Μετά το τέλος της µελέτης του 5ου κεφαλαίου, ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση: Να γνωρίζει σε ποιες περιπτώσεις δηµιουργείται δεσµός π και τα

Transcript

1 Μετά το τέλος της µελέτης του 5ου κεφαλαίου, ο µαθητής θα πρέπει να είναι σε θέση: Να γνωρίζει τα βασικά σηµεία της θεωρίας των µοριακών τροχιακών Να γνωρίζει τα βασικά σηµεία της θεωρίας δεσµού σθένους Να γνωρίζει σε ποιες περιπτώσεις δηµιουργείται δεσµός σ και τα χαρακτηριστικά του γνωρίσµατα Να γνωρίζει σε ποιες περιπτώσεις δηµιουργείται δεσµός π και τα χαρακτηριστικά του γνωρίσµατα Να γνωρίζει τι είναι υβριδισµός και ποιες ιδιότητες έχουν τα υβριδικά τροχιακά Να γνωρίζει πότε δηµιουργούνται sp υβριδικά τροχιακά και τι σχήµα και διάταξη έχουν Να γνωρίζει πότε δηµιουργούνται sp 2 υβριδικά τροχιακά και τι σχή- µα και διάταξη έχουν Να γνωρίζει πότε δηµιουργούνται sp 3 υβριδικά τροχιακά και τι σχή- µα και διάταξη έχουν Να βρίσκει το είδος των δεσµών και τον υβριδισµό των ατόµων του άνθρακα σε ένα µόριο οργανικής ένωσης Να γράφει τις χηµικές εξισώσεις οργανικών αντιδράσεων και να τις κατατάσσει στην κατηγορία που ανήκουν Να περιγράφει τον τρόπο µε τον οποίο µπορεί να γίνει η διάκριση ή η ταυτοποίηση µίας οργανικής ένωσης Να επιλύει θεωρητικές ασκήσεις συµπλήρωσης αντιδράσεων Να επιλύει ασκήσεις που περιέχουν στοιχειοµετρικούς υπολογισµούς σε αντιδράσεις οργανικής χηµείας

2 Οργανική Χηµεία 104 Eπαναλαµβάνουµε τη θεωρία Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία Θεωρία των µοριακών τροχιακών: Τα βασικά σηµεία της θεωρίας των µοριακών τροχιακών είναι: α Τα µοριακά τροχιακά προκύπτουν µε συνδυασµό ατοµικών τροχιακών Όσα ατοµικά τροχιακά συνδυάζονται, τόσα µοριακά τροχιακά προκύπτουν β Τα µοριακά τροχιακά περιγράφουν τις περιοχές του χώρου σε ένα µόριο, όπου υπάρχει µεγάλη πιθανότητα να βραθεί το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων Τα µοριακά τροχιακά περιβάλλουν δύο ή περισσότερους πυρήνες, σε αντίθεση µε τα ατοµικά τροχιακά που περιβάλλουν µόνον ένα γ Τα µοριακά τροχιακά έχουν ορισµένο σχήµα, µέγεθος και ενεργειακό επίπεδο δ Υπάρχουν δύο είδη µοριακών τροχιακών, τα δεσµικά που έχουν χαµηλή ενέργεια και τα αντιδεσµικά που έχουν υψηλή ενέργεια Θεωρία δεσµού σθένους: Τα βασικά σηµεία της θεωρίας δεσµού σθένους είναι: α Κατά το σχηµατισµό οµοιοπολικού δεσµού ανάµεσα σε δύο άτοµα, γίνεται επικάλυψη ανάµεσα σε τροχιακά της στιβάδας σθένους των δύο ατόµων β Αν κάθε τροχιακό που επικαλύπτεται περιέχει ένα µονήρες ηλεκτρόνιο, τότε ηλεκτρόνια µε αντιπαράλληλα spin δηµιουργούν ζεύγη ηλεκτρονίων που ανήκουν και στα δύο άτοµα Η έλξη του κοινού ζεύγους και από τους δύο πυρήνες οδηγεί στο σχηµατισµό δεσµού µεταξύ των ατόµων γ Όσο µεγαλύτερος είναι ο βαθµός επικάλυψης µεταξύ των ατοµικών τροχιακών µε ένα µονήρες ηλεκτρόνιο, τόσο ισχυρότερος είναι ο δεσµός που σχηµατίζεται εσµοί σ: Οι σ δεσµοί προκύπτουν µε επικαλύψεις s s, s p και p p ατοµικών τροχιακών, κατά τον άξονα που συνδέει τους πυρήνες των δύο ατόµων που συνδέονται Κατά τη διεύθυνση του άξονα που συνδέει τους πυρήνες των δύο ατόµων εξασφαλίζεται η µεγαλύτερη επικάλυψη Η ευθεία που ενώνει τους πυρήνες των δύο ατόµων, ονοµάζεται άξονας του δεσµού και συµπίπτει µε τους άξονες συµµετρίας των τροχιακών που επικαλύπτονται Κατά τη δηµιουργία του σ δεσµού, οι πυρήνες των ατόµων βρίσκονται σε απόσταση τέτοια ώστε η ενέργεια του συστήµατος να είναι ελάχιστη Η απόσταση αυτή ονοµάζεται µήκος δεσµού

3 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία 105 εσµοί π: Οι π δεσµοί προκύπτουν µε πλευρικές επικαλύψεις p p ατοµικών τροχιακών, των οποίων οι άξονες είναι παράλληλοι Στον π δεσµό, οι άξονες των τροχιακών που επικαλύπτονται, είναι κάθετοι στον άξονα του δεσµού και η πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους είναι µέγιστη εκατέρωθεν του άξονα και µηδενική πάνω στον άξονα Στον π δεσµό η επικάλυψη είναι µικρότερη από ότι στον σ δεσµό, για αυτό ο σ δεσµός είναι ισχυρότερος του π δεσµού Στα s τροχιακά, είναι αδύνατη η πλευρική επικάλυψη, για αυτό δε συµµετέχουν σε π δεσµούς Το άτοµο του υδρογόνου, που έχει µόνο s τροχιακά, δε σχηµατίζει π δεσµούς Μεταξύ δύο ατόµων, δηµιουργείται π δεσµός µόνο εφόσον έχει προηγηθεί δη- µιουργία σ δεσµού Ο απλός οµοιοπολικός δεσµός ( ) αποτελείται από ένα σ δεσµό, ο διπλός οµοιοπολικός δεσµός (=) αποτελείται από ένα σ και ένα π δεσµό και ο τριπλός οµοιοπολικός δεσµός ( ) αποτελείται από ένα σ και δύο π δεσµούς Υβριδισµός, είναι ο γραµµικός συνδυασµός (πρόσθεση ή αφαίρεση) ατοµικών τροχιακών που οδηγεί στη δηµιουργία νέων ισότιµων ατοµικών τροχιακών, τα οποία ονοµάζονται υβριδικά τροχιακά Τα υβριδικά τροχιακά έχουν τις παρακάτω ιδιότητες: α Είναι αριθµητικά ίσα µε τα ατοµικά τροχιακά που συνδυάζονται για το σχηµατισµό τους β ιαφέρουν από τα ατοµικά τροχιακά που συνδυάζονται για το σχηµατισµό τους, ως προς την ενέργεια, τη µορφή και τον προσανατολισµό γ Έχουν σχήµα οµοαξονικών αλλά άνισου µεγέθους λοβών δ Τα ηλεκτρόνια που υπήρχαν στα ατοµικά τροχιακα που συνδυάζονται για το σχη- µατισµό τους, κατανέµονται σε αυτά µε βάση τις αρχές ηλεκτρονιακής δόµησης Είδη υβριδικών τροχιακών: Τα sp υβριδικά τροχιακά δηµιουργούνται από το γραµµικό συνδιασµό ενός s και ενός p ατοµικού τροχιακού Τα δύο ισότιµα sp υβριδικά τροχιακά έχουν ευθύγραµµη διάταξη και στο σχηµατισµό τους συνεισφέρουν κατά 50% το τροχιακό s και κατά 50% το τροχιακό p Τα sp 2 υβριδικά τροχιακά δηµιουργούνται από το συνδιασµό ενός s και δύο p ατοµικών τροχιακών Τα τρία ισότιµα sp 2 υβριδικά τροχιακά έχουν επίπεδη τριγωνική διάταξη και η γωνία που σχηµατίζουν µεταξύ τους είναι 120 ο Τα sp 3 υβριδικά τροχιακά δηµιουργούνται από το συνδιασµό ενός s και τριών p ατοµικών τροχιακών

4 Οργανική Χηµεία 106 Eπαναλαµβάνουµε τη θεωρία Βήµα 1 ο Τα τέσσερα ισότιµα sp 3 υβριδικά τροχιακά έχουν τετραεδρική διάταξη και η γωνία που σχηµατίζουν µεταξύ τους είναι 109,5 ο εσµοί µεταξύ ατόµων άνθρακα: Απλός δεσµός µεταξύ ατόµων άνθρακα (C C): Tα άτοµα του άνθρακα που συµµετέχουν µόνο σε απλούς δεσµούς, έχουν sp 3 υβριδισµό, για αυτό ο απλός δεσµός µεταξύ ατόµων άνθρακα είναι ένας σ δεσµός του τύπου sp 3 sp 3 ιπλός δεσµός µεταξύ ατόµων άνθρακα (C = C): Tα άτοµα του άνθρακα που συµµετέχουν σε διπλούς δεσµούς, έχουν sp 2 υβριδισµό Ο διπλός δεσµός µεταξύ ατόµων άνθρακα αποτελείται από ένα σ δεσµό του τύπου sp 2 sp 2 και ένα π δεσµό του τύπου p p Τριπλός δεσµός µεταξύ ατόµων άνθρακα (C C): Tα άτοµα του άνθρακα που συµµετέχουν σε τριπλούς δεσµούς, έχουν sp υβριδισµό Ο τριπλός δεσµός µεταξύ ατόµων άνθρακα αποτελείται από ένα σ δεσµό του τύπου sp sp και δύο π δεσµούς του τύπου p p Η ισχύς των δεσµών µεταξύ ατόµων άνθρακα είναι: C C < C = C < C C Κατηγορίες οργανικών αντιδράσεων: Οι οργανικές αντιδράσεις περιγράφονται αναλυτικά στα ΒΙΒΛΙΟΜΑΘΗ- ΜΑΤΑ Χηµείας Γ Λυκείου θετικής κατεύθυνσης (ΕΚ ΟΣΕΙΣ ΟΡΟΣΗ- ΜΟ) και πιο συγκεκριµένα: Α Αντιδράσεις προσθήκης: 12 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 275 έως 283 Β Αντιδράσεις απόσπασης: 12 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 283 έως 285 Γ Αντιδράσεις υποκατάστασης: 13 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 301 έως 306 Αντιδράσεις πολυµερισµού: 13 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 306 έως 308 Ε Αντιδράσεις οξείδωσης - αναγωγής: 14 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 325 έως 330 Ζ Αντιδράσεις οξέων - βάσεων: 14 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 330 έως 333 Η Αλογοναφορµική αντίδραση: 15 ο Βιβλιοµάθηµα, σελίδες 351 έως 352

5 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 1 ο Επαναλαµβάνουµε τη θεωρία 107 ιάκριση οργανικών ενώσεων ΕΝΩΣΕΙΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΙΟ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ C v H 2v+2 δ/µα Br 2 σε CCl 4 OXI C v H 2v ή C v H 2v-2 προϊόντα προσθήκης αποχρωµατισµός R-C C-R 1 Αµµωνιακό δ/µα ΟΧΙ R-C C - H, CuCl R-C CCu,CuC CCu καστανέρυθρο ίζηµα HC CH ή Νa R-C CΝa, ΝαC CΝa έκλυση αερίου Η 2 R-OH Νa RONa + 1/2 H 2 έκλυση αερίου H 2 R-O-R 1 OXI «R- OH R CH-OH R 1 όξινο δ/µα KMnO 4 R - COOH R C=Ο R 1 R R 1 C - OH ΟΧΙ R 2 R - CH = O αντιδραστήριο Fehling Cu 2 O κεραµέρυθρο ίζηµα ή» Tollens Ag κάτοπτρο R-C-R 1 ΟΧΙ O CH 3 OΗ CHI 3 κίτρινο ίζηµα I R - OH 2 και ΝaΟΗ ΟΧΙ CH 3 CH = O CHI 3 κίτρινο ίζηµα I R - CH=Ο 2 και ΝaΟΗ ΟΧΙ R - CH - CH 3 CHI OH 3 R - CH - R I 2 και ΝaΟΗ ΟΧΙ κίτρινο ίζηµα 1 OH R - C - CH 3 CHI 3 O I 2 και ΝaΟΗ κίτρινο ίζηµα R - C - R 1 OXI O R-COOH αέριο CO Na 2 2 CO 3 όξινες ιδιότητες R 1 -COO-R 2 ΟΧΙ C 6 H 5 OH ΝaΟΗ C 6 H 5 OΝa + Η 2 Ο R-OH ΟΧΙ όξινες ιδιότητες και αλλαγή χρωµάτος HCOOH όξινο δ/µα KMnO 4 CO 2 αλλαγή χρώµατος RCOOH ή όξινο δ/µα K 2 Cr 2 O 7 OXI αλλαγή χρώµατος δείκτη

6 Οργανική Χηµεία 108 Επαναλαµβάνουµε τις ασκήσεις κλειδιά Βήµα 2 ο Επαναλαµβάνουµε τις ασκήσεις - κλειδιά Α Από το σχολικό βιβλίο Να λύσω τις ασκήσεις: σ 259: Ασκήσεις 43, 44, 45, 46 σ 260: Άσκηση 48 σ 262: Άσκηση 65 σ 263: Ασκήσεις 66, 68, 70, 71, 73 σ 264: Ασκήσεις 74, 76, 77 σ 265: Ασκήσεις 86, 91, 92 σ 266: Ασκήσεις 94, 95, 96, 97, 100 σ 267: Ασκήσεις 101, 103 σ 268: Ασκήσεις 104, 105, 106, 108 σ 269: Ασκήσεις 109, 111, 112, 113 Β Από το 11ο ως το 15ο Βιλιοµάθηµα (Βιβλιοµαθήµατα Χηµείας Γ Λυκείου θετικής κατεύθυνσης, εκδόσεις ΟΡΟΣΗΜΟ ) Να διαβάσω τις λυµένες ασκήσεις: (11ο ως 15ο Βιβλιοµάθηµα) σ 268: Ασκήσεις 1, 2 σ 287: Άσκηση 3 σ 290: Άσκηση 5 σ 311: Άσκηση 4 σ 314: Άσκηση 7 σ 335: Άσκηση 3 Να λύσω τις ασκήσεις: (11ο ως 15ο Βιβλιοµάθηµα) σ 274: Ασκήσεις 1, 3 σ 274: Το ξεχωρισό θέµα σ 298: Ασκήσεις 7, 8, 9, 10, 11 σ 299: Ασκήσεις 15, 16, 17 σ 300: Το ξεχωρισό θέµα σ 321: Ασκήσεις 7, 8, 9 σ 322: Ασκήσεις 10, 12, 13 σ 336: Άσκηση 4 σ 340: Άσκηση 7 σ 356: Ασκήσεις 1, 2 σ 358: Άσκηση 5 σ 359: Άσκηση 7 σ 362: Άσκηση 9 σ 347: Ασκήσεις 11, 12, 13, 14 σ 348: Ασκήσεις 15, 16, 18 σ 349: Το ξεχωρισό θέµα σ 368: Ασκήσεις 3, 6 σ 369: Ασκήσεις 11, 12, 14 σ 370: Ασκήσεις 15, 16, 18 σ 371: Ασκήσεις 19, 22, 13

7 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 109 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 1 Ορισµένος όγκος ακόρεστου υδρογονάνθρακα Α αντιδρά πλήρως µε διπλάσιο όγκο υδρογόνου µετρηµένου στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερ- µοκρασίας και δίνει κορεσµένο υδρογονάνθρακα Σε ποιες οµόλογες σειρές µπορεί να ανήκει ο Α; α Ορισµένη ποσότητα του Α αντιδρά πλήρως µε 600 ml διαλύµατος Βr 2 σε CCl 4 και προκαλεί αύξηση βάρους του διαλύµατος κατά 16,2 g Ποιος είναι ο µοριακός τύπος του Α; β Ίση ποσότητα του Α χωρίζεται σε τρία ίσα µέρη Το 1ο µέρος αντιδρά µε την απαιτούµενη ποσότητα Νa Ποιος όγκος αερίου εκλύεται σε STP και ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του Α; γ Το 2ο µέρος προστίθεται σε περίσσεια υδατικού διαλύµατος HgSO 4 και Η 2 SO 4 Ποιο το όνοµα της οργανικής ένωσης που παράγεται; δ Το 3ο µέρος αντιδρά µε περίσσεια αµµωνιακού διαλύµατος CuCl Πόσα g ιζήµατος παράγονται; ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες: Η = 1, C = 12, Br = 80, Cu = 63,5 Λύση: Έστω ότι ο Α έχει µοριακό τύπο: C ν H y H αντίδρασή του µε το Η 2 είναι: C ν H y + κη 2 C ν H 2ν+2 Επειδή o όγκος του Η 2 είναι διπλάσιος απο του Α, ισχύει κ = 2 Επίσης από την αντίδραση συµπεραίνουµε ότι: y + 2κ = 2ν + 2 y + 4 = 2ν + 2 y = 2ν 2 Άρα ο Α έχει µοριακό τύπο: C ν H 2ν 2, συνεπώς είναι αλκίνιο ή αλκαδιένιο α Η χηµική εξίσωση της αντίδρασης είναι: C ν Η 2ν 2 + 2Br 2 C ν Η 2ν 2 Βr 4 Σε 100 ml διαλύµατος περιέχονται 16 g Br 2 Σε 600 ml διαλύµατος περιέχονται x; g Br 2 Άρα: x = 96 g Br 2 mbr 96g 2 nbr = = = 0,6mol 2 Mr 160g / mol Br2 1 mol A αντιδρά µε 2 mol Br 2 ψ mol A αντιδρούν µε 0,6 mol Br 2 Άρα: ψ = 0,3 mol A

8 Οργανική Χηµεία 110 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο H αύξηση βάρους του διαλύµατος είναι ίση µε τη µάζα του υδρογονάνθρακα Α ηλαδή, 0,3 mol A έχουν µάζα 16,2 g ma ma 16,2g na = MrA = = = 54g/mol Mr n 0,3mol A A Από το γενικό µοριακό τύπο έχουµε: Μr A = ν Ar C + (2ν 2)Αr H = 14ν 2 Άρα: 14ν 2 = 54 ν = 4 Συνεπώς ο µοριακός τύπος του Α είναι: C 4 H 6 β Ο υδρογονάνθρακας αντιδρά µε Νa, συνεπώς είναι αλκίνιο που έχει στο µόριό του όξινο υδρογόνο Άρα ο συντακτικός τύπος του Α είναι: CH 3 C CH CH 3 C CH + Νa CH 3 C CNa + 1/2 H 2 H ποσότητα του Α που αντέδρασε είναι 0,1 mol 1 mol A δίνει 1/2 mol Η 2 0,1 mol A δίνουν z; mol Η 2 Άρα: z = 0,1/2 mol H 2 O όγκος του Η 2 σε STP είναι: V H2 = n H2 V m = 0,1/2 mol 22,4 L/mol = 1,12 L γ Άρα η οργανική ένωση που παράγεται είναι η βουτανόνη δ CH 3 C CH + CuCl + NH 3 CH 3 C CCu + NH 4 Cl 1 mol A δίνει 1 mol CH 3 C CCu 0,1 mol A δίνουν ω; mol CH 3 C CCu Άρα: ω = 0,1 mol CH 3 C CCu Η Μr του CH 3 C CCu είναι: Μr = 4Ar C + Ar H + Ar Cu = 116,5 Άρα η µάζα του ιζήµατος είναι: m ιζ = n Mr = 0,1 mol 116,5 = 11,65 g 2 Ισοµοριακό µίγµα δύο κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών Α και Β χωρίζεται σε τρία ίσα µέρη Το 1ο µέρος οξειδώνεται πλήρως από V ml ιώδους διαλύµατος KMnO 4 0,2 Μ, οξινισµένο µε H 2 SO 4 και δίνει δύο ενώσεις µε όξινες ιδιότητες και ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα Το 2ο µέρος αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα (ΝaΟΗ) ιωδίου δίνει 0,2 mol κίτρινου ιζή- µατος Το 3ο µέρος µε πλήρη καύση µε Ο 2 δίνει 1,2 mol CO 2 Να βρεθούν: α Οι συντακτικοί τύποι των δύο αλκοολών β Ο όγκος του διαλύµατος KMnO 4 που καταναλώνεται για την οξείδωση του µίγµατος Λύση: Έστω ότι η Α έχει µοριακό τύπο: C ν Η 2ν+1 ΟΗ, η Β: C κ Η 2κ+1 ΟΗ και το ισοµοριακό µίγµα αποτελείται από 3x mol A και 3x mol B

9 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 111 Επειδή κατά την οξείδωση του µίγµατος παράγονται 2 ενώσεις µε όξινες ιδιότητες και ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα, συµπεραίνουµε ότι και οι δύο αλκοόλες είναι πρωτοταγείς, µε ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα Η µοναδική πρωτοταγής αλκοόλη που αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα Ι 2 είναι η αιθανόλη, συνεπώς µία από τις αλκοόλες, έστω η Β, είναι η CH 3 OH (κ = 2) CH 3 OH + 4I 2 + 6NaOH CHI 3 + HCOONa + 5NaI + 5H 2 O Τα mol της αιθανόλης που αντέδρασαν είναι: 3x/3 = x mol Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης έχουµε: 1 mol αιθανόλης δίνει 1 mol CH 3 I x mol αιθανόλης δίνουν 0,2 mol CH 3 I x = 0,2 Οι χηµικές εξισώσεις της καύσης του µίγµατος είναι: C ν Η 2ν+1 ΟΗ + 3ν/2 O 2 νco 2 + (ν+1)η 2 Ο (1) C 2 Η 5 ΟΗ + 3O 2 2CO 2 + 3Η 2 Ο (2) Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (1) έχουµε: 1 mol της Α δίνει ν mol CΟ 2 0,2 mol της Α δίνουν ψ; mol CΟ 2 ψ = 0,2ν mol CΟ 2 Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης (2) έχουµε: 1 mol της C 2 Η 5 ΟΗ δίνει 2 mol CΟ 2 0,2 mol της C 2 Η 5 ΟΗ δίνουν ω; mol CΟ 2 ω = 0,4 mol CΟ 2 Γνωρίζουµε ότι τα mol του CO 2 που παράχθηκαν είναι 1,2, άρα: 0,2ν + 0,4 = 1,2 ν = 4, δηλαδή ο µοριακός τύπος της Α είναι: C 4 H 9 OH α Η αλκοόλη Α έχει µοριακό τύπο C 4 H 9 OH, ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα και είναι πρωτοταγής Συνεπώς, ο συντακτικός της τύπος είναι: CH 3 OH Η αλκοόλη B είναι η αιθανόλη: CH 3 OH β Οι χηµικές εξισώσεις της οξείδωσης του µίγµατος µε οξινισµένο διάλυµα ΚΜnΟ 4 είναι: 5CH 3 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 4MnSO 4 + 2K 2 SO H 2 O 5CH 3 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 4MnSO 4 + 2K 2 SO H 2 O Από τη στοιχειοµετρία της πρώτης αντίδρασης έχουµε: 5 mol 1-βουτανόλης αντιδρούν µε 4 mol ΚΜnO 4 0,2 mol 1-βουτανόλης αντιδρούν µε α; mol ΚΜnO 4 α = 0,16 mol ΚΜnO 4 Από τη στοιχειοµετρία της δεύτερης αντίδρασης έχουµε: 5 mol αιθανόλης αντιδρούν µε 4 mol ΚΜnO 4 0,2 mol αιθανόλης αντιδρούν µε β; mol ΚΜnO 4

10 Οργανική Χηµεία 112 Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις Βήµα 3 ο β = 0,16 mol ΚΜnO 4 Άρα, τα mol του KMnO 4 που καταναλώθηκαν είναι: (0,16 + 0,16)mol = 0,32 mol n n 0,32mol Για τον όγκο του διαλύµατος ισχύει: c= V= = = 1,6L V c 0,2M 3 Οµογενές µίγµα δύο καρβονυλικών ενώσεων Α και Β µε ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα µε µοριακό τύπο C 5 H 10 O έχει µάζα 8,6 g Το µίγµα χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη Το 1ο µέρος µε επίδραση περίσσειας µπλε διαλύµατος φελιγγείου υγρού δίνει 4,29 g καστανέρυθρου ιζήµατος Το 2ο µέρος µε αλκαλικό διάλυµα (ΝaΟΗ) ιωδίου δεν παρουσιάζει καµία µεταβολή Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των καρβονυλικών ενώσεων και τα mol τους στο αρχικό µίγµα ίνονται: Μr C5 H 10 O = 86, Μr Cu2 O = 143 Λύση: Οι καρβονυλικές ενώσεις µε µοριακό τύπο C 5 H 10 O και ευθύγραµµη ανθρακική αλυσίδα είναι οι: Έστω ότι το µίγµα αποτελείται από 2x mol της Α και 2ψ mol της Β Ισχύει: m A + m B = m µιγµ 2x ψ 86 = 8,6 x + ψ = 0,05 Το 1ο µέρος περιέχει x mol A και ψ mol B Από τις παραπάνω ενώσεις, η µόνη που οξειδώνεται είναι η πεντανάλη Συνεπώς το µίγµα περιέχει πεντανάλη (έστω η Α), η οποία αντιδρά µε το φελίγγειο υγρό, σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: CH 3 CH = O + 2CuSO 4 + 5NaOH CH 3 COONa + Cu 2 O + 2Na 2 SO 4 + 3H 2 O Από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης έχουµε: 1 mol πενταναλης δίνει 1 mol Cu 2 O x; mol πενταναλης δίνουν ω; mol Cu 2 O ω = x mol Cu 2 O mcu2o 4, 29g ncu2o = x= =0,03mol Mr 143g / mol Cu2O x + ψ = 0,05 ψ = 0,05 x = 0,02 mol H δεύτερη καρβονυλική ένωση του µίγµατος είναι η 3-πεντανόνη, γιατί η 2-πεντανόνη αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα Ι 2 Άρα το µίγµα απτελείται από 0,06 mol πεντανάλης και 0,04 mol 3-πεντανόνης 4 Εστέρας Α µε Mr = 130 υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον και δίνει κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ Β και κορεσµένη µονοσθενή αλκοόλη Γ Αν η αλκοόλη µε διάλυµα Ι 2 /ΝaΟΗ δίνει αλάτι, το οποίο µε HCl δίνει το οξύ Β, να

11 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 3 ο Λύνουµε περισσότερες ασκήσεις 113 βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ Με ποιο άλλο τρόπο µπορεί να παρασκευαστεί ο εστέρας αυτός, εκτός από την απευθείας αντίδραση οξέος και αλκοόλης; ίνονται: Αr H = 1, Ar C = 12, Ar O = 16 Λύση: Ο εστέρας Α αντιστοιχεί στο γενικό τύπο: C ν Η 2ν+1 CΟΟC κ H 2κ+1 Η υδρόλυση του εστέρα σε όξινο περιβάλλον περιγράφεται από τη χηµική εξίσωση: + Η ν 2ν+ 1 κ 2κ ν 2ν+ 1 κ 2κ+ 1 Η C Η COOC Η +Η Ο C Η COOΗ+ C Η ΟΗ ηλαδή, το κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ Β έχει µοριακό τύπο: C ν Η 2ν+1 CΟΟΗ και η κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη Γ: C κ H 2κ+1 ΟΗ H Γ αντιδρά µε αλκαλικό διάλυµα ιωδίου, άρα είναι της µορφής: C µ H 2µ+1 CH(ΟΗ)CH 3 µε: µ + 2 = κ (1) Η αντίδραση της Γ µε αλκαλικό διάλυµα ιωδίου περιγράφεται από τη χηµική εξίσωση: C µ H 2µ+1 CH(ΟΗ)CH 3 + 4Ι 2 + 6ΝaOH CHI 3 + C µ Η 2µ+1 COONa + 5NaI + 5H 2 O Η αντίδραση του άλατος µε ΗCl περιγράφεται από τη χηµική εξίσωση: C µ Η 2µ+1 COONa + ΗCl C µ Η 2µ+1 COOΗ + ΝaCl Από τα δεδοµένα της άσκησης έχουµε ότι στην παραπάνω αντίδραση το οξύ που παράγεται είναι το Β Συνεπώς, το Β αντιστοιχεί και στον τύπο: C µ Η 2µ+1 COOΗ Εποµένως, ν = µ (2) Επίσης δίνεται ότι: Μr A = 130 (ν + κ + 1)Αr C + (2ν + 2κ + 2)Ar H + 2Αr O = 130 ν + κ = 6 (3) Λύνοντας το σύστηµα των εξισώσεων (1) (2) και (3) βρίσκουµε: µ = ν = 2, κ = 4 Άρα Α: CH 3 CΗ 2 COOC 4 H 9, Β: CH 3 COOH και Γ: CΗ 3 CH(OH)CH 3 Ο Α παρασκευάζεται µε αντίδραση αλκυλαλογονιδίου µε αλάτι καρβοξυλικού οξέος:

12 Οργανική Χηµεία 114 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας 1 Ορισµένος όγκος ακόρεστου υδρογονάνθρακα Α αντιδρά µε ίσο όγκο υ- δρογόνου και δίνει κορεσµένο υδρογονάνθρακα Σε ποια οµόλογη σειρά ανήκει ο υδρογονάνθρακας Α; α Μια ποσότητα από τον υδρογονάνθρακα Α χωρίζεται σε 2 ίσα µέρη Το 1ο µέρος όταν αντιδράσει µε την στοιχειοµετρική ποσότητα βρωµίου αποχρωµατίζει 400 ml διαλύµατος βρωµίου 8% w/v διαλυµένο σε τετραχλωράνθρακα και προκαλεί αύξηση βάρους του διαλύµατος 11,2 g Ποιος ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα Α; β Το 2ο µέρος µε επίδραση Η 2 Ο σε όξινο περιβάλλον δίνει τριτοταγή αλκοόλη Πόσα mol αλκοόλης παράχθηκαν και ποιος ο συντακτικός τύπος του υδρογονάνθρακα Α; Όλοι οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερµοκρασίας

13 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας α Από τα παρακάτω σχήµατα, να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ,, Ε, Ζ, Η, Θ, Ι, Κ και Λ (Α) Η 2SO4 + Cl2 aoh 2 Fehling C +Ν +Η Ο νη2ν+ 1ΟΗ o B Γ [ ] E Z ROH gso 170 C Η 4 / H2SO4 + SOCl 2 + Mg + Ε +Η2Ο +Ι2 / Ν A H Θ Ι Κ aoh Λ+ CHI αιθέρας 3 Cu θ ΚΜnO4 A Ε M HSO 2 4 (oξύ) β Αν στο τελευταίο σχήµα αντέδρασαν 9,2 g από την Α και το οξύ Μ που σχηµατίστηκε διαβιβάστηκε σε 100 ml διαλύµατος ΝaOH 1 Μ, να βρεθεί το ph του διαλύµατος που σχηµατίστηκε ίνονται: Αr H = 1, Ar O = 16, Ar C = 12 και Κ am = 10 5

14 Οργανική Χηµεία 116 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 3 Κορεσµένη άκυκλη οργανική ένωση Α έχει τις εξής ιδιότητες: Αντιδρά µε νάτριο και εκλύει αέριο Μπορεί να αποχρωµατίσει KMnO 4 / H 2 SO 4 Με επίδραση ΝaΟΗ / Ι 2 δίνει τελικά ιωδοφόρµιο και αιθανικό νάτριο Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων και να βρείτε το συντακτικό τύπο και το όνοµα της Α α Να παρασκευάσετε την Α από κατάλληλο RMgCl και καρβονυλική ένωση β 0,6 mol της ένωσης Α αντιδρούν µε ισοµοριακή ποσότητα αιθανικού οξέος και η αντίδραση έχει απόδοση 2/3 Πόσα mol οργανικού προϊόντος Β παράγονται; Ποιος ο συντακτικός τύπος και το όνοµα του Β;

15 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας mol µίγµατος δύο ενώσεων Α, Β που έχουν µοριακό τύπο C 4 H 10 O και αντιδρούν µε νάτριο και οι δύο, χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη Το 1ο µέρος µε αντιδρά µε περίσσεια αλκαλικού διαλύµατος (ΝaΟΗ) ιωδίου οπότε παράγονται 394 g κίτρινο ίζηµα Το 2ο µέρος µπορεί να αποχρωµατίσει 1000 ml όξινου µε H 2 SO 4 ιώδους διαλύµατος KMnO 4 0,4 Μ Ποιοι οι συντακτικοί τύποι και τα mol των Α, Β;

16 Οργανική Χηµεία 118 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 5 Ορισµένη ποσότητα µίγµατος φορµαλδε δης και ακεταλδεϋδης χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη Το 1ο µέρος κατεργάζεται µε περίσσεια Η 2 παρουσία καταλύτη Ni και οι ενώσεις που παράγονται είναι κατά 0,6 g βαρύτερες Το 2ο µέρος µε επίδραση αλκαλικού διαλύµατος (ΝaΟΗ) ιωδίου δίνει 39,4 g κίτρινου ιζήµατος α Ποια η σύσταση του µίγµατος των δύο αλδεϋδών σε mol; β Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων των αλδεϋδών µε: 1 Αντιδραστήριο Tollens 2 Aντιδραστήριο Fehling 3 CH 3 MgCl

17 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας mol µίγµατος των ισοµερών ενώσεων µε µοριακό τύπο C 3 H 7 Cl διαβιβάζονται σε υδατικό διάλυµα ΝaΟΗ οπότε και αντιδρούν πλήρως Το µίγµα των οργανικών ενώσεων που προκύπτει οξειδώνεται πλήρως από διάλυµα KMnO 4 παρουσία H 2 SO 4 Το µίγµα των οργανικών ενώσεων που παράγονται εξουδετερώνονται πλήρως από 2 L διαλύµατος ΝaΟΗ 2Μ α Ποια η σύσταση σε mol του αρχικού µίγµατος; β Να γράψετε τις σχετικές αντιδράσεις

18 Οργανική Χηµεία 120 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 7 Οµογενές µίγµα των ενώσεων αιθανόλη, ακετόνη και µυρµηκικό οξύ χωρίζεται σε 4 ίσα µέρη Στο 1ο µέρος προστίθεται περίσσεια ανθρακικού νατρίου οπότε εκλύονται 44,8 L αερίου σε STP Το 2ο µέρος αποχρωµατίζει 4 L ιώδους διαλύµατος KMnO 4 0,7Μ σε όξινο περιβάλλον H 2 SO 4 Το 3ο µέρος µε αλκαλικό διάλυµα (ΝaΟΗ) ιωδίου δίνει 1970 g κίτρινο ίζηµα (σχετική µοριακή µάζα ιζήµατος = 394) α Ποια η σύσταση σε mol του µίγµατος των ενώσεων αιθανόλη, ακετόνη και µυρµηκικό οξύ; β Στο 4ο µέρος προσθέτουµε περίσσεια νατρίου Πόσα L αερίου εκλύονται σε STP; Αν επαναλαµβάναµε το πείραµα µε περίσσεια Mg ή Ca ή Ζn πόσα L αερίου εκλύονται σε STP;

19 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 4 ο Λύνουµε µόνοι µας Εστέρας Α υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον προς κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ Β και κορεσµένη µονοσθενή αλκοόλη Γ Το οξύ περιέχει 26,09% άνθρακα, ενώ η αλκοόλη περιέχει 60% άνθρακα Αν η αλκοόλη µε αλκαλικό διάλυµα ιωδίου (Ι 2 / ΝaΟΗ) δίνει κίτρινο ίζηµα, να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ α Να γραφούν οι αντιδράσεις του οξέος µε: 1 Νa 2 ΝaΟΗ 3 Νa 2 CΟ 3 4 NH 3 β Να γραφούν οι αντιδράσεις της αλκοόλης µε: 1 Na 2 H 2 SO 4(πυκνό) /170 ο C 3 SOCl 2, 4 όξινο διάλυµα KMnO 4

20 Οργανική Χηµεία 122 Λύνουµε µόνοι µας Βήµα 4 ο 9 ίνονται τα παρακάτω δεδοµένα για µια υγρή οργανική ένωση Α µε µοριακό τύπο C 6 H 12 O 2 : Όταν αντιδρά µε νερό σε όξινο περιβάλλον παράγεται ένωση Β µε µοριακό τύπο C 3 H 6 O 2 µε όξινες ιδιότητες και µια άλλη ένωση Γ Η ένωση Γ µε οξείδωση δίνει ένωση που δεν αντιδρά µε φελίγγειο υγρό και έχει µοριακό τύπο C 3 H 6 O α Βρείτε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ και δίνοντας πλήρη ερµηνεία και γράφοντας τις χηµικές εξισώσεις, όπου αυτό είναι απαραίτητο β Ποιο θα είναι το αποτέλεσµα της κατεργασίας της ένωσης Γ: 1 µε SOCl 2 και στη συνέχεια αντίδραση µε αλκοολικό διάλυµα KOH; 2 µε αλκαλικό διάλυµα ιωδίου (Ι 2 / ΝaΟΗ);

21 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 5 ο Ελέγχουµε τη γνώση µας 123 Ελέγχουµε τη γνώση µας Θέµα 1 ο Α Με ποιες επικαλύψεις ατοµικών τροχιακών προκύπτει ο σ δεσµός; (Μονάδες 5) Β Σε ποια αντίδραση στηρίζεται η διάκριση µίας αλκοόλης από ένα αιθέρα; ώστε ένα παράδειγµα, γράφοντας την αντίστοιχη χηµική εξίσωση (Μονάδες 5) Γ Να περιγράψετε τους δεσµούς στο µόριο του =CH C CH ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί: C = 6, H = 1 (Μονάδες 5) Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α Προσθήκη αιθυλοµαγνησιοβρωµιδίου σε προπανόνη και υδρόλυση του προϊόντος β Αντίδραση µέθυλο-2-προπανόλης µε θειονυλοχλωρίδιο γ Οξείδωση της 2-βουτανόλης µε όξινο διάλυµα υπερµαγγανικού καλίου δ Αντίδραση της C 3 H 8 O µε αλκαλικό διάλυµα (ΝaOH) ιωδίου

22 Οργανική Χηµεία 124 Ελέγχουµε τη γνώση µας Βήµα 5 ο ε Αντίδραση προπινίου µε αµµωνιακό διάλυµα CuCl (Μονάδες 10) Θέµα 2 ο Α Κατά την επίδραση αιθυλοµαγνησιοχλωριδίου σε προπανάλη και µε υδρόλυση του προϊόντος παίρνουµε: α 2-πεντανόλη β 3-πεντανόλη γ 2-µέθυλο-2-βουτανόλη δ 1-πεντανόλη (Μονάδες 5) Β Κατά τον πολυµερισµό του 1,3-βουταδιενίου σχηµατίζεται: α πολυβινυλοχλωρίδιο β Buna γ γουταπέρκα δ νεοπρένιο (Μονάδες 5) Γ Ποια από τις παρακάτω αλκοόλες δεν δίνει την αλογονοφορµική αντίδραση; α 3-πεντανόλη β αιθανόλη γ 3-µέθυλο-2-βουτανόλη δ 2-βουτανόλη (Μονάδες 5) ιάκριση µίας φαινόλης από µία αλκοόλη γίνεται µε επίδραση: α ΝaOH β Na 2 CO 3 γ Νa δ Br 2 σε CCl 4 (Μονάδες 5) E Να συµπληρώσετε τις παρακάτω χηµικές εξισώσεις µε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων που λείπουν: α CH 3 COOCH 3 + NaOH + β CH 3 CN + 2H 2 +[O] +[O] γ R OH Η2Ο H δ CH 3 CN + 2H 2 O + + +H2O ε HCH=O + (CH 3 ) 2 CHMgBr + (Μονάδες 5)

23 Χηµεία Γ Λυκείου - Θετικής Κατεύθυνσης Βήµα 5 ο Ελέγχουµε τη γνώση µας 125 Θέµα 3 ο Α Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων που συµβολίζονται µε γράµµατα, στο σχήµα που ακολουθεί: (Μονάδες 13) Β Σε έξι δοχεία περιέχονται οι ενώσεις 1-πεντίνιο, πεντάνιο, πεντανάλη, 1- πεντένιο, βουτανικό οξύ και 2-βουτενικό οξύ Πως είναι δυνατό να εξακριβώσουµε το περιεχόµενο του κάθε δοχείου, αν διαθέτουµε: ιάλυµα Νa 2 CO 3, ιάλυµα CuCl σε NH 3, ιάλυµα Br 2 σε CCl 4 και αντιδραστήριο Fehling; (Μονάδες 12)

24 Οργανική Χηµεία 126 Ελέγχουµε τη γνώση µας Βήµα 5 ο Θέµα 4 ο Μίγµα αιθυλικής αλκοόλης, ακετόνης (προπανόνης) και οξικού οξέος χωρίζεται σε τρία ίσα µέρη Στο 1ο µέρος µε επίδραση Νa στο µίγµα, ελευθερώνονται 4,48 L αερίου, µετρηµένα σε STP Στο 2ο µέρος προσθέτουµε αλκαλικό διάλυµα (ΝaΟΗ) ιωδίου µέχρι πλήρους αντίδρασης, οπότε καταβυθίζονται 118,2 g κίτρινου ιζήµατος Στο 3ο µέρος προσθέτουµε όξινο µε H 2 SO 4 ιώδες διάλυµα ΚΜnO 4 0,2 Μ και παρατηρούµε ότι ο αποχρωµατισµός του διαλύ- µατος σταµατά, όταν έχουν καταναλωθεί 800 ml από το διάλυµα Ποια η σύσταση σε mol του αρχικού µίγµατος; (Μονάδες 25)

25

26