Формула уксусной кислоты
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Уксусная кислота (этановая кислота, метанкарбоновая кислота) представляет собой органическое вещество с формулой \(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}
\) . Слабая, маргинальная одноосная карбоновая кислота.
Химические и структурные формулы уксусной кислоты
Химическая формула: \(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}
\)
Валовая формула: \(\
\mathrm{C} 2 \mathrm{H} 4 \mathrm{O} 2
\)
Структурная формула:
Структурно-химическая формула уксусной кислоты
Молярная масса: 60,05 г / моль.
Уксусная кислота является терминальной одноосновной карбоновой кислотой. Соли формы - ацетаты.
Слабая кислота, константа диссоциации Ka = 1,75 • 10-5, pKa = 4,76.
Физические свойства уксусной кислоты
Уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с острым характерным запахом, кислым вкусом. Гигроскопично, растворим в воде на неопределенный срок. Существует в виде димеров. Безводная уксусная кислота называется льдом, потому что она образует ледяную массу, когда она замерзает.
Химические свойства уксусной кислоты
Уксусная кислота обладает всеми основными свойствами карбоновых кислот.
Взаимодействует с активными металлами с образованием водорода и соответствующих солей (ацетатов):
\(\
M g+2 C H_{3} \operatorname{COOH}=\left(C H_{3} C O O\right)_{2} M g+H_{2} \uparrow
\)
Взаимодействует с оксидами металлов:
\(\
\mathrm{CaO}+2 \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}=\left(\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}\right)_{2} \mathrm{Ca}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\)
Взаимодействует с гидроксидами металлов:
\(\
\mathrm{NaOH}+\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\)
В присутствии серной кислоты происходит реакция этерификации с образованием сложных эфиров:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+_{2} \mathrm{H}_{5} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOC}_{2} \mathrm{H}_{5}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\)
Он входит в реакции галогенирования с образованием галогенуксусных кислот:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{Cl}_{2} \rightarrow \mathrm{CH}_{2} \mathrm{ClCOOH}+\mathrm{HCl}
\)
Реакция горения:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\)
Качественная реакция на соли уксусной кислоты представляет собой взаимодействие с сильными кислотами. Уксусная кислота слабая и замещается сильными кислотами из солевых растворов, в то время как характерный запах появляется:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}
\)
Чек. Наиболее экономически выгодным промышленным способом получения уксусной кислоты является карбонилирование метанола монооксидом углерода, катализатором являются родиевые соли, а промотором являются иодидные ионы:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{OH}+\mathrm{CO} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}
\)
Биохимический метод - окисление этанола:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\)
Водные растворы уксусной кислоты используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260), домашняя кулинария и консервирование. Уксусная кислота используется для получения лекарственных и ароматических веществ в качестве растворителя.
Концентрированная уксусная кислота (с концентрацией более 30%) может вызвать химические ожоги. Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей
Примеры решения проблем
ПРИМЕР 1
Рассчитать \(\
\mathrm{pH}
\) раствора уксусной кислоты с молярной концентрацией 1 моль / л, константа диссоциации которой составляет 1,75 • 10-5.
Напишите уравнение диссоциации для уксусной кислоты:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} \leftrightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+}
\)
Константа диссоциации кислоты:
\(\
K_{a}=\frac{\left[C H_{3} C O O^{-}\right]\left[H^{+}\right]}{\left[C H_{3} C O O H\right]}
\)
Обозначим через \(\
x
\) концентрацию ионов водорода \(\
x=[\mathrm{H}+]
\), то выражение для константы диссоциации принимает вид:
\(\
K_{a}=\frac{x^{2}}{C-x}
\)
Отсюда
\(\
x=\sqrt{K_{a}(C-x)}
\)
Поскольку уксусная кислота слабая, \(\
x < C
\), полученное выражение может быть упрощено:
\(\
x=\sqrt{K_{a} C}=\sqrt{1,75 \cdot 10^{-5} \cdot 1}=0,004183 моль/л
\)
\(\
\mathrm{pH}
\) - отрицательный десятичный логарифм равновесной концентрации ионов водорода \(\
\mathrm{H}+
\). Так как \(\
x=[H+]
\), то
\(\
p H=-l g\left[H^{+}\right]=-l g(0,004183)=2,38
\)
\(\
\mathrm{PH}
\) раствора составляет 2,38.
ПРИМЕР 2
Рассчитать \(\
\mathrm{pH}
\) раствора, полученного добавлением 5 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия до 10 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты. Константа диссоциации уксусной кислоты составляет Kа = 1,75 • 10-5.
Общий объем решения будет равен:
\(\
\left(C H_{3} C O O H\right)+Vмл
\)
При осушении растворов происходит реакция:
\(\
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{NaOH}=\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\)
Рассчитайте количество вещества уксусной кислоты и гидроксида натрия:
\(\
n_{\mathrm{исх}}\left(\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}\right) =C_{M \operatorname{исх}}\left(C H_{3} C O O H\right) .V_{\mathrm{исх}}\left(C H_{3} C O O H\right) =0,1 \cdot 0,01=0,001 моль
\)
\(\
n_{исх}(N a O H) =C_{M \operatorname{исx}}(N a O H) .V_{\mathrm{исx}}(\mathrm{NaOH}) =0,1 \cdot 0,005=0,0005моль
\)
Согласно уравнению реакции \(\
\mathrm{n}(\mathrm{CH} 3 \mathrm{COOH})=\mathrm{n}(\mathrm{NaOH})
\), и в нашем случае \(\
\mathrm{n}(\mathrm{CH} 3 \mathrm{COOH})>\mathrm{n}(\mathrm{NaOH})
\), поэтому уксусная кислота берется в избытке. После реакции уксусная кислота и ацетат натрия, то есть мы получили буферную систему.
Рассчитайте концентрацию ацетата натрия в полученном растворе:
\(\
n\left(C H_{3} C O O N a\right)=n(N a O H)=0,0005моль
\)
\(\
C\left(C H_{3} C O O N a\right)=n\left(C H_{3} C O O N a\right) / V=0,0005 / 0,015=0,033моль/л
\)
Концентрация уксусной кислоты в растворе будет равна:
\(\
n\left(C H_{3} C O O H\right)= n_{исх}\left(C H_{3} C O O H\right) -n_{исх}(N a O H) =0,001-0,0005=0,0005моль
\)
\(\
C\left(C H_{3} C O O\right)=n\left(C H_{3} C O O\right) / V=0,0005 / 0,015=0,033 моль/л
\)
Концентрация ионов водорода в буферном растворе рассчитывается по формуле:
\(\
\left[\mathrm{H}^{+}\right]=\frac{K_{a} \cdot C_{\mathrm{CH}, \mathrm{COOH}}}{C_{\mathrm{CH}_{2} \mathrm{COON}_{2}}}
\)
где Ka - константа диссоциации уксусной кислоты.
Затем:
\(\
\left[H^{+}\right]=\frac{K_{a} \cdot C_{C H_{3} C O O H}}{C_{C H_{3} C O O N a}}=\frac{1,74 \cdot 10^{-5} \cdot 0,033}{0,033}=1,74 \cdot 10^{-5}
моль/л\)
Рассчитайте \(\
\mathrm{pH}
\) раствора:
\(\
p H=-l g\left[H^{+}\right]=-l g\left(1,74 \cdot 10^{-5}\right)=4,76
\)
рН полученного раствора составляет 4,76.