Идентификация органических веществ: задание 24 ЕГЭ по химии

Чтобы реакция считалась качественной, при её проведении нужно наблюдать одно из следующих явлений:

• изменение цвета раствора,
• выпадение или растворение осадка,
• выделение газа.

В задании 24 нужно опираться на видимые признаки и подбирать реагент, который наглядно покажет разницу между двумя предложенными веществами. Если реактив реагирует с обоими веществами одинаково (выделяется один и тот же газ без цвета и запаха, не меняется цвет), он не подходит для распознавания.

Углеводороды состоят из углерода и водорода. Их реакционная способность зависит от наличия кратных связей — двойных или тройных.

Алканы и циклоалканы

Алканы — предельные углеводороды. Они химически инертны и при обычных условиях не обесцвечивают бромную воду или раствор перманганата калия. Этим они отличаются от непредельных углеводородов. Аналогичными свойствами обладают и большие циклоалканы (циклопентан и циклогексан). Малые циклы (циклопропан, циклобутан) реагируют с чистым бромом, с бромной водой взаимодействие практически не идёт. Раствор перманганата калия малые циклы не обесцвечивают.

Алкены и диены

В молекулах этих веществ есть двойные связи. Для них применимы следующие качественные реакции:

• Обесцвечивание бромной воды (раствора брома в воде, который имеет бурую окраску). Бром присоединяется по месту разрыва двойной связи, и раствор становится прозрачным: $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br−CH_2Br$
• Обесцвечивание раствора перманганата калия ($KMnO_4$) в нейтральной среде. Фиолетовый раствор становится бесцветным, выпадает бурый осадок оксида марганца(IV): $3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO−CH_2−CH_2−OH + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$
• Обесцвечивание фиолетового раствора перманганата калия ($KMnO_4$) в кислой среде. При окислении алкенов с концевой двойной связью будет выделяться углекислый газ: $CH_3-CH=CH_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow CH_3−COOH + CO_2 + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 4H_2O$
• Изменение окраски раствора перманганата калия ($KMnO_4$) в щелочной среде. Фиолетовый раствор постепенно меняет окраску на зелёную ($K_2MnO_4$): $CH_3-CH=CH_2 + 10KMnO_4 + 13KOH \rightarrow CH_3−COOK + K_2CO_3 + 10K_2MnO_4 + 8H_2O$

Алкины

Алкины содержат тройную связь. Они активно обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия.

Алкины с тройной связью на конце цепи (терминальные алкины, например, ацетилен $HC≡CH$ или пропин $CH_3−C≡CH$) обладают особой химической активностью. Атом водорода при концевой тройной связи имеет кислотную подвижность, что позволяет проводить реакции замещения:

• Реакция с аммиачным раствором оксида серебра (реактивом Толленса). Приводит к образованию осадка белого или желтоватого цвета (выпадает ацетиленид серебра): $HC≡CH + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow Ag−C≡C−Ag\downarrow + 4NH₃ + 2H_2O$
• Реакция с аммиачным раствором хлорида меди(I). Образуется осадок кирпично-красного цвета.

Ароматические углеводороды

Бензол не обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия. Гомологи бензола (например, толуол) бромную воду тоже не обесцвечивают, но при нагревании способны окисляться и обесцвечивать подкисленный фиолетовый раствор перманганата калия. Раствор теряет окраску, так как боковая цепь окисляется до бензойной кислоты.

Одноатомные спирты

Первичные и вторичные спирты реагируют с оксидом меди(II) при нагревании. Чёрный порошок $CuO$ восстанавливается до металлической меди, которая имеет красный цвет.

Дополнительно ощущается специфический запах образующегося альдегида:

$CH_3CH_2OH + CuO \rightarrow CH_3CHO + Cu\downarrow + H_2O$

Первичные и вторичные спирты также могут реагировать с раствором перманганата калия, обесцвечивая его.

Качественной реакцией на любые спирты (в том числе многоатомные и фенол) является взаимодействие с активными металлами. В результате происходит растворение металла и выделение водорода:

$2CH_3-OH + 2Na \rightarrow 2CH_3-ONa + H_2\uparrow$

Многоатомные спирты

Этиленгликоль и глицерин содержат несколько $OH$-групп у соседних атомов углерода. Их качественная реакция — взаимодействие со свежеосаждённым гидроксидом меди(II) без нагревания. Голубой осадок $Cu(OH)_2$ растворяется с образованием прозрачного раствора насыщенного тёмно-синего цвета.

Фенолы

У фенолов гидроксильная группа связана напрямую с бензольным кольцом, что сильно меняет свойства молекулы.

• Реакция с бромной водой. Выпадает густой белый осадок 2,4,6-трибромфенола.
• Реакция с хлоридом железа(III) ($FeCl_3$). Образуется комплексное соединение, окрашивающее раствор в фиолетовый цвет.

Альдегиды

Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот даже слабыми окислителями.

• Реакция «серебряного зеркала». При лёгком нагревании альдегида с аммиачным раствором оксида серебра на стенках пробирки образуется блестящий налёт металлического серебра: $CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow CH_3COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$
• Реакция с гидроксидом меди(II) при нагревании. Голубой осадок превращается сначала в жёлтый, а затем в кирпично-красный осадок оксида меди(I): $CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 \rightarrow CH_3COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$
• Обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия: $5CH_3CHO + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5CH_3COOH + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 3H_2O$

Кетоны

Кетоны (например, ацетон) не окисляются аммиачным раствором оксида серебра, гидроксидом меди(II) и подкислённым раствором перманганата калия (в рамках школьной программы).

Это надёжный способ отличить альдегид от кетона.

Карбоновые кислоты

Они проявляют свойства типичных кислот.

• Окрашивают синий лакмус в красный цвет.
• Взаимодействуют с карбонатами и гидрокарбонатами ($Na_2CO_3$, $NaHCO_3$) с выделением бесцветного углекислого газа: $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$

Сложные эфиры и жиры

Сложные эфиры не растворяются в воде и часто обладают приятным запахом. Жиры оставляют стойкие характерные пятна на бумаге. Жидкие жиры содержат остатки непредельных карбоновых кислот (олеиновой, линолевой, линоленовой) и способны обесцвечивать бромную воду. Твёрдые жиры такого свойства не проявляют, так как содержат в составе остатки насыщенных карбоновых кислот (стеариновой и пальмитиновой).

Муравьиная кислота и её эфиры

Муравьиная кислота содержит в своей структурной формуле карбонильную группу и карбоксильную группу.

Поэтому для муравьиной кислоты и её эфиров характерны все качественные реакции на альдегидную группу.

Углеводы

Качественными реакциями на альдозы (например, на глюкозу) являются реакции с аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала) и с гидроксидом меди(II) при нагревании (выпадает кирпично-красный осадок $Cu_2O$).

Без нагревания в реакции с $Cu(OH)_2$ глюкоза даёт тёмно-синее окрашивание, как и многоатомные спирты.

Качественная реакция на крахмал — реакция с йодом. В результате их взаимодействия получается тёмно-синее окрашивание.

Алифатические амины

Метиламин, этиламин и другие подобные соединения являются органическими аналогами аммиака и проявляют свойства оснований:

• окрашивают влажную красную лакмусовую бумажку в синий цвет;
• имеют характерный неприятный запах;
• образуют густой белый дым при поднесении стеклянной палочки, смоченной концентрированной соляной кислотой.

Ароматические амины

Аминогруппа влияет на бензольное кольцо так же, как гидроксильная группа в фенолах. При добавлении бромной воды к анилину выпадает белый осадок 2,4,6-триброманилина.

Аминокислоты

В молекулах аминокислот содержатся противоположные по свойствам группы: аминогруппа и карбоксильная. Водные растворы нейтральных аминокислот (например, глицина) не меняют окраску индикаторов.

Белки

• Ксантопротеиновая реакция. Взаимодействие белка с азотной кислотой с образованием жёлтого окрашивания.
• Биуретовая реакция — реакция со свежеосаждённым гидроксидом меди(II). Появляется ярко-фиолетовое окрашивание раствора.
• Цистеиновая реакция. Качественная реакция с ацетатом свинца в щелочной среде на белки, содержащие остатки серосодержащих аминокислот. В результате реакции выпадает чёрный осадок сульфида свинца(II).

В задании требуется установить соответствие между парой веществ и реактивом, с помощью которого эти вещества можно различить.

Для успешного решения соблюдай порядок действий:

1. Внимательно проанализируй пару веществ и определи классы, к которым они относятся.
2. Найди отличия в структурах молекул (наличие кратных связей, функциональных групп, бензольного кольца).
3. Просмотри предложенные реагенты. Нужно найти реактив, который взаимодействует с одним веществом с выделением газа, выпадением осадка или изменением цвета, а со вторым не реагирует или показывает другой признак.

Разберём применение алгоритма на примерах экзаменационного формата.

Пример № 1

Подберите реагент, с помощью которого можно различить этаналь и ацетон.

Варианты:

1. Метилоранж.
2. Свежеосаждённый гидроксид меди(II).
3. Гидроксид железа(III).
4. Хлорид натрия.

Пример № 2

Установите соответствие между признаком реакции со свежеосаждённым гидроксидом меди(II) и веществом: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Вещества:
А) Ацетилен.
Б) Этаналь.
В) Пропионовая кислота.
Г) Этиленгликоль.
Признаки:
1. Кирпично-красный осадок
2. Белый осадок
3. Бледно-голубой раствор
4. Тёмно-синий раствор
5. Нет видимых признаков

Пример № 3

Подберите реагент, с помощью которого можно различить пропанол-1 и ацетон.

Варианты:

1. Бромная вода.
2. Металлический натрий.
3. Гидрокарбонат натрия.
4. Фенолфталеин.

Систематизированная информация по всем органическим классам собрана в таблице. Её можно использовать для быстрого повторения перед выполнением вариантов.

После изучения материала у тебя сформировалась полная картина методов качественного анализа. Теперь ты умеешь:

• сопоставлять классы органических соединений и соответствующие им реагенты;
• предсказывать визуальный результат химических превращений;
• использовать алгоритм для нахождения правильных комбинаций в задании 24.

Чтобы закрепить теорию, рекомендуем отработать 15–20 заданий из «100балльного банка», опираясь на справочную таблицу и изученные правила.