной кислоты и вносят на кончике микро лопатки кусочек окись ртути .
2. Содержимое пробирки взбалтывают .

Окись ртути растворяется .

1. Прозрачный раствор при постоянном перемешивании нагревают на кипящей водяной бане .

Происходит бурное выделение Газа .

1. При дальнейшем нагревании содержимое пробирки окрашиваются в серый цвет так как выделяется металлическая ртуть .

2HCOOH = Hg + (HCOO)₂Hg + H₂O

Видео:Взаимодействие муравьиной кислоты с гидроксидом меди II при нагреванииСкачать

Теоретическое изучение каталитического разложения муравьиной кислоты Текст научной статьи по специальности « Химические науки»

Видео:Муравьиная кислота | Химия 10 класс | УмскулСкачать

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Гарифзянова Г.Г., Гайнутдинова А.З., Гайнутдинова Р.Р., Храпковский Г.М.

Проведено теоретическое изучение разложения муравьиной кислоты в присутствии серной кислоты как катализатора. Найден двухстадийный механизм разложения, при котором первоначально происходит присоединение гидросульфат-аниона и затем отщепление воды. В одностадийном механизме распада участвует одна молекула серной кислоты как катализатор. Представлено сравнение двухстадийного и одностадийного механизма распада муравьиной кислоты .

Видео:Разложение муравьиной кислотыСкачать

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Гарифзянова Г.Г., Гайнутдинова А.З., Гайнутдинова Р.Р., Храпковский Г.М.

Видео:Особые свойства муравьиной кислоты | ХимияСкачать

Текст научной работы на тему «Теоретическое изучение каталитического разложения муравьиной кислоты»

Г. Г. Гарифзянова, А. З. Гайнутдинова, Р. Р. Гайнутдинова, Г. М. Храпковский

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

Ключевые слова: муравьиная кислота, серная кислота, B3LYP.

Проведено теоретическое изучение разложения муравьиной кислоты в присутствии серной кислоты как катализатора. Найден двухстадийный механизм разложения, при котором первоначально происходит присоединение гидросульфат-аниона и затем отщепление воды. В одностадийном механизме распада участвует одна молекула серной кислоты как катализатор. Представлено сравнение двухстадийного и одностадийного механизма распада муравьиной кислоты.

Keywords: formic acid, sulfuric acid, B3LYP.

Theoretical study of the decomposition offormic acid was conducted in the presence of sulfuric acid as a catalyst. The two-stage mechanism of decomposition is found, at which there is initially joining sulfate — anion and then the elimination of water. One molecule of sulfuric acid as a catalyst is involved in a one-step mechanism of decomposition. Comparison of the two-step and one-step mechanism offormic acid decay was presented.

Муравьиная кислота является одним из важных продуктов химической промышленности [1]. Муравьиная кислота (метановая кислота по ЮПАК) является биогенной, поскольку вырабатывается живыми организмами (муравьями, пчелами), а не только синтезируется. В промышленности серную кислоту как катализатор используют при производстве кумола, ацетилсалициловой кислоты, при алкилировании изо-парафинов, изомеризации углеводородов, полимеризации олефинов 3.

Муравьиная кислота, являясь первым представителем в ряду насыщенных одноосновных карбоновых кислот, имеет отличительную способность распадаться на оксид углерода и воду [2]. Из-за способности муравьиной кислоты быстро разлагаться, ее применяют в качестве растворителя реже, чем уксусную кислоту.

Как известно, муравьиная кислота разлагается под действием водоотнимающих средств [4]. Это происходит, например, при нагревании ее с концентрированной серной кислотой:

Эта реакция часто используется для получения чистого монооксида углерода в лабораторных работах. В пробирку с муравьиной кислотой прибавляют концентрированную серную кислоту, при этом начинается бурная реакция. В то же время детали механизма этого процесса остается недостаточно изученными. Ранее в работе [5] методом CCSD рассчитаны структуры цис-и транс-изомеров муравьиной кислоты. Более энергетически выгодным является транс-изомер (на 4 ккал/моль [5] и на 3.9 ккал/моль по экспериментальным оценкам [6]). Была изучена реакция разложения муравьиной кислоты без участия катализатора. Барьер реакции дегидратации составляет 68 ккал/моль по расчетным данным и от 62 до 65 ккал/моль экспериментально в газовой фазе [5]. В данной работе представлены результаты теоретического исследования механизма разложения транс-изомера муравьиной кислоты с использованием квантово-химических методов. Интересной особенностью данной работы является то, что

она явилась результатом задачи практического занятия по курсу «Катализ и механизмы химических реакций», изучаемого магистрантами некоторых химических специальностей КНИТУ [7].

Для теоретического изучения была использована программа GAUSSIAN 09 [8]. Структура муравьиной кислоты, продуктов реакций были оптимизированы с использованием метода Хартри-Фока [9] со стандартным базисом 3-21g [10]. Данный метод был выбран для минимизации машинного времени, т.к. расчет проводился во время лабораторных работ. Затем найденные переходные состояния были пересчитаны методом B3LYP/6-31g(d) [11,12]. Этот метод использовался ранее для изучения механизма реакций отрыва воды и нитроксила от аци-форм нитробутанов 13, изомеризации аци-формы динитрометана [15], элиминирования этилена от катион-радикала 1-нитропропана [16]. Наличие переходного состояния (ПС) во всех случаях подтверждалось анализом силовых констант, а их соответствии изучаемым процессам — спусками из ПС к реагентам и продуктам.

Результаты и обсуждение

С учетом того, что серная кислота может распадаться, образуя протон и кислотный анион, первоначально была изучена реакция присоединения кислотного аниона к муравьиной кислоте. Геометрические параметры комплекса из молекулы муравьиной кислоты и гидросульфат-аниона, рассчитанные методом HF/3 -21g, приведены на рис. 1.

Как видно из рис.1, расчет показывает наличие водородной связи между атомом водорода кислотного аниона и атомом кислорода муравьиной кислоты в 1.89 А (метод ОТ/3-2^),а при расчете методом B3LYP/6-31g(d) значение составляет 2.15 А.

Найденное переходное состояние для первой стадии реакции представлено на рис. 2. Энтальпия активации первой стадии составляет 68,9 кДж/моль (метод HF/3-21g). Надо отметить, что при пересчете

методом B3LYP/6-31g(d) структура переходного состояния практически не изменяется, но значение энтальпии активации увеличивается до 80,2 кДж/моль. Реакция эндотермическая, энтальпия реакции равна -8.2 кДж/моль по данным метода ОТ/3-2^ и -33.7 кДж/моль по оценки методом B3LYP/6-31g(d).

Рис. 1 — Оптимизированная структура комплекса муравьиной кислоты и гидросульфат-аниона (длины связей в А, метод HF/3-21g)

Рис. 2 — Оптимизированная структура переходного состояния для реакции присоединения гидросульфат-аниона к муравьиной кислоте (длины связей в

Анализ полученных результатов показывает, что происходит образование второй связи углерод-кислород длина которой составляет 1.531 А. При этом связь сера-кислород удлиняется до 1.640 А. Спуск по внутренней координате реакции приводит к отрыву воды и к продуктам первой стадии, показанным на рис. 3.

Рис. 3 — Оптимизированные продукты первой стадии (длины связей в А, метод HF/3-21g)

Как видно из рис.3, в процессе первой стадии реакции наблюдается водородная связь в 1.765 А между

атомом водорода воды и атомом кислорода, соединенного с серой (метод ЭТ/3-2^).

Барьер второй стадии реакции отрыва СО составляет 112.3 кДж/моль по данным метода ОТ/3-2^ и 137.5 кДж/моль по данным метода B3LYP/6-31g(d). В оптимизированном продукте расстояние от углерода СО до водорода гидросульфат-аниона равно 2.197 А (метод ОТ/3-2^).

Был также найден альтернативный путь реакции в одну стадию. Переходное состояние данной реакции представлено на рис. 4. Энтальпия активации реакции составляет 82.4 кДж/моль по данным метода ОТ/3-2^. Эта величина на 13.5 кДж/моль больше, чем энтальпия активации первой стадии двух-стадийного механизма разложения. По данным метода B3LYP/6-31g(d) разность составляет 40.6 кДж/моль.

Рис. 4 — Оптимизированная структура переходного состояния для одностадийного механизма распада муравьиной кислоты (длины связей в А, метод ОТ/3-2^)

В работе [17] исследовано разложение муравьиной кислоты с помощью одной и двух молекул воды. Энергетический барьер реакции с одной молекулой воды составляет 197.0 кДж/моль, а с двумя молекулами воды — 159.6 кДж/моль (метод B3LYP/6-311 +G(2d,p), что значительно больше, чем с участием серной кислоты как катализатора.

Таким образом, на основании проведенных кван-тово-химических расчетов можно предположить, что реакция разложения муравьиной кислоты протекает по рассмотренному выше двухстадийному механизму (присоединение гидросульфат-аниона к муравьиной кислоте с отрывом воды, затем отрыв СО с образованием гидросульфат-аниона).

[1] Рево А.Я. Практикум по органической химии. Качественные микрохимические реакции : учебное пособие — М.: Высш. шк., 1971. 207 с.

[2] Азингер Ф. Химия и технология моноолефинов М.: Гостоптехиздат, 1960. 740 с.

[3] Закошанский В.М. Фенол и ацетон: Анализ технологий, кинетики и механизма основных реакций СПб.: Химиздат, 2009. 608 с.

[4] Васильева Н.В., Куплетская Н.Б., Смолина Т.А. Практические работы по органической химии. Малый практикум. М: Просвещение, 1978. 304 с.

[5] J. D. Goddard, Y. Yamaguchi, H. F. Schaefer III J. Chem. Phys. 1992. Vol. 96. №.2. P.1158-1166.

[6] E. Bjarnov and W. H. Hocking, Z. Naturforsch. Teil A 1978. V.33. P. 610

[7] Р.В. Цышевский, Г.Г. Гарифзянова Г.М. Храпковский Квантово-химические расчеты механизмов химических реакций (учебно-методическое пособие) Казань: Изд-во КНИТУ, 2012. — 88 с.

[8] Gaussian 09, Revision D.01, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scal-mani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fuku-da, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Starove-rov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jara-millo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S.

Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, and D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.

[9] J. A. Pople and R. K. Nesbet, J. Chem. Phys. 1954 V. 22. P. 571-72.

[10] J. S. Binkley, J. A. Pople, and W. J. Hehre, J. Am. Chem. Soc. 1980 V. 102. P. 939-47.

[11] A. D. Becke Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3098-100.

[12] C. Lee, W. Yang, R. G. Parr, Phys. Rev. B. 1988. V.37. P. 785-89.

[13] Г.Г. Гарифзянова, Г.М. Храпковский Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. №11. С. 28-31.

[14] Р.В. Цышевский, Г.Г. Гарифзянова, Д.В. Чачков, А.Г. Шамов, Г.М. Храпковский Вестник Казанского технологического университета. 2008. №4. С. 5-11.

[15] Г.Г. Гарифзянова, Р.В. Цышевский, Г.М. Храпков-ский Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. №11. С. 31-33.

[16] Г.Г. Гарифзянова, Г.М. Храпковский Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, №20, С. 10-13.

[17] N. Akiya, Ph. E. Savage AIChE Journal 1998. V44. №2. P. 405-415.

📺 Видео

Органическая химия. Часть 3. Опыты по химииСкачать

Почему муравьиная кислота такая странная??Скачать

Опасно для здоровья! ⚠️ Опыты с серной кислотойСкачать

Муравьиная кислота. Или альдегид? | Школьная химия | Даниил БазановСкачать

11.3. Карбоновые кислоты и их соли: Химические свойства. ЕГЭ по химииСкачать

Муравьиная кислота против клеща варроа. - Инструкция по применению муравьиной кислоты.Скачать

МУРАВЬИ - Муравьиная кислотаСкачать

КИСЛОТА. Техника безопасности. Рейтинг опасности.Скачать

Муравьиная кислотаСкачать

Изучаем химические свойства концентрированной серной кислоты!Скачать

Концентрированная серная кислота. Получаем. Измеряем. Храним.Скачать

ОСЕННЯЯ ОБРАБОТКА ПЧЕЛ МУРАВЬИНОЙ КИСЛОТОЙ.КАК РАЗВЕСТИ МУРАВЬИНУЮ КИСЛОТУ ДО 60. ОБЗОР ИСПАРИТЕЛЕЙСкачать

Муравьиная кислота. Как добывать муравьиную кислоту. Средство для лечения всего тела.Скачать

НОВЫЙ способ борьбы с клещом! Муравьиная кислота прямо на расплод (Румыния)Скачать