Учебник по химии 10 класс Углубленный уровень авторов: Еремин Лунин Профиль. ОТВЕТЫ на параграф 46 «Фенолы». Код материалов: Химия Еремин §46 Ответы.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
Химия Еремин 10 класс.
Ответы к §46 Фенолы.
Фенолы — это органические вещества, в которых гидроксильная группа (-OH) напрямую связана с атомом углерода ароматического ядра. Простейший представитель — гидроксибензол C₆H₅OH, или собственно фенол.
№ 1. Почему фенолы выделяют в особый класс, отличный от спиртов?
Решение: Фенолы отличаются от спиртов тем, что гидроксильная группа (–OH) непосредственно связана с бензольным кольцом. Это приводит к сильному взаимному влиянию ароматического кольца и гидроксильной группы:
— В фенолах кислородный атом отдаёт электронную плотность в бензольное кольцо, что увеличивает кислотность фенолов (они реагируют со щелочами, в отличие от спиртов).
— Бензольное кольцо активируется к реакциям электрофильного замещения (легче, чем бензол).
Ответ: Фенолы выделяют в особый класс из-за прямого влияния ароматического кольца на гидроксильную группу, что придаёт им особые химические свойства (кислотность, лёгкость электрофильного замещения).
№ 2. Изобразите предельные резонансные формы молекулы фенола. Объясните, почему вклад резонансных структур, в которых на атоме кислорода присутствует положительный заряд, минимален.
Решение: Резонансные структуры фенола:
1. Основная структура: C₆H₅–OH.
2. Структуры с перемещением электронной пары от кислорода в кольцо (отрицательный заряд в орто- и пара- положениях кольца):
(В идеале здесь схема: кислород с положительным зарядом, в кольце в положениях 2,4,6 отрицательные заряды…) Структуры с положительным зарядом на кислороде менее выгодны, потому что кислород — электроотрицательный элемент, и наличие на нём положительного заряда энергетически невыгодно. Более стабильны структуры, где отрицательный заряд делокализован по ароматическому кольцу.Ответ: Вклад структур с положительным зарядом на кислороде мал из-за высокой электроотрицательности кислорода, что делает такие формы менее стабильными.
№ 3. Сравните химические свойства фенола и этанола, фенола и бензола. Сделайте вывод о взаимном влиянии гидроксильной группы и бензольного ядра.
Решение: Фенол vs этанол:
— Кислотность: Фенол (pKa ≈ 10) реагирует с NaOH, этанол (pKa ≈ 16) — нет.
— Реакции с галогеноводородами: Этанол даёт галогеналканы, фенол не реагирует с HCl, HBr.
— Окисление: Этанол окисляется до альдегида, фенол окисляется легко до хинонов.
Фенол vs бензол:
— Реакции электрофильного замещения: Фенол бромируется легко (белый осадок 2,4,6-трибромфенола), бензол требует катализатор FeBr₃ и даёт монобромпроизводное.
— Фенол нитруется разбавленной HNO₃, бензол — концентрированной HNO₃/H₂SO₄.
Вывод: Гидроксильная группа активирует бензольное кольцо и ориентирует заместители в орто- и пара- положения. Бензольное кольцо увеличивает кислотность –OH группы за счёт стабилизации фенолят-иона резонансом.
Ответ: В феноле наблюдается взаимное влияние: OH-группа повышает реакционную способность кольца в реакциях электрофильного замещения, а бензольное кольцо повышает кислотность OH-группы.
№ 4. Пентахлорфенолят натрия используют в качестве консерванта древесины. Какие вещества образуются при взаимодействии его с соляной кислотой? Напишите уравнение реакции.
Решение:
Пентахлорфенолят натрия C₆Cl₅ONa — соль слабой кислоты (пентахлорфенола) и сильного основания. При действии сильной кислоты HCl происходит вытеснение слабой кислоты:
\[
C_6Cl_5ONa + HCl \rightarrow C_6Cl_5OH + NaCl
\]
Ответ: Образуются пентахлорфенол и хлорид натрия.
№ 5. Дифениловый эфир представляет собой кристаллическое вещество с запахом герани. Его получают нагреванием смеси фенолята калия, бромбензола и медного порошка (катализатор) до 210 °C. Напишите уравнение реакции. Какое количество эфира можно теоретически получить из 31 г фенолята калия и 35 г бромбензола?
Решение: Реакция Ульмана для синтеза дифенилового эфира:
\[
C_6H_5OK + BrC_6H_5 \xrightarrow[210^\circ C]{Cu} C_6H_5-O-C_6H_5 + KBr
\]
Молярные массы:
M(C₆H₅OK) = 39 + 12×6 + 5 + 16 + 39 = 132 г/моль
M(BrC₆H₅) = 79 + 77 = 156 г/моль
M((C₆H₅)₂O) = 12×12 + 10 + 16 = 170 г/моль
n(C₆H₅OK) = 31 / 132 ≈ 0,235 моль
n(BrC₆H₅) = 35 / 156 ≈ 0,224 моль
Соотношение 1:1, значит бромбензол в недостатке.
n(эфира) = n(BrC₆H₅) = 0,224 моль
m(эфира) = 0,224 × 170 ≈ 38,08 г
Ответ: Уравнение реакции: C₆H₅OK + BrC₆H₅ → (C₆H₅)₂O + KBr. Теоретический выход эфира ≈ 38,1 г.
№ 6. Напишите уравнения реакций фенола с калием, гидроксидом калия, бромной водой, разбавленной азотной кислотой.
Решение: 1. С калием:
\[
2C_6H_5OH + 2K \rightarrow 2C_6H_5OK + H_2
\]
2. С гидроксидом калия:
\[
C_6H_5OH + KOH \rightarrow C_6H_5OK + H_2O
\]
3. С бромной водой (качественная реакция):
\[
C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH \downarrow (\text{2,4,6-трибромфенол}) + 3HBr
\]
4. С разбавленной HNO₃:
\[
C_6H_5OH + 2HNO_3 \ (\text{разб.}) \rightarrow \text{смесь орто- и пара-нитрофенолов}
\]
(орто-нитрофенол + пара-нитрофенол)
Ответ: Уравнения приведены выше.
№ 7. Как получить из бензола фенетол — этиловый эфир фенола? Напишите уравнения реакций.
Решение:
1. Нитрование бензола:
\[
C_6H_6 + HNO_3 \ (конц.) \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O
\]
2. Восстановление нитробензола до анилина:
\[
C_6H_5NO_2 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_6H_5NH_2 + 2H_2O
\]
3. Диазотирование анилина:
\[
C_6H_5NH_2 + NaNO_2 + 2HCl \ (0-5^\circ C) \rightarrow C_6H_5N_2^+Cl^- + NaCl + 2H_2O
\]
4. Замена диазогруппы на –OH (гидролиз диазосоли):
\[
C_6H_5N_2^+Cl^- + H_2O \xrightarrow{t} C_6H_5OH + N_2 + HCl
\]
5. Образование фенетола:
\[
C_6H_5OH + C_2H_5Br \xrightarrow{NaOH} C_6H_5OC_2H_5 + NaBr
\]
(или через фенолят: C₆H₅ONa + C₂H₅Br → C₆H₅OC₂H₅ + NaBr)
Ответ:
Схема: Бензол → нитробензол → анилин → фенол (через диазосоль) → фенетол.
№ 8. В трёх пробирках без этикеток находятся водные растворы этанола, глицерина и фенола. Как определить, в какой пробирке находится какой раствор?
Решение:
1. Добавить несколько капель раствора FeCl₃: фенол даёт фиолетовое окрашивание.
2. Оставшиеся две пробирки: добавить свежеосаждённый Cu(OH)₂. Глицерин растворит его с образованием ярко-синего комплекса (глицерат меди), этанол — нет.
Ответ: FeCl₃ — фиолетовый (фенол), Cu(OH)₂ — синее окрашивание (глицерин), без изменений (этанол).
№ 9. Определите структурную формулу соединения состава C₇H₈O₂, которое реагирует с гидроксидом натрия с образованием C₇H₇O₂Na, а при взаимодействии с бромной водой, подкисленной бромоводородом, даёт C₇H₅ОВг3.
Решение:
─ C₇H₈O₂ + NaOH → C₇H₇O₂Na — реакция говорит о кислотных свойствах (один атом H замещается на Na). Значит, одна из кислородсодержащих групп –OH (фенол или карбоновая кислота).
─ Бромирование бромной водой в кислой среде (обычно для фенолов) даёт C₇H₅OBr₃ — заместились 3 атома H в бензольном кольце на Br.
─ Исходно в кольце C₇H₈O₂: бензол C₆H₆ + заместители ClH₂O₂.
─ Если это фенол + –CH₂OH (бензиловый спирт), то формула HO–C₆H₄–CH₂OH (орто─, мета─, пара─).
─ Бромирование в кольце: фенольный гидроксил активирует орто─ и пара─ положения. Чтобы получился C₇H₅OBr₃, нужно, чтобы все орто─ и пара─ позиции к OH были свободны для замещения на Br (3 атома Br в кольце).
─ В бензольном кольце 6 атомов C: 1 связан с OH, 1 с CH₂OH, остаётся 4 атома C в кольце с H. Для трёх Br нужно три положения орто/пара к OH.
─ Проверим пара─гидроксибензиловый спирт (p─HO–C₆H₄–CH₂OH):
Бромирование: OH активирует положения 2,6 (орто) и 4 (пара), но пара─ занята –CH₂OH, значит орто─ 2,6 и ещё одна позиция? Нет, третьего активированного положения нет.
─ Если –CH₂OH заменить на –COOH (салициловая кислота), то C₇H₆O₃ — не подходит по составу.
─ Рассмотрим мета─изомер: HO–C₆H₄–CH₂OH (м─): OH активирует орто─ 2,6 и пара─ 4. Пара─ свободна, орто─ 2 и 6 свободны? В мета─ 1─OH, 3─CH₂OH, тогда положения 2,6 орто к OH свободны, положение 4 пара свободно — всего 3 активированных положения. Да, подходит.
─ Бромирование: 2,4,6─трибром─3─гидроксиметилфенол = C₇H₅OBr₃.
─ Исходно C₇H₈O₂ = 3─гидроксиметилфенол (м─крезол, но с –CH₂OH).
Ответ: Структурная формула — 3─гидроксиметилфенол (м─гидроксибензиловый спирт):
HO–C₆H₄–CH₂OH с OH и CH₂OH в мета─положении.
Вы смотрели: Учебник по химии 10 класс Углубленный уровень авторов: Еремин Лунин Профиль. ОТВЕТЫ на параграф 46 «Фенолы». Код материалов: Химия Еремин §46 Ответы.