Задание 27 ЕГЭ по химии 2025

Теоретические основы

Химические свойства спиртов

Спирты – это производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу -OH. Общая формула: R-OH.

1. Реакции с участием гидроксильной группы

а) Кислотные свойства – взаимодействие с активными металлами:

2R-OH + 2Na → 2R-ONa + H₂↑

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂↑

Кислотные свойства спиртов выражены слабо. Сила кислотных свойств возрастает в ряду: третичные < вторичные < первичные < метанол.

б) Реакции замещения гидроксильной группы:

- Взаимодействие с галогеноводородами:

R-OH + HCl → R-Cl + H₂O

C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O

- Взаимодействие с галогенидами фосфора:

3R-OH + PCl₃ → 3R-Cl + H₃PO₃

3C₂H₅OH + PCl₃ → 3C₂H₅Cl + H₃PO₃

в) Реакции этерификации – взаимодействие с карбоновыми кислотами:

R-OH + R'-COOH ⇄ R'-COO-R + H₂O

C₂H₅OH + CH₃COOH ⇄ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Реакция этерификации является обратимой и протекает в присутствии кислотных катализаторов (H₂SO₄, H₃PO₄).

2. Реакции окисления

а) Горение – полное окисление кислородом воздуха:

C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O + Q

б) Окисление до альдегидов и кетонов:

- Первичные спирты окисляются до альдегидов, а затем до карбоновых кислот:

R-CH₂OH + [O] → R-CHO + H₂O

R-CHO + [O] → R-COOH

CH₃CH₂OH + [O] → CH₃CHO + H₂O

CH₃CHO + [O] → CH₃COOH

- Вторичные спирты окисляются до кетонов:

R-CHOH-R' + [O] → R-CO-R' + H₂O

CH₃-CHOH-CH₃ + [O] → CH₃-CO-CH₃ + H₂O

- Третичные спирты устойчивы к окислению в мягких условиях.

В качестве окислителей используются: K₂Cr₂O₇/H₂SO₄, KMnO₄/H₂SO₄, CuO (при нагревании).

3. Реакции дегидратации

а) Внутримолекулярная дегидратация – образование алкенов:

R-CH₂-CH₂OH → R-CH=CH₂ + H₂O

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O

Реакция протекает при нагревании в присутствии водоотнимающих средств (конц. H₂SO₄ при 140-170°C или Al₂O₃ при 350-400°C).

б) Межмолекулярная дегидратация – образование простых эфиров:

2R-OH → R-O-R + H₂O

2C₂H₅OH → C₂H₅-O-C₂H₅ + H₂O

Реакция протекает при нагревании в присутствии конц. H₂SO₄ при 130-140°C.

Химические свойства многоатомных спиртов

Многоатомные спирты содержат две или более гидроксильных групп -OH. Наиболее важные представители: этиленгликоль (этандиол-1,2) и глицерин (пропантриол-1,2,3).

1. Кислотные свойства

Многоатомные спирты проявляют более выраженные кислотные свойства, чем одноатомные:

2CH₂OH-CH₂OH + 2Na → 2CH₂ONa-CH₂OH + H₂↑

CH₂OH-CH₂OH + 2Na → CH₂ONa-CH₂ONa + H₂↑

Многоатомные спирты также взаимодействуют с гидроксидами металлов, образуя алкоголяты:

CH₂OH-CHOH-CH₂OH + Cu(OH)₂ → CH₂OH-CHO-CH₂O-Cu + 2H₂O

Эта реакция используется как качественная реакция на многоатомные спирты – образуется ярко-синий раствор (глицерат меди(II)).

2. Реакции этерификации

Многоатомные спирты могут образовывать моно-, ди- и полиэфиры в зависимости от соотношения реагентов:

CH₂OH-CH₂OH + CH₃COOH → CH₃COO-CH₂-CH₂OH + H₂O

CH₂OH-CH₂OH + 2CH₃COOH → CH₃COO-CH₂-CH₂-OCOCH₃ + 2H₂O

3. Реакции окисления

Многоатомные спирты окисляются аналогично одноатомным, но могут образовывать более сложные продукты из-за наличия нескольких гидроксильных групп.

Химические свойства фенолов

Фенолы – это производные ароматических углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода бензольного кольца замещены на гидроксильную группу -OH. Простейший представитель – фенол (гидроксибензол) C₆H₅OH.

1. Кислотные свойства

Фенолы проявляют более выраженные кислотные свойства, чем спирты, из-за влияния бензольного кольца:

C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O

2C₆H₅OH + 2Na → 2C₆H₅ONa + H₂↑

Фенолят натрия разлагается под действием углекислого газа и даже слабых кислот:

2C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O → 2C₆H₅OH + Na₂CO₃

2. Реакции по ароматическому кольцу

Гидроксильная группа является электронодонорным заместителем, активирующим ароматическое кольцо и направляющим заместители в орто- и пара-положения:

а) Галогенирование:

C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH + 3HBr (2,4,6-трибромфенол)

Эта реакция протекает даже без катализатора и используется как качественная реакция на фенолы – образуется белый осадок 2,4,6-трибромфенола.

б) Нитрование:

C₆H₅OH + HNO₃ → o-NO₂C₆H₄OH + p-NO₂C₆H₄OH + H₂O

C₆H₅OH + 3HNO₃ → C₆H₂(NO₂)₃OH + 3H₂O (2,4,6-тринитрофенол, пикриновая кислота)

в) Сульфирование:

C₆H₅OH + H₂SO₄ → o-HO₃SC₆H₄OH + p-HO₃SC₆H₄OH + H₂O

3. Реакции окисления

Фенолы легко окисляются даже кислородом воздуха, особенно в щелочной среде, с образованием сложных продуктов (хинонов и др.):

C₆H₅OH + [O] → C₆H₄O₂ + H₂O

При действии FeCl₃ образуется комплексное соединение фиолетового цвета, что используется как качественная реакция на фенолы:

3C₆H₅OH + FeCl₃ → (C₆H₅O)₃Fe + 3HCl

4. Реакции поликонденсации

Фенол вступает в реакцию поликонденсации с формальдегидом с образованием фенолформальдегидных смол:

nC₆H₅OH + nCH₂O → [-C₆H₄OH-CH₂-]_n + nH₂O

Химические свойства альдегидов

Альдегиды – это производные углеводородов, содержащие карбонильную группу C=O, связанную с атомом водорода. Общая формула: R-CHO.

1. Реакции окисления

Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот:

R-CHO + [O] → R-COOH

а) Реакция "серебряного зеркала" – окисление аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса):

R-CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → R-COONH₄ + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O

CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → CH₃COONH₄ + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O

Эта реакция используется как качественная реакция на альдегиды – образуется металлическое серебро в виде зеркального налета на стенках пробирки.

б) Реакция с гидроксидом меди(II) – окисление свежеосажденным Cu(OH)₂ при нагревании:

R-CHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH → R-COONa + Cu₂O↓ + 3H₂O

CH₃CHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH → CH₃COONa + Cu₂O↓ + 3H₂O

Эта реакция также используется как качественная реакция на альдегиды – голубой осадок Cu(OH)₂ превращается в красный осадок Cu₂O.

2. Реакции присоединения

а) Гидрирование – присоединение водорода:

R-CHO + H₂ → R-CH₂OH

CH₃CHO + H₂ → CH₃CH₂OH

Реакция протекает в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd).

б) Присоединение циановодорода:

R-CHO + HCN → R-CH(OH)CN

CH₃CHO + HCN → CH₃-CH(OH)CN

в) Присоединение спиртов – образование полуацеталей и ацеталей:

R-CHO + R'-OH → R-CH(OH)OR' (полуацеталь)

R-CH(OH)OR' + R'-OH → R-CH(OR')₂ + H₂O (ацеталь)

Реакция протекает в присутствии кислотных катализаторов.

3. Реакции поликонденсации

Альдегиды вступают в реакции поликонденсации с фенолами, мочевиной и другими соединениями:

nCH₂O + nC₆H₅OH → [-CH₂-C₆H₄OH-]_n + nH₂O (фенолформальдегидная смола)

nCH₂O + nNH₂-CO-NH₂ → [-CH₂-NH-CO-NH-]_n + nH₂O (карбамидная смола)

4. Реакции альдольной конденсации

Альдегиды с α-водородными атомами способны к альдольной конденсации – реакции между двумя молекулами альдегида с образованием β-гидроксиальдегида (альдоля):

2CH₃CHO → CH₃-CH(OH)-CH₂-CHO

Реакция протекает в присутствии оснований или кислот.

Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты – это производные углеводородов, содержащие карбоксильную группу -COOH. Общая формула: R-COOH.

1. Кислотные свойства

Карбоновые кислоты проявляют типичные свойства кислот – диссоциируют в водных растворах с образованием ионов H⁺:

R-COOH ⇄ R-COO^- + H⁺

а) Взаимодействие с металлами:

2R-COOH + 2Na → 2R-COONa + H₂↑

2CH₃COOH + 2Na → 2CH₃COONa + H₂↑

б) Взаимодействие с оксидами и гидроксидами металлов:

2R-COOH + MgO → (R-COO)₂Mg + H₂O

R-COOH + NaOH → R-COONa + H₂O

2CH₃COOH + Ca(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O

в) Взаимодействие с солями более слабых кислот:

2R-COOH + Na₂CO₃ → 2R-COONa + H₂O + CO₂↑

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂↑

2. Реакции по карбоксильной группе

а) Образование сложных эфиров (этерификация):

R-COOH + R'-OH ⇄ R-COO-R' + H₂O

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇄ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Реакция протекает в присутствии кислотных катализаторов (H₂SO₄, H₃PO₄).

б) Образование ангидридов:

2R-COOH → (R-CO)₂O + H₂O

2CH₃COOH → (CH₃CO)₂O + H₂O

в) Образование галогенангидридов:

R-COOH + PCl₅ → R-COCl + POCl₃ + HCl

R-COOH + SOCl₂ → R-COCl + SO₂ + HCl

г) Образование амидов:

R-COOH + NH₃ → R-COONH₄ → R-CONH₂ + H₂O

CH₃COOH + NH₃ → CH₃COONH₄ → CH₃CONH₂ + H₂O

3. Реакции по углеводородному радикалу

а) Галогенирование – замещение атомов водорода в α-положении:

CH₃COOH + Cl₂ → ClCH₂COOH + HCl

ClCH₂COOH + Cl₂ → Cl₂CHCOOH + HCl

Cl₂CHCOOH + Cl₂ → Cl₃CCOOH + HCl

Реакция протекает в присутствии катализаторов (P, I₂) или при облучении.

4. Реакции декарбоксилирования

При нагревании карбоновые кислоты могут терять CO₂:

R-COOH → R-H + CO₂↑

Эта реакция характерна для некоторых дикарбоновых кислот и кислот с электроноакцепторными заместителями в α-положении:

CH₂COOH-CH₂COOH → CH₃-CH₂COOH + CO₂↑

CCl₃COOH → CHCl₃ + CO₂↑

Химические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры – это производные карбоновых кислот, в которых атом водорода карбоксильной группы замещен на углеводородный радикал. Общая формула: R-COO-R'.

1. Гидролиз

Сложные эфиры подвергаются гидролизу с образованием карбоновой кислоты и спирта:

а) Кислотный гидролиз:

R-COO-R' + H₂O → R-COOH + R'-OH

CH₃COOC₂H₅ + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅OH

Реакция протекает в присутствии кислотных катализаторов (H₂SO₄, HCl).

б) Щелочной гидролиз (омыление):

R-COO-R' + NaOH → R-COONa + R'-OH

CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH

Щелочной гидролиз является необратимым, так как образующаяся соль карбоновой кислоты не вступает в реакцию этерификации.

2. Переэтерификация

Сложные эфиры могут обмениваться спиртовыми группами с другими спиртами:

R-COO-R' + R''-OH ⇄ R-COO-R'' + R'-OH

CH₃COOC₂H₅ + CH₃OH ⇄ CH₃COOCH₃ + C₂H₅OH

Реакция протекает в присутствии кислотных или основных катализаторов.

3. Восстановление

Сложные эфиры могут быть восстановлены до спиртов:

R-COO-R' + 4[H] → R-CH₂OH + R'-OH

CH₃COOC₂H₅ + 4[H] → CH₃CH₂OH + C₂H₅OH

Реакция протекает при действии восстановителей (LiAlH₄, NaBH₄).

4. Реакции с аммиаком и аминами

Сложные эфиры реагируют с аммиаком и аминами с образованием амидов:

R-COO-R' + NH₃ → R-CONH₂ + R'-OH

CH₃COOC₂H₅ + NH₃ → CH₃CONH₂ + C₂H₅OH

Важнейшие представители кислородсодержащих органических соединений

1. Спирты

Метанол (CH₃OH) – бесцветная жидкость с характерным запахом, ядовит. Применяется как растворитель, сырье для получения формальдегида, компонент моторного топлива.

Этанол (C₂H₅OH) – бесцветная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Применяется как растворитель, сырье для органического синтеза, компонент алкогольных напитков.

Этиленгликоль (CH₂OH-CH₂OH) – вязкая бесцветная жидкость сладкого вкуса, ядовит. Применяется как антифриз, компонент тормозных жидкостей, сырье для получения полиэфирных волокон и смол.

Глицерин (CH₂OH-CHOH-CH₂OH) – вязкая бесцветная жидкость сладкого вкуса. Применяется в косметической и фармацевтической промышленности, для производства нитроглицерина, в пищевой промышленности.

2. Фенолы

Фенол (C₆H₅OH) – бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом, ядовит. Применяется для производства фенолформальдегидных смол, капролактама, лекарственных препаратов, красителей.

3. Альдегиды

Формальдегид (HCHO) – газ с резким запахом, хорошо растворим в воде (40% раствор – формалин). Применяется для производства фенолформальдегидных и карбамидных смол, дезинфицирующих средств.

Ацетальдегид (CH₃CHO) – бесцветная жидкость с резким запахом. Применяется для получения уксусной кислоты, этилацетата, бутадиена.

4. Карбоновые кислоты

Муравьиная кислота (HCOOH) – бесцветная жидкость с резким запахом. Применяется как консервант, для дубления кож, в текстильной промышленности.

Уксусная кислота (CH₃COOH) – бесцветная жидкость с резким запахом. Применяется как растворитель, для получения ацетатного волокна, в пищевой промышленности.

Стеариновая кислота (C₁₇H₃₅COOH) – твердое вещество. Применяется для производства мыла, свечей, косметических средств.

Бензойная кислота (C₆H₅COOH) – кристаллическое вещество. Применяется как консервант в пищевой промышленности, для получения красителей, лекарственных препаратов.

5. Сложные эфиры

Этилацетат (CH₃COOC₂H₅) – бесцветная жидкость с фруктовым запахом. Применяется как растворитель лаков, красок, клеев.

Метилсалицилат (C₆H₄(OH)COOCH₃) – бесцветная жидкость с запахом мяты. Применяется в медицине как наружное болеутоляющее средство.

Триглицериды – сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Являются основным компонентом жиров и масел.

Типовые задания и алгоритмы решения

Алгоритм решения задач на химические свойства кислородсодержащих соединений

1. Определить класс кислородсодержащего соединения (спирт, фенол, альдегид, карбоновая кислота, сложный эфир).
2. Вспомнить характерные реакции для данного класса соединений.
3. Учесть особенности строения конкретного соединения (наличие заместителей, их влияние на реакционную способность).
4. Записать уравнения реакций с учетом условий их протекания (температура, давление, катализаторы).
5. Учесть возможность протекания побочных реакций.

Примеры заданий

Типичные ошибки и рекомендации

Типичные ошибки

• Путаница в условиях протекания реакций (например, условия для внутримолекулярной и межмолекулярной дегидратации спиртов).
• Неправильное определение продуктов окисления спиртов (первичные, вторичные, третичные).
• Ошибки в определении продуктов реакций (особенно в случаях, когда возможно образование нескольких продуктов).
• Неучет влияния заместителей на реакционную способность соединений.
• Путаница в качественных реакциях на различные функциональные группы.

Рекомендации

• Выучите основные типы реакций для каждого класса кислородсодержащих соединений.
• Обратите особое внимание на условия протекания реакций (температура, катализаторы).
• Запомните качественные реакции на различные функциональные группы и их признаки.
• Учитывайте влияние строения соединения на его реакционную способность.
• Тренируйтесь в определении продуктов реакций на различных примерах.

Задание 27 ЕГЭ: ПРАКТИКА

Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 27.