Методические рекомендации по решению заданий С3 ЕГЭ по химии

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 13

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Спросите любого химика: что он считает вершиной химического искусства? Ответ будет один и тот же, в какой бы области ни работал ваш собеседник - органический синтез. Одни сравнивают органический синтез с шахматной комбинацией, другие - с хитроумной математической головоломкой, третьи считают уместным сопоставление с военной стратегией и тактикой, где в ходу и стремительные атаки, и отступления, и обходные маневры… Горек и солон хлеб химика-синтетика, но зато у него есть шанс испытать ни с чем не сравнимое чувство победы, добытой - в самом прямом смысле слова - собственными руками.

Приступая к новой работе, синтетик намечает путь, по которому рассчитывает добраться до поставленной цели, т.е. решает задачу хорошо знакомого нам типа - цепочку превращений веществ. В органической химии это, по сути, схема многостадийного синтеза. Чтобы его осуществить, необходимо определить оптимальные условия для проведения реакции, подобрать реагенты и катализаторы, предусмотреть образование возможных промежуточных продуктов.

Вот примеры задач этого типа, где надо составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Метан → хлорметан→ метанол→ формальдегид

CH₄ → ацетилен → CH₃CHO

Ацетилен → уксусный альдегид → уксусная кислота

Этилацетат → уксусная кислота → ацетат кальция

Для разгадывания этих химических головоломок достаточно знать химические свойства основных классов органических веществ, генетическую связь между классами, иметь представления о наиболее часто встречающихся катализаторах различных реакций и иных условиях их протекания.

Приведем здесь минимум знаний, необходимых для решения заданий с цепочками превращений.

1. Получение органических веществ из неорганических

СаСО₃^t→ СаО⁺^C^{, -СО}→ СаС₂^+Н2О→ С₂Н₂^Сакт,^t→ С₆Н₆

СаСО₃^t → СО₂ ⁺^C→ СО ⁺^NaOH^,^t^,^p→ НСООNa ⁺^H²^SO⁴→ HCOOH

CO ^+H2→ CH₃OH

CO ^{+H2, kat Ni, -H2O}→ CH₄

Al₂O₃ ^+C→ Al₄C₃ ^+H2O→ CH₄

C^{+H2, kat Ni}→ CH₄

2. Реакции, характерные для алканов и их галогенпроизводных

Алкан +Hal₂^hγ→ галогеналкан + галогеноводород (реакция галогенирования)

Алкан^AlCl3,^t → алкан (с разветвленной цепью) ( реакция изомеризации)

Алкан ^t^,^kat→ алкен + алкан ( реакция крекинга)

Алкан ^Cr²^O^3,^t→ циклоалкан (алкен) + Н₂( реакция дегидрирования)

Метан ^1500◦ → ацетилен +H₂

Метан ^t→ С + Н₂ (пиролиз)

Алкан^Cr²^O^3,^t → арен + Н₂ (реакция риформинга)

Метан +Н2О^t^,^kat→ СО + Н₂ (реакция конверсии)

Метан + О₂ ^t^,^kat→ метанол

Метан + О₂ ^t^,^kat→ метаналь + Н2О

Галогеналкан (R-Cl)+Na → алкан (R-R) + NaCl (реакция Вюрца)

Галогеналкан + NaOH(спирт.) → алкен + соль + Н₂О

Галогеналкан + NaOH(водн.) → спирт + соль

Галогеналкан + ацетиленид → алкин + соль

Дигалогеналкан + Zn (Mg) → алкен + соль

Дигалогеналкан + NaOH(водн.) → альдегид (кетон) + соль + вода

Тригалогеналкан + NaOH(водн.) → карбоновая кислота + соль + вода

3. Реакции, характерные для алкенов

Алкен +Н₂^Ni^,^t→ алкан (гидрирование)

Алкен + галоген → дигалогеналкан (галогенирование)

Алкен + галогеноводород→ галогеналкан (гидрогалогенирование) - по правилу Марковникова, Н присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи

Алкен + Н₂О ^Н+→ одноатомный спирт (гидратация)

Алкен ^t^,^kat→ полимер (полимеризация)

Алкен + [О] + Н₂О ^KMnO⁴→ двухатомный спирт (окисление в нейтральной или слабощелочной среде)

Алкен + [О] + Н₂О ^KMnO^4,^t→ карбоновая кислота, кетон или СО₂(окисление в кислой среде)

Алкен + О₂^kat^С^uCl²→ альдегид или кетон (каталитическое окисление)

4. Реакции, характерные для алкинов

Гидрирование в 1-2 стадии (см. алкены)

Галогенирование в 1-2 стадии (см. алкены)

Гидрогалогенирование в 1-2 стадии (см. алкены)

Алкин + Н₂О ^HgCl²→ ацетальдегид или кетон (реакция Кучерова)

Ацетилен ^Сакт.,^t→ бензол (тримеризация)

Алкин + [Ag(NH₃)₂] ОH → ацетиленид серебра + аммиак + вода

Алкин + [О] + Н₂О → карбоновые кислоты или СО₂(окисление с разрывом цепи)

5. Реакции, характерные для аренов

Бензол + галоген ^AlHal^3,^FeHal³→ галогенбензол + галогеноводород (галогенирование)

Гомолог бензола + галоген ^AlHal^3,^FeHal³→ галогенарен + галогеноводород (галогенирование) - с образованием орто- и пара-замещенных по отношению к радикалу продуктов

Арен + азотная кислота (конц.) ^H²^SO⁴ → нитроарен + вода (см. описание предыдущей реакции) – реакция нитрования

Арен + галогеналкан ^AlHal³→ гомолог бензола + галогеноводород (реакция алкилирования) – см. описание реакции галогенирования

Арен + Н₂^Ni^,^t→ циклоалкан

Бензол + Cl₂ ^hγ→ гексахлорциклогексан

Гомолог бензола + Cl₂ ^hγ→ галогенарен + галогеноводород (хлорирование на свету) - замещается Н на галоген у того атома С, который непосредственно связан с бензольным кольцом)

Гомолог бензола + [О] + Н⁺ ^KMnO^4,^t→ароматическая кислота + СО₂+Н₂О ( окисление) - гомологи бензола окисляются, если есть хотя бы один атом Н у углеродного атома С в радикале, непосредственно связанного с кольцом; на его месте образуется –СООН, а остальная боковая цепь окисляется до СО₂ и Н₂О

Получение аренов

Циклогексан (его гомолог) ^Pt^,^t→ бензол (его гомолог) + Н₂

Алкан^Cr²^O^3,^t→ бензол (его гомолог) + Н₂

Соль ароматической кислоты + NaOH^t→ арен + Na₂CO₃(декарбоксилирование солей)

Галогенарен + Na+ галогеналкан → гомолог бензола + соль (реакция Вюрца-Фиттига)

6. Реакции, характерные для спиртов

Спирт + щелочной металл → алкоголят + Н₂

Спирт + кислота ^H²^SO^4конц → сложный эфир + Н₂О (реакция этерификации)

Спирт + галогеноводород → галогеналкан + Н₂О

Спирт ^H²^SO^4конц ^,^t → алкен + Н₂О (внутримолекулярная дегидратация) - идет в избытке кислоты и при высоких температурах

Спирт + спирт ^H²^SO^4конц ^,^t→ простой эфир + Н₂О (межмолекулярная дегидратация) – идет в избытке спирта и при более слабом нагревании

Спирт + CuO ^t→ альдегид (кетон) + Cu + Н₂О (окисление)

Спирт ^Cu^,^t→ альдегид (кетон) + Н₂(дегидрирование)

Этанол ^ZnO^,^Al²^O^3, ^t→ бутадиен – 1,3 + Н₂+ Н₂О (реакция Лебедева)

7. Реакции, характерные для фенолов

Фенол + щелочной металл → фенолят + Н₂

Фенол + щелочь→ фенолят + Н₂О

Фенол + галогенангидрид → сложный эфир + галогеноводород

Фенол + галоген → галогенфенол + галогеноводород – замещаются Н-атомы у тех С-атомов, которые находятся в орто- или параположениях к гидроксогруппе ( трибромфенол выпадает в виде белого осадка)

Фенол + азотная кислота → 2, 4,6-тринитрофенол + вода (реакция нитрования)

Фенол + формальдегид → фенолформальдегидная смола + вода (реакция поликонденсации)

Получение фенолов

Галогенарен + NaOH→ фенол + соль

Фенолят + HCl → фенол + соль

Бензол + пропен → изопропилбензол (кумол)

Кумол + О₂ ^H²^SO⁴→ фенол + ацетон

8. Реакции, характерные для альдегидов и кетонов

Альдегид (кетон) + Н₂^Ni^,^t → спирт (восстановление водородом)

Альдегид + [Ag(NH₃)₂] ОH → аммонийная соль карбоновой кислоты + + Ag +NH₃ + H₂O (реакция серебряного зеркала)

Альдегид + Cu(OH)₂^t → карбоновая кислота + Cu₂O + H₂O (окисление) – может проводиться и другими сильными окислителями

Альдегид (кетон) + РСl₅ → дигалогеналкан + РОСl₃

Альдегид (кетон) + НСN → R – CH(OH) – CN

Альдегид ^t → полиальдегид

9. Реакции, характерные для карбоновых кислот

Карбоновая кислота + металл (активный) → соль + Н₂

Карбоновая кислота + основание → соль + Н₂О

Карбоновая кислота + основный оксид → соль + Н₂О

Карбоновая кислота + соль → соль + кислота (осадок, газ)

Этерификация (см. Спирты)

Карбоновая кислота ^t^,^P²^O⁵→ ангидрид + Н₂О

Карбоновая кислота + РСl₅ (РСl₃ или SOCl₂₎ → галогенангидрид + +РОСl₃ + HCl (H₃PO₃ или SO₂+ HCl) (замещение гидроксогруппы на галоген)

Карбоновая кислота + галоген ^Ркр.→ галогенкарбоновая кислота + галогеноводород (замещение Н на галоген у α-углеродного атома)

Карбоновая кислота + 4[Н] ^kat→ спирт + вода

Особые свойства муравьиной кислоты:

НСООН + Ag₂O → 2Ag + СО₂ + Н₂О

НСООН + Cu(OH)₂^t → Cu₂O + СО₂ + Н₂О

НСООН ^H²^SO^4конц ^,^t→ СО + Н₂О

НСООН + Cl₂ → СО₂+ HCl

10. Реакции, характерные для солей карбоновых кислот

R – COONa + NaOH ^сплав.→ R – H + Na₂CO₃ (декарбоксилирование)

(R – COO)₂Ca ^t→ R – CO – R + CaCO₃ (термическое разложение)

R – COONH₄ ^t→ R – CO – NH₂ + H₂O (термическое разложение солей аммония)

R – COONa + R¹ – CO – Cl → R – CO – O – CO – R¹ + NaCl (образование ангидридов)

2 R – COONa + 2 H₂O ^эл^-^лиз→ R – R + 2CO₂ + H₂ + 2NaOH (реакция Кольбе)

11. Реакции, характерные для аминов

Амин + кислота → соль амина

Амин + галогеналкан → соль амина

Амин + соль → соль амина + нераств. основание

Амин (первич.) + HNO₂ → спирт + азот + вода

Амин (вторич.) + HNO₂ → R₂N – N=O + вода

Амин (третич.) + HNO₂ → не реагирует

Анилин + HNO₂+ HCl → [С₆H₅ – N=N]Cl

Анилин + Br₂ → 2, 4, 6-триброманилин + НВr

Получение аминов

Нитросоединение + [ Н ] → первичный амин или анилин

Аммиак + галогеналкан (арен) → соль амина

Соль амина + щелочь ^t→ амин

Нитрил (RCN) + [ Н ] ^Pt→ амин