Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 156.
Trzy probówki napełniono wodą a następnie wprowadzono do nich wybrane trzy gazowe związki organiczne – każdy do innej probówki. Przebieg doświadczenia przedstawiono na schemacie:
156.1 (0-1)
Oceń, który z użytych w doświadczeniu gazów praktycznie nie rozpuści się w wodzie. Swoje przypuszczenie uzasadnij, odwołując się do właściwości cząsteczki tego gazu.
156.2 (0-1)
Podaj numer probówki, w której powstanie roztwór o pH większym od 7, i napisz równanie reakcji potwierdzającej taki wybór.
Rozwiązanie
156.1 (0-1)
Gaz: metan lub CH4
Uzasadnienie: Metan praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie, ponieważ jego cząsteczki są
niepolarne, a woda jest rozpuszczalnikiem polarnym.
156.2 (0-1)
Numer probówki: III
Równanie reakcji:
CH3NH2 + H2O → CH3NH+3 + OH−
Wskazówki
156.1 (0-1)
Aby ocenić, który gaz praktycznie nie rozpuści się w wodzie, trzeba pamiętać o tym, że łatwo mieszają się, a więc także rozpuszczają się, ze sobą substancje o podobnej budowie cząsteczek. Woda jest rozpuszczalnikiem polarnym, co oznacza, że jej cząsteczki mają budowę polarną: można w nich wyróżnić bieguny elektryczne. Spośród gazów wprowadzanych do probówek takie właściwości mają też cząsteczki metanalu (wiązanie podwójne między atomem węgla i atomem tlenu jest spolaryzowane, ponieważ tlen ma większą elektroujemność niż węgiel) oraz cząsteczki metyloaminy (występuje w nich silnie elektroujemny atom azotu). Te 2 związki są wobec tego rozpuszczalne w wodzie, a więc gazy wprowadzone do wody częściowo się w niej rozpuszczą. Natomiast cząsteczki metanu są niepolarne, dlatego ich oddziaływanie z cząsteczkami wody jest bardzo słabe, co powoduje, że praktycznie nie rozpuszcza się w tym rozpuszczalniku.
156.2 (0-1)
Wodny roztwór pH > 7 to taki, w którym stężenie jonów OH– jest większe od stężenia jonów H+. Spośród gazów, które mogą rozpuść się w wodzie, a są nimi metanal i metyloamina, tylko ten drugi związek reaguje z wodą zgodnie z równaniem:
CH3NH2 + H2O → CH3NH+3 + OH−
Widzimy, że w wyniku tej reakcji powstają jony OH–. Reakcja ta jest możliwa, ponieważ atom azotu grupy aminowej –NH2 ma wolną parę elektronową i stanowi ujemny biegun cząsteczki, może więc oderwać proton od cząsteczki wody. Metyloamina jest wiec zasadą Brønsteda, a jej wodny roztwór ma odczyn zasadowy.
