Органическая химия

ТеорияЧто изучает органическая химия

Органическая химия — раздел химии, изучающий соединения углерода (кроме простейших: CO, CO₂, H₂CO₃, карбонатов, карбидов, цианидов).

Сегодня известно более 30 миллионов органических веществ — и это число растёт каждый год. Причина такого разнообразия — способность углерода образовывать длинные цепи и циклы с разными типами связей.

Основа

углерод (IV валентность)

Связи

C–C, C–H, C–O, C–N, C–S, C–Hal

Число соединений

> 30 млн, ежегодно + миллионы

Причина разнообразия

цепи, циклы, изомерия, функциональные группы

Для 90+: органическая химия — это не «другая химия». Все законы (сохранения массы, ОВР, равновесие, кинетика) работают так же. Отличаются только объекты и механизмы.

Теория БутлероваОсновные положения

Теория строения органических соединений — создана А. М. Бутлеровым в 1861 г. Легла в основу всей органической химии.

4 положения теории

Атомы в молекуле соединены в определённой последовательности согласно их валентности.
Свойства вещества зависят не только от состава, но и от химического строения — порядка соединения атомов.
Атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга. Это влияние определяет реакционную способность.
Углерод образует цепи и циклы — благодаря этому возможно огромное разнообразие соединений.

Значение теории:
• Объяснила изомерию органических веществ.
• Позволила предсказывать новые соединения.
• Объяснила взаимное влияние атомов (→ I- и M-эффекты).
• Ввела понятие «химическое строение».

3D-модельМетан CH₄

Тетраэдр. Все углы H–C–H = 109°28′.

УглеродВалентность и степени окисления

Валентность углерода

IV — всегда 4 связи

Максимальная валентность

IV (нет d-подуровня во 2-м периоде)

Степени окисления

от −4 до +4 (в зависимости от окружения)

СО углерода в разных фрагментах

–CH₄ (метан)

−4

–CH₃ (метил)

−3

–CH₂–

−2

–CH– (связь с 3 C)

−1

=C= (при C=C)

–CH=O (альдегид)

–C(=O)– (кетон)

–COOH (кислота)

CO₂, H₂CO₃, карбонаты

Метод расчёта: углерод всегда имеет 4 связи. СО = сумма зарядов соседей с обратным знаком. H даёт +1, O (одинарная) −2, O (двойная) −4, N −3, Hal −1.

Зачем это нужно: СО углерода используется в ОВР (задание 29) и при определении формул (задание 33). Без умения считать СО органика не решается.

Гибридизацияsp³, sp², sp

Гибридизация — смешивание электронных орбиталей разной формы, в результате которого образуются одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали.

sp³

4 гибридные орбитали, угол 109°28′. Пример: метан CH₄, этан

sp²

3 гибридные орбитали, угол 120°. Пример: этилен C₂H₄, бензол

2 гибридные орбитали, угол 180°. Пример: ацетилен C₂H₂

Как определить гибридизацию

Посчитай, сколько у атома углерода σ-связей (с любыми атомами).
Число σ-связей = число гибридных орбиталей.
4 σ → sp³, 3 σ → sp², 2 σ → sp.

Ловушка: в двойной связи C=C одна связь σ, одна π. То есть у углерода при C=C — 3 σ-связи → sp². В тройной связи C≡C одна σ, две π → у углерода 2 σ → sp.

Метан CH₄. Тетраэдр, все углы H–C–H = 109°28′.

Этилен C₂H₄. Плоская молекула, углы ≈ 120°.

Ацетилен C₂H₂. Линейная молекула, угол 180°.

Связиσ- и π-связи

σ-связь (сигма)

перекрывание орбиталей по линии, соединяющей ядра. Прочная. Возможна свободная ротация

π-связь (пи)

перекрывание орбиталей вне линии. Менее прочная. Ротация невозможна

Одинарная, двойная, тройная

Одинарная

1 σ. Пример: C–C, C–H

Двойная

1 σ + 1 π. Пример: C=C

Тройная

1 σ + 2 π. Пример: C≡C

Ключевое: все реакции присоединения (алкены, алкины) идут по разрыву π-связей. Именно поэтому алкены и алкины так реакционноспособны.

Следствие: двойная и тройная связи короче одинарной, а их общая энергия выше. Но по отдельности π-связь рвётся легче σ.

ИзомерияОбщее понятие

Изомеры — вещества с одинаковой молекулярной формулой, но разным строением и, как следствие, разными свойствами.

Ключевая мысль: одна формула — разные вещества. Например, C₂H₆O: этанол (спирт) и диметиловый эфир. Свойства разные.

ИзомерияСтруктурная

Разный порядок соединения атомов. Четыре вида:

1. По углеродному скелету

C₅H₁₂ — 3 изомера.

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ н-пентан CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ 2-метилбутан CH₃-C(CH₃)₂-CH₃ 2,2-диметилпропан

2. По положению кратной связи

C₄H₈ — бутены.

CH₂=CH-CH₂-CH₃ бутен-1 CH₃-CH=CH-CH₃ бутен-2

3. По положению функциональной группы

C₃H₈O — пропанолы.

CH₃-CH₂-CH₂-OH пропанол-1 CH₃-CH(OH)-CH₃ пропанол-2

4. Межклассовая

CₙH₂ₙ

алкены ⇄ циклоалканы

CₙH₂ₙ₋₂

алкины ⇄ алкадиены ⇄ циклоалкены

CₙH₂ₙ₊₂O

спирты ⇄ простые эфиры

CₙH₂ₙO

альдегиды ⇄ кетоны

CₙH₂ₙO₂

карбоновые кислоты ⇄ сложные эфиры

CₙH₂ₙ₊₁NO₂

нитроалканы ⇄ алкилнитриты

ИзомерияПространственная

1. Цис-транс (геометрическая)

Возможна, если у каждого C при C=C разные заместители.

Цис-бутен-2. CH₃ с одной стороны.

Транс-бутен-2. CH₃ по разные стороны.

Нет цис-транс у: пропена (CH₂=CH-CH₃), бутена-1 (CH₂=CH-...), 2-метилпропена. Потому что у одного из углеродов при C=C два одинаковых заместителя (два H).

2. Оптическая (зеркальная)

Возможна, если в молекуле есть асимметрический атом углерода — тот, у которого 4 разных заместителя.

Молочная кислота. Асимметрический атом C в центре.

В ЕГЭ оптическая изомерия встречается редко. Но на асимметрический атом нужно обращать внимание.

ГомологияГомологи и гомологическая разность

Гомологи — вещества одного класса, отличающиеся на группу −CH₂−.

Разность

−CH₂−

Масса разности

14 а.е.м.

Свойства

похожи, но плавно меняются в ряду

Гомологический ряд алканов: CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂, ...

ГомологияОбщие формулы классов

Алканы

CₙH₂ₙ₊₂

Алкены

CₙH₂ₙ

Циклоалканы

CₙH₂ₙ

Алкины

CₙH₂ₙ₋₂

Алкадиены

CₙH₂ₙ₋₂

Арены

CₙH₂ₙ₋₆ (n ≥ 6)

Спирты (одноатомные)

CₙH₂ₙ₊₁OH

Альдегиды / кетоны

CₙH₂ₙO

Карбоновые кислоты

CₙH₂ₙ₊₁COOH

Простые эфиры

CₙH₂ₙ₊₂O

Сложные эфиры

CₙH₂ₙO₂

Амины (первичные)

CₙH₂ₙ₊₁NH₂

Аминокислоты

CₙH₂ₙ(NH₂)COOH

Как пользоваться: если известен класс вещества — подставляем общую формулу в уравнение и решаем. Например, для предельного одноатомного спирта: M = 14n + 18.

ЭффектыИндуктивный эффект (I)

Индуктивный эффект — смещение электронной плотности по σ-связям из-за разной электроотрицательности атомов.

−I (акцепторы)

−NO₂ > −CN > −COOH > −F > −Cl > −Br > −I > −OH > −NH₂

+I (доноры)

−C(CH₃)₃ > −CH(CH₃)₂ > −C₂H₅ > −CH₃ > −H

Свойства:
• Затухает через 3–4 σ-связи.
• Направлен от донора к акцептору.
• Усиливает кислотность (−I) или основность (+I).

ЭффектыМезомерный эффект (M)

Мезомерный эффект — смещение электронной плотности по π-системе (в сопряжённых системах).

−M (акцепторы)

−NO₂, −CN, −COOH, −COOR, −CONH₂, −CHO

+M (доноры)

−NH₂, −OH, −OR, −F, −Cl, −Br, −I

Условие: заместитель включён в сопряжённую систему — чередование простых и кратных связей. Классический пример — бензольное кольцо с заместителем.

Важно: галогены дают −I (сильный), но +M (слабый). Итоговый эффект — −I. Поэтому галогены — акцепторы, но ориентируют в орто/пара.

ЭффектыСравнение I и M

Механизм

I — по σ; M — по π

Затухание

I затухает через 3–4 связи; M — нет, действует по всей сопряжённой системе

Пример только −I

−CH₃ (+I, нет M)

Пример −I и −M

−NO₂

Пример −I и +M

−OH, −NH₂, галогены

Применение

Кислотность: −I усиливает (Cl-CH₂-COOH сильнее CH₃COOH).
Основность: +I усиливает (метиламин сильнее аммиака).
Ориентация в бензоле: +M и +I → орто/пара; −M и −I → мета.
Реакционная способность: +M активирует кольцо (фенол, анилин).

ИтогЧто важно запомнить из таба

Теория Бутлерова — 4 положения. Основа всей органики.
Валентность углерода IV — всегда 4 связи. Гибридизация: sp³ (одинарные), sp² (двойные), sp (тройные).
σ-связь прочная, π-связь слабая. Все реакции присоединения идут по π.
Изомерия: структурная (скелет, положение связи, положение группы, межклассовая) + пространственная (цис-транс, оптическая).
Гомологи отличаются на −CH₂− (14 а.е.м.).
Общие формулы классов — знать наизусть, используются в заданиях 33 и 34.
Индуктивный эффект — по σ, затухает. Мезомерный — по π, не затухает.
Эффекты объясняют кислотность, основность, ориентацию в бензоле.

Что дальше: переходим к конкретным классам соединений — углеводородам, кислородсодержащим, углеводам, азотсодержащим. В каждом блоке — строение, изомерия, номенклатура, реакции, получение.

РазделЧто вас ждёт в этом разделе

Углеводороды — соединения только из углерода и водорода. Это основа органической химии: из них получают всё остальное.

Предельные

алканы, циклоалканы — только σ-связи

Непредельные

алкены, алкины, алкадиены — есть π-связи

Ароматические

арены — бензольное кольцо

Для 90+: важно понимать логику: предельные → реакции замещения, непредельные → реакции присоединения, ароматические → электрофильное замещение. Это определяет всё поведение класса.

СводкаВсе реакции алканов на одной странице

Прежде чем разбирать теорию — вот вся химия алканов в одной таблице. К ней удобно возвращаться при повторении.

Галогенирование

hv или t° → галогеналкан: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Нитрование (Коновалов)

разб. HNO₃, t° → нитроалкан: CH₄ + HNO₃ → CH₃NO₂ + H₂O

Дегидрирование

Pt, Ni или Cr₂O₃, t° → алкен: C₂H₆ → C₂H₄ + H₂

Ароматизация

Pt, t° → арен: C₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂

Изомеризация

AlCl₃, t° → разветвлённый алкан

Крекинг

450–700 °C → алкан + алкен

Пиролиз метана

1500 °C → C₂H₂ + H₂; 1000 °C → C + H₂

Горение

→ CO₂ + H₂O. При недостатке O₂ → CO или C

Каталитическое окисление

кат., t° → спирт, альдегид, кислота

Конверсия метана

Ni, t° → синтез-газ: CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

ОпределениеКто такие алканы

Алканы (предельные, насыщенные углеводороды, парафины) — ациклические углеводороды, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой только одинарными связями. Общая формула — CₙH₂ₙ₊₂.

Слово «предельные» означает, что углерод в них насыщен водородом до предела: каждая из четырёх валентностей углерода занята связью с соседним углеродом или водородом. Присоединить больше нечего. Старое название парафины — от латинского parum affinis («мало сродственный»): в обычных условиях алканы почти ни с чем не реагируют.

CH₄ метан C₂H₆ этан C₃H₈ пропан C₄H₁₀ бутан C₅H₁₂ пентан

Откуда формулаПочему CₙH₂ₙ₊₂

В цепи из n атомов углерода каждый атом четырёхвалентен — всего 4n валентностей. На соединение атомов углерода между собой уходит n − 1 связей, каждая занимает две валентности. Остаётся:

4n − 2(n − 1) = 2n + 2 валентностей

Ровно столько атомов водорода и присоединяется. Отсюда формула CₙH₂ₙ₊₂.

Проверка на пропане: n = 3, водородов 2·3 + 2 = 8, формула C₃H₈.

Строениеsp³-гибридизация и тетраэдр

Каждый атом углерода в алкане образует четыре одинарные связи. Для этого одна 2s-орбиталь и три 2p-орбитали смешиваются — гибридизуются — и превращаются в четыре одинаковые sp³-гибридные орбитали. Они отталкиваются друг от друга и располагаются как можно дальше: направлены к вершинам правильного тетраэдра под углом 109°28′.

Метан CH₄. Атом углерода в центре, четыре атома водорода — в вершинах тетраэдра. Все углы H–C–H одинаковы и равны 109°28′.

Каждая гибридная орбиталь перекрывается с орбиталью соседнего атома по линии, соединяющей ядра. Так образуется σ-связь (сигма-связь). В алканах все связи — σ-связи: и C–H, и C–C.

Связь C–C

длина 0,154 нм, энергия ≈ 348 кДж/моль

Связь C–H

длина 0,109 нм, энергия ≈ 412 кДж/моль

Полярность

обе связи малополярные, почти неполярные

Отсюда главная черта химии алканов: разорвать такую связь трудно, а разорвать её так, чтобы электроны достались одному атому, почти невозможно. Поэтому алканы реагируют неохотно и в основном по радикальному механизму.

СтроениеПочему цепь — зигзаг

Тетраэдрический угол сохраняется и в длинных молекулах. Поэтому углеродная цепь алкана не прямая, а зигзагообразная: каждое звено отклоняется на 109°28′. Структурные формулы, записанные в строку, — лишь условность, удобная для бумаги.

Бутан C₄H₁₀. Цепь — зигзаг. Вокруг σ-связей возможно свободное вращение, поэтому молекула принимает разные формы — конформации.

Это одна и та же молекула, а не разные вещества. Изгибы на бумаге ничего не меняют — вокруг σ-связей молекула свободно вращается.

ГомологиГомологический ряд

Если выстроить алканы по числу атомов углерода, каждый следующий отличается от предыдущего на группу CH₂. Такой ряд называют гомологическим, его членов — гомологами, а группу CH₂ — гомологической разностью.

CH₄

метан, t кип. −162 °C

C₂H₆

этан, t кип. −89 °C

C₃H₈

пропан, t кип. −42 °C

C₄H₁₀

бутан, t кип. −0,5 °C

C₅H₁₂

пентан, t кип. 36 °C

C₆H₁₄

гексан, t кип. 69 °C

C₇H₁₆

гептан, t кип. 98 °C

C₈H₁₈

октан, t кип. 126 °C

C₉H₂₀

нонан, t кип. 151 °C

C₁₀H₂₂

декан, t кип. 174 °C

Названия первых четырёх — исторические, их надо запомнить. Начиная с пятого — от греческих числительных: пента (5), гекса (6), гепта (7), окта (8), нона (9), дека (10). Суффикс -ан общий для всех алканов.

ФизическиеСвойства алканов

Молекулы алканов неполярны и притягиваются друг к другу только слабыми межмолекулярными силами. Отсюда все их физические свойства:

С₁–С₄

газы (метан, этан, пропан, бутан)

С₅–С₁₅

жидкости (бензин, керосин, дизель)

С₁₆ и выше

твёрдые (парафин, вазелин, битум)

t кип. и t пл.

растут с числом атомов углерода

Разветвление

понижает t кип.: чем компактнее молекула, тем слабее притяжение

Растворимость

в воде не растворяются, в органике — да

Плотность

меньше 1 г/см³ — легче воды

Запах

метан без запаха; запах бытовому газу придают одоранты

Пример разветвления: н-пентан кипит при 36 °C, 2-метилбутан — при 28 °C, 2,2-диметилпропан — при 9,5 °C. Чем сильнее разветвлена молекула, тем ниже её температура кипения.

Это интересноМетан на Титане

На спутнике Сатурна Титане при температуре −180 °C метан и этан находятся в жидком состоянии. Там идут метановые дожди, есть целые моря из углеводородов и реки. Зонд «Гюйгенс» сел на поверхность Титана в 2005 году и передал первые снимки.

Почему это важно: это единственное место в Солнечной системе, кроме Земли, где есть жидкость на поверхности. Только вместо воды — метан.

СтроениеТипы атомов углерода

Прежде чем называть молекулы, научимся различать атомы углерода в цепи. Тип атома определяется тем, со сколькими другими атомами углерода он связан.

Первичный

связан с одним атомом C. Концевые группы –CH₃

Вторичный

связан с двумя атомами C. Звенья цепи –CH₂–

Третичный

связан с тремя атомами C. Точка разветвления, группа –CH–

Четвертичный

связан с четырьмя атомами C. Центральный атом неопентана

Пример — 2,2,3-триметилбутан: в нём есть атомы всех четырёх типов.

Зачем это нужно: в реакциях радикального замещения легче всего замещается водород при третичном атоме, труднее — при вторичном, ещё труднее — при первичном.

НоменклатураАлкильные группы (радикалы)

Если мысленно отнять от молекулы алкана один атом водорода, получится алкильная группа (радикал). В названиях разветвлённых алканов именно они обозначают боковые цепи. Название радикала образуется заменой суффикса -ан на -ил.

метан → метил

CH₃–

этан → этил

C₂H₅– (CH₃–CH₂–)

пропан → пропил

C₃H₇– (н-пропил и изопропил)

бутан → бутил

C₄H₉– (н-бутил и др.)

Зачем: в названии алкана боковая цепь — всегда радикал: метил, этил, пропил. Номер перед ним указывает, к какому атому главной цепи он присоединён.

НоменклатураКак назвать алкан

Выбираем самую длинную цепь.
Нумеруем с того конца, где ближе заместитель.
Перечисляем заместители по алфавиту с указанием номера.
Суффикс — -ан.

CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ → 2-метилбутан CH₃-C(CH₃)₂-CH₂-CH₃ → 2,2-диметилбутан CH₃-CH(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃ → 2,3-диметилбутан

Числа друг от друга отделяют запятой, число от слова — дефисом: 2,2,4-триметилпентан.

ЛовушкаГлавная цепь спрятана в ветке

Формулу CH₃–CH(C₂H₅)–CH₂–CH₃ хочется назвать «2-этилбутан». Но этильная группа сама продолжает цепь — самая длинная цепь здесь пять атомов.

CH₃-CH(C₂H₅)-CH₂-CH₃ 3-метилпентан

Считаем: CH₃–CH–CH₂–CH₃ — четыре атома. Но через этил C₂H₅ цепь тянется дальше: CH₃–CH–CH₂–CH₂–CH₃. Получается пять атомов, а заместитель — метил при третьем.

Запомни: заместителя «этил» у второго атома не бывает. Метил у первого атома — это просто продолжение цепи. Главная цепь всегда самая длинная.

ИзомерияИзомеры алканов

Изомеры — вещества, у которых одинаковый состав (одна молекулярная формула), но разное строение и поэтому разные свойства.

Для алканов характерна структурная изомерия углеродного скелета: атомы углерода соединены в цепь по-разному — неразветвлённо или с разветвлениями. У метана, этана и пропана изомеров нет: из одного, двух и трёх атомов углерода можно построить только одну цепь. Изомерия начинается с бутана.

C₄H₁₀

2 изомера (н-бутан, изобутан)

C₅H₁₂

3 изомера

C₆H₁₄

5 изомеров

C₇H₁₆

9 изомеров

Пример: 5 изомеров C₆H₁₄

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ гексан CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-CH₃ 2-метилпентан CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃ 3-метилпентан CH₃-C(CH₃)₂-CH₂-CH₃ 2,2-диметилбутан CH₃-CH(CH₃)-CH(CH₃)-CH₃ 2,3-диметилбутан

ЗапомниТривиальные названия алканов

В заданиях ЕГЭ встречаются старые названия разветвлённых алканов. Их надо узнавать.

изобутан

2-метилпропан

изопентан

2-метилбутан

неопентан

2,2-диметилпропан

изооктан

2,2,4-триметилпентан (эталон октанового числа 100)

Это интересноОптическая изомерия алканов

Начиная с C₇H₁₆ у алканов появляется и оптическая изомерия. В 3-метилгексане третий атом углерода связан с четырьмя разными группами: H, CH₃, C₂H₅, C₃H₇. Такой атом называют асимметрическим, и молекула существует в двух зеркальных формах — как правая и левая рука.

CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-CH₃ 3-метилгексан

В ЕГЭ оптическая изомерия алканов почти не встречается. Но знать, что она появляется с C₇, полезно.

Реакция 1Галогенирование (SR)

Свободнорадикальное замещение. Идёт только при свете (hv) или нагреве.

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (hv)

Метан + хлор = хлорметан + хлороводород. Реакция идёт на свету (УФ).

CH₃-CH₃ + Br₂ → CH₃-CH₂Br + HBr (t°)

Этан + бром = бромэтан + бромоводород. Нужен газообразный Br₂ и нагрев.

F₂

взрывоопасно, в ЕГЭ не встречается

Cl₂

УФ-облучение (hv)

Br₂

нагревание, газообразный бром

I₂

не реагирует

Селективность: галоген идёт к наименее гидрированному углероду: третичный > вторичный > первичный. Для пропана: CH₃-CH₂-CH₃ + Cl₂ → преимущественно 2-хлорпропан.

МеханизмЦепная радикальная реакция

Галогенирование алканов — первый механизм, который изучают в органике. Его называют радикальным цепным и обозначают S_R.

Зарождение цепи. Под действием света связь в молекуле хлора рвётся гомолитически — образуются два свободных радикала.
Cl₂ → 2Cl• (hv)

Рост цепи (шаг 1). Радикал хлора отрывает от метана атом водорода.
Cl• + CH₄ → CH₃• + HCl

Рост цепи (шаг 2). Метильный радикал атакует молекулу хлора.
CH₃• + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•

Обрыв цепи. Радикалы встречаются и соединяются.
Cl• + Cl• → Cl₂ CH₃• + Cl• → CH₃Cl CH₃• + CH₃• → C₂H₆

Один квант света запускает тысячи повторений второй и третьей стадий — поэтому механизм и называется цепным.

Реакция 2Нитрование (Коновалов)

При нагревании с разбавленной азотной кислотой под давлением атом водорода замещается нитрогруппой −NO₂. Реакцию открыл русский химик М. И. Коновалов в 1888 году.

CH₄ + HNO₃(разб.) → CH₃-NO₂ + H₂O (t°, p)

Метан + разб. азотная кислота = нитрометан + вода.

CH₃-CH₂-CH₃ + HNO₃(разб.) → CH₃-CH(NO₂)-CH₃ + H₂O (t°)

Пропан + разб. HNO₃ = 2-нитропропан + вода. NO₂ идёт к вторичному углероду.

Ловушка: нужна именно разбавленная HNO₃. Концентрированная пойдёт по пути окисления.

Реакция 3Дегидрирование и ароматизация

Дегидрирование

CH₃-CH₃ → CH₂=CH₂ + H₂ (Pt, t°)

Этан = этилен + водород. Катализатор Pt (или Ni, Pd).

Ароматизация (дегидроциклизация)

C₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂ (Pt, t°)

Гексан = бензол + водород. 6 углеродов замыкаются в бензольное кольцо.

C₇H₁₆ → C₆H₅-CH₃ + 4H₂ (Pt, t°)

Гептан = толуол + водород. Лишний углерод становится метильной группой.

Реакция 4Крекинг, пиролиз, изомеризация

Пиролиз метана

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (1500 °C)

Метан = ацетилен + водород. Быстрое нагревание и мгновенное охлаждение.

CH₄ → C + 2H₂ (1000 °C)

Метан = сажа + водород. Разложение при более низкой температуре.

Крекинг

C₁₀H₂₂ → C₅H₁₂ + C₅H₁₀ (t°)

Декан = пентан + пентен. «Разрезание» длинной цепи.

Изомеризация

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₃-CH(CH₃)-CH₃ (AlCl₃, t°)

н-Бутан = изобутан. Линейная цепь превращается в разветвлённую.

Реакция 5Горение и окисление

Полное горение

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

CₙH₂ₙ₊₂ + (3n+1)/2 O₂ → nCO₂ + (n+1)H₂O

Общее уравнение горения алканов.

Коптящее пламя. Метан горит почти бесцветным голубоватым пламенем. Чем больше атомов углерода в молекуле, тем больше в пламени несгоревших частиц углерода — парафиновая свеча уже коптит.

Неполное горение (недостаток O₂)

2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O

Образуется угарный газ CO.

CH₄ + O₂ → C + 2H₂O

Образуется сажа.

Каталитическое окисление

2CH₄ + O₂ → 2CH₃-OH (кат., t°)

Метан = метанол. Неполное окисление в присутствии катализатора.

Конверсия метана

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (Ni, t°)

Метан + вода = синтез-газ. Смесь угарного газа и водорода — сырьё для метанола, аммиака, углеводородов.

Ловушка: раствор перманганата калия и бромная вода алканы не обесцвечивают — ни на холоде, ни при обычных условиях.

ПолучениеКак получают алканы

1. Реакция Дюма (декарбоксилирование)

CH₃COONa + NaOH(тв.) → CH₄↑ + Na₂CO₃ (t°)

Ацетат натрия + твёрдый NaOH = метан + карбонат натрия. Алкан на 1 углерод меньше, чем в кислоте.

2. Реакция Вюрца

2CH₃Cl + 2Na → CH₃-CH₃ + 2NaCl (t°)

2 хлорметана + натрий = этан + хлорид натрия. Удлинение цепи.

3. Гидролиз карбида алюминия

Al₄C₃ + 12H₂O → 3CH₄↑ + 4Al(OH)₃↓

Карбид алюминия + вода = метан + гидроксид алюминия. Только Al₄C₃ даёт метан!

4. Синтез Кольбе (электролиз)

2CH₃COONa + 2H₂O → C₂H₆ + 2CO₂ + H₂ + 2NaOH (эл-з)

Электролиз ацетата натрия = этан + CO₂ + водород + щёлочь.

5. Синтез из синтез-газа (Фишер — Тропш)

nCO + (2n+1)H₂ → CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O (кат., t°, p)

Синтез-газ = смесь алканов + вода. Так получают синтетический бензин.

6. Из угля

C + 2H₂ → CH₄ (t°, p, Ni)

Углерод + водород = метан. Гидрирование угля при нагревании и давлении.

Как меняется цепь: Вюрц и Кольбе удваивают цепь; Дюма укорачивает на 1 атом; гидролиз Al₄C₃ даёт только метан.

ПрименениеГде используются алканы

Метан

природный газ, топливо; сырьё для синтез-газа, водорода, ацетилена, сажи, метанола

Пропан-бутан

сжиженный газ для бытовых плит и автомобилей

Жидкие алканы

бензин, керосин, дизель; растворители (гексан)

Вазелин, парафин

медицина, косметика, свечи, пропитка бумаги

Хлорпроизводные метана

растворители (дихлорметан, тетрахлорметан); в прошлом — хлороформ

Частые ошибкиНа чём теряют баллы

Забывают условия: Cl₂ — hv, Br₂ — t°, I₂ — не реагирует.
Берут бромную воду вместо газообразного Br₂. С бромной водой алканы не реагируют.
Не указывают точную температуру пиролиза метана: 1500 °C → C₂H₂, 1000 °C → C (сажа).
Путают Al₄C₃ и CaC₂: Al₄C₃ + H₂O → CH₄, CaC₂ + H₂O → C₂H₂.
Считают, что метан, этан и пропан имеют изомеры. Нет — первые изомеры с бутана.
Пишут нитрование с конц. HNO₃. Нужна разбавленная.
В реакции Дюма берут раствор щёлочи вместо твёрдой.
Забывают натрий в реакции Вюрца.

На ЕГЭГде это спросят

Задание 10

строение, гибридизация, изомерия

Задание 11

номенклатура, гомологи, изомеры

Задание 12

химические свойства, типы реакций

Задание 14

получение, реакции в цепочках

Задание 16

расчёты по уравнениям

Задание 32

цепочки превращений с участием алканов

Проверь себяЗадания для тренировки

1. Какая формула соответствует алкану с восемью атомами углерода?

C₈H₁₆
C₈H₁₈
C₈H₁₄
C₈H₁₀

Показать ответ

Ответ: 2. Формула алканов CₙH₂ₙ₊₂, при n = 8: C₈H₁₈.

2. В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода в молекуле пропана?

sp
sp²
sp³
первый и третий — sp³, второй — sp²

Показать ответ

Ответ: 3. В алканах все атомы углерода — sp³.

3. Назовите вещество CH₃-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₃.

2-этилбутан
3-метилпентан
2-метилпентан
3-этилбутан

Показать ответ

Ответ: 2. Самая длинная цепь — 5 атомов; метил при третьем.

4. Какой продукт преимущественно образуется при бромировании пропана на свету?

1-бромпропан
2-бромпропан
1,2-дибромпропан
бромэтан

Показать ответ

Ответ: 2. Бром идёт к вторичному углероду — 2-бромпропан.

5. Выберите верные утверждения о метане. Выберите все верные варианты — их 3.

обесцвечивает бромную воду
вступает в реакцию замещения с хлором на свету
при 1500 °C превращается в ацетилен
окисляется раствором KMnO₄ при комнатной температуре
с водяным паром над никелем даёт синтез-газ

Показать ответ

Ответ: 2, 3, 5. Метан не обесцвечивает бромную воду и не окисляется KMnO₄ — это признак алканов.

6. Какой объём кислорода (н.у.) нужен для полного сгорания 2 л этана?

Показать ответ

Решение: 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O. Отношение объёмов 2 : 7. V(O₂) = 2 · 7 / 2 = 7 л.

7. Какое вещество X в схеме: CH₃COONa → X → CH₃Cl?

этан
метан
метанол
ацетилен

Показать ответ

Ответ: 2. CH₃COONa + NaOH(тв.) → CH₄; CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl.

8. Сколько литров метана (н.у.) выделится при полном гидролизе 0,1 моль карбида алюминия?

Показать ответ

Решение: Al₄C₃ + 12H₂O → 3CH₄↑ + 4Al(OH)₃. n(CH₄) = 3 · n(Al₄C₃) = 0,3 моль. V(CH₄) = 0,3 · 22,4 = 6,72 л.

АлкеныОпределение и строение

Алкены — углеводороды с одной двойной связью C=C. Синонимы: олефины, этиленовые, непредельные.

Формула

CₙH₂ₙ (n ≥ 2)

Связь

C=C — 1σ + 1π

Гибридизация

sp² у углеродов при C=C

Валентный угол

120°

C₂H₄ этен (этилен) C₃H₆ пропен (пропилен) C₄H₈ бутен C₅H₁₀ пентен

АлкеныИзомерия и номенклатура

Виды изомерии

углеродного скелета;
положения C=C;
цис-транс (геометрическая);
межклассовая с циклоалканами (CₙH₂ₙ).

Номенклатура

Главная цепь содержит C=C.
Нумерация — с конца, где C=C ближе.
Суффикс — -ен с номером C=C.

CH₂=CH-CH₂-CH₃ бутен-1 CH₃-CH=CH-CH₃ бутен-2 CH₃-C(CH₃)=CH-CH₃ 2-метилбутен-2

Этилен C₂H₄ изомеров не имеет. Первые изомеры — у бутена.

АлкеныРеакция 1: присоединение HBr (Марковников)

CH₂=CH₂ + HBr → CH₃-CH₂Br

Этилен + бромоводород = бромэтан. Для симметричного алкена всё равно, куда что встанет.

CH₃-CH=CH₂ + HBr → CH₃-CHBr-CH₃

Пропен + бромоводород = 2-бромпропан (не 1-бромпропан!).

Правило Марковникова: H присоединяется к более гидрированному углероду, Hal — к менее гидрированному. «Богатый становится богаче».

Перекисный эффект (Хараш): в присутствии пероксидов HBr присоединяется против правила Марковникова. Это исключение, встречается редко.

АлкеныРеакция 2: гидратация и галогенирование

Гидратация (H₂O)

CH₂=CH₂ + H₂O → CH₃-CH₂-OH (H₃PO₄, t°)

Этилен + вода = этанол. Катализатор — фосфорная кислота.

CH₃-CH=CH₂ + H₂O → CH₃-CH(OH)-CH₃

Пропен + вода = пропанол-2 (по Марковникову).

Галогенирование

CH₂=CH₂ + Br₂(водн.) → CH₂Br-CH₂Br

Этилен + бромная вода = 1,2-дибромэтан. Качественная реакция — обесцвечивание бромной воды.

Качественная реакция на C=C: обесцвечивание бромной воды. Алканы так не реагируют.

АлкеныРеакция 3: гидрирование и полимеризация

Гидрирование

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃ (Ni, t°)

Этилен + водород = этан. Обратная реакция к дегидрированию.

Полимеризация

nCH₂=CH₂ → (−CH₂−CH₂−)ₙ (кат., t°, p)

Полиэтилен. Мономер — этилен.

nCH₃-CH=CH₂ → (−CH(CH₃)−CH₂−)ₙ

Полипропилен.

nCH₂=CHCl → (−CH₂−CHCl−)ₙ

Поливинилхлорид (ПВХ).

nC₆H₅-CH=CH₂ → (−CH(C₆H₅)−CH₂−)ₙ

Полистирол. Из стирола.

АлкеныРеакция 4: окисление

Мягкое (реакция Вагнера, 0 °C)

3CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3HO-CH₂-CH₂-OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

Этилен + KMnO₄ (холод) = этиленгликоль + MnO₂↓ + KOH. Двойная связь сохраняется, добавляются две OH.

3CH₃-CH=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₃-CH(OH)-CH₂-OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

Пропен + KMnO₄ (холод) = пропандиол-1,2 + MnO₂↓ + KOH.

Жёсткое (KMnO₄ + H₂SO₄, t°)

5CH₃-CH=CH-CH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 10CH₃COOH + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O

Бутен-2 + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + MnSO₄ + K₂SO₄ + вода. Двойная связь рвётся, каждый C даёт свою кислоту.

Правила разрыва при жёстком окислении:
• CH₃-CH= → CH₃COOH (уксусная кислота)
• =CH₂ → CO₂ (углекислый газ)
• -CH= → -COOH (карбоновая кислота)

АлкеныПолучение

1. Крекинг алканов (промышленный)

C₄H₁₀ → C₂H₄ + C₂H₆ (600 °C)

Бутан = этилен + этан. Разрезание цепи.

2. Дегидрирование алканов

C₂H₆ → C₂H₄ + H₂ (Cr₂O₃ или Ni, t°)

3. Дегидратация спиртов

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O (H₂SO₄ конц., t > 140 °C)

Внутримолекулярная дегидратация. Двойная связь идёт по правилу Зайцева — к более замещённому C.

4. Дегидрогалогенирование

CH₃-CH₂Cl + KOH(спирт.) → CH₂=CH₂ + KCl + H₂O

Хлорэтан + спиртовой KOH = этилен + KCl + вода. Только спиртовой раствор!

Ловушка: KOH(водн.) → спирт, KOH(спирт.) → алкен. Разные растворы — разные продукты.

АлкеныТонкости и ловушки

Марковников vs Зайцев: Марковников — про присоединение, Зайцев — про отщепление.
У пропена нет цис-транс — у CH₂ два одинаковых H.
У этилена нет изомеров.
KOH(водн.) → спирт, KOH(спирт.) → алкен.
Мягкое окисление — на холоду, даёт диол. Жёсткое — с H₂SO₄, t°, даёт кислоты/CO₂.
=CH₂ в жёстком окислении даёт CO₂, а не HCOOH.
Бромная вода — качественная реакция на C=C (обесцвечивание).
Алкены изомерны циклоалканам — межклассовая изомерия.

АлкеныЧто спросят на ЕГЭ

Задание 6: гибридизация, типы связей.
Задание 7: «с чем реагирует алкен» — присоединение, окисление.
Задание 8: продукты по Марковникову, окисление.
Задание 11: изомерия, цис-транс, номенклатура.
Задание 13: цепочки с алкенами.
Задание 32: цепочки превращений с участием C=C.
Задание 33: определение формулы алкена по D.

ЦиклоалканыОпределение и строение

Циклоалканы — углеводороды с замкнутой цепью σ-связей. Синонимы: циклопарафины, нафтены.

Формула

CₙH₂ₙ (n ≥ 3)

Связи

только σ

Гибридизация

sp³

Классификация

Малые

C₃, C₄ — напряжённые циклы

Средние

C₅–C₇ — устойчивые

Большие

C₈+ — как алканы

ЦиклоалканыХимические свойства

Малые циклы (C₃, C₄) вступают в реакции присоединения (раскрытие цикла). Обычные циклы — в замещения, как алканы.

Присоединение (малые циклы)

C₃H₆ + H₂ → C₃H₈ (Ni, t°)

Циклопропан + водород = пропан. Цикл раскрывается.

C₃H₆ + Br₂ → CH₂Br-CH₂-CH₂Br

Циклопропан + бром = 1,3-дибромпропан. Цикл раскрывается по связи C-C.

C₄H₈ + H₂ → C₄H₁₀ (Ni, t°)

Циклобутан + водород = бутан.

Замещение (обычные циклы)

C₆H₁₂ + Cl₂ → C₆H₁₁Cl + HCl (hv)

Циклогексан + хлор = хлорциклогексан + HCl. Реакция замещения, как у алканов.

Ловушка: циклопропан обесцвечивает бромную воду (реакция присоединения), а циклогексан — нет! Это отличает малые циклы от обычных.

ЦиклоалканыИзомерия и получение

Изомерия

углеродного скелета (размер цикла);
положения заместителей;
цис-транс для 1,2-замещённых;
межклассовая с алкенами (CₙH₂ₙ).

Получение

ClCH₂-CH₂-CH₂-CH₂Cl + Zn → C₄H₈ + ZnCl₂ (t°)

1,4-дихлорбутан + цинк = циклобутан + хлорид цинка. Реакция Густавсона.

C₆H₁₄ → C₆H₁₂ + H₂ (Pt, t°)

Гексан = циклогексан + водород. Дегидроциклизация.

C₆H₆ + 3H₂ → C₆H₁₂ (Ni, t°, p)

Бензол + 3H₂ = циклогексан. Полное гидрирование.

ЦиклоалканыТонкости и ловушки

Малые циклы (C₃, C₄) — присоединение. Обычные (C₅+) — замещение.
Циклопропан обесцвечивает бромную воду, циклогексан — нет.
Циклоалканы изомерны алкенам (CₙH₂ₙ) — межклассовая изомерия.
Густавсон — Zn + дигалогеналкан (галогены на концах) → цикл.
Если галогены ближе — получится алкен, а не циклоалкан.

Дальше — алкины, алкадиены и арены. Там будут реакции Кучерова, Зелинского, Лебедева, правило Зайцева и ориентация в бензольном кольце.

АлкиныОпределение и строение

Алкины — углеводороды с одной тройной связью C≡C.

Формула

CₙH₂ₙ₋₂ (n ≥ 2)

Связь

C≡C — 1σ + 2π

Гибридизация

sp у углеродов при C≡C

Валентный угол

180° (линейный фрагмент)

C₂H₂ этин (ацетилен) C₃H₄ пропин C₄H₆ бутин C₅H₈ пентин

Важно: тройная связь = 1 σ + 2 π. Именно поэтому алкины могут присоединить две молекулы реагента (по каждой π-связи).

АлкиныИзомерия и номенклатура

Виды изомерии

углеродного скелета;
положения C≡C;
межклассовая с алкадиенами и циклоалкенами (CₙH₂ₙ₋₂).

Цис-транс у алкинов нет — фрагмент C≡C линейный, все четыре атома на одной прямой.

Номенклатура

HC≡CH этин (ацетилен) HC≡C-CH₃ пропин CH₃-C≡C-CH₃ бутин-2 HC≡C-CH₂-CH₃ бутин-1

АлкиныРеакция 1: присоединение (Hal, HHal)

Галогенирование

HC≡CH + Cl₂ → CHCl=CHCl

Ацетилен + 1 Cl₂ = 1,2-дихлорэтен. Присоединилась одна π-связь.

HC≡CH + 2Cl₂ → CHCl₂-CHCl₂

Ацетилен + 2 Cl₂ = 1,1,2,2-тетрахлорэтан. Присоединились обе π-связи.

Гидрогалогенирование

CH₃-C≡CH + HCl → CH₃-CCl=CH₂

Пропин + HCl = 2-хлорпропен. По Марковникову: H к более гидрированному C.

CH₃-C≡CH + 2HCl → CH₃-CCl₂-CH₃

Пропин + 2 HCl = 2,2-дихлорпропан. При избытке HCl — расписываем стадиями!

Ловушка: если в условии HHal в избытке — расписывай стадии отдельно. Легко ошибиться при одном коэффициенте 2.

АлкиныРеакция 2: гидратация (Кучеров)

Условия: H₂SO₄(разб.) + HgSO₄, t°. Через енол → альдегид или кетон.

HC≡CH + H₂O → CH₃-CHO (HgSO₄, H₂SO₄)

Ацетилен + вода = ацетальдегид. Ацетилен даёт альдегид.

CH₃-C≡CH + H₂O → CH₃-CO-CH₃ (HgSO₄, H₂SO₄)

Пропин + вода = ацетон (пропанон). Гомологи дают кетоны.

Правило Кучерова:
• HC≡CH (ацетилен) → альдегид
• R-C≡CH (гомолог) → кетон

Механизм: сначала образуется енол (непредельный спирт), который неустойчив и перегруппировывается в карбонильное соединение. В решении 33 енол показывать обязательно.

АлкиныРеакция 3: гидрирование и окисление

Гидрирование

HC≡CH + H₂ → CH₂=CH₂ (Pt, t°)

Ацетилен + 1 H₂ = этилен. Рвётся одна π-связь.

HC≡CH + 2H₂ → CH₃-CH₃ (Pt, t°)

Ацетилен + 2 H₂ = этан. Рвутся обе π-связи.

Окисление — всегда жёсткое!

CH₃-C≡CH + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Пропин + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + вода. Тройная связь рвётся всегда, вне зависимости от условий.

Правила разрыва:
• C≡C, где C связан с другим C → -COOH (карбоновая кислота)
• Концевой =CH → CO₂ (углекислый газ)

Ключевое отличие от алкенов: у алкинов окисление всегда жёсткое, даже в мягких условиях. У алкенов — мягкое возможно (реакция Вагнера).

АлкиныРеакция 4: кислотные свойства (ацетилениды)

Только терминальные алкины (с ≡CH) проявляют кислотные свойства. Алкины с тройной связью в середине — нет.

2HC≡CH + 2Na → 2HC≡C⁻Na⁺ + H₂↑

Ацетилен + натрий = ацетиленид натрия + водород.

HC≡CH + 2Na → NaC≡CNa + H₂↑

Ацетилен + 2 Na = динатрийацетиленид + водород. Оба H замещаются.

HC≡CH + 2[Ag(NH₃)₂]OH → AgC≡CAg↓ + 4NH₃ + 2H₂O

Ацетилен + аммиачный раствор Ag₂O = ацетиленид серебра (жёлто-серый осадок) + NH₃ + вода. Качественная реакция на терминальные алкины.

HC≡CH + 2[Cu(NH₃)₂]OH → CuC≡CCu↓ + 4NH₃ + 2H₂O

С медным аммиачным раствором — красно-коричневый осадок ацетиленида меди.

Не путать: это не реакция «серебряного зеркала»! Зеркало — это альдегиды. Здесь осадок ацетиленида.

АлкиныРеакция 5: димеризация и тримеризация

Димеризация (винилацетилен)

2HC≡CH → CH₂=CH-C≡CH (CuCl, NH₄Cl)

Ацетилен = винилацетилен. Содержит и двойную, и тройную связь. Сырьё для хлоропренового каучука.

Тримеризация (реакция Зелинского)

3HC≡CH → C₆H₆ (t°, C акт.)

Ацетилен = бензол. Три молекулы замыкаются в кольцо.

3CH₃-C≡CH → C₆H₃(CH₃)₃ (1,3,5-триметилбензол)

Пропин = 1,3,5-триметилбензол. Метильные группы встают через один углерод кольца.

АлкиныПолучение

1. Гидролиз карбида кальция

CaC₂ + 2H₂O → HC≡CH↑ + Ca(OH)₂

Карбид кальция + вода = ацетилен + гидроксид кальция. Промышленный и лабораторный способ.

2. Пиролиз метана

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (1200 °C)

Метан = ацетилен + водород. Высокая температура обязательна.

3. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов

CH₂Br-CHBr-CH₃ + 2KOH(спирт.) → C₃H₄ + 2KBr + 2H₂O

1,2-дибромпропан + 2 спиртового KOH = пропин + 2 KBr + вода. Отщепление двух HBr.

Сравни: Al₄C₃ + H₂O → CH₄ (метан), CaC₂ + H₂O → C₂H₂ (ацетилен). Это разные карбиды!

АлкиныТонкости и ловушки

Кучеров: HC≡CH → альдегид, R-C≡CH → кетон.
Обязательно показывать енол как промежуточную стадию.
При избытке HHal — расписывать стадии отдельно.
Окисление алкинов — всегда жёсткое. Даже в мягких условиях.
Концевой =CH → CO₂, а не HCOOH.
Ацетилениды дают только терминальные алкины. Середина — нет.
Реактив Толленса ≠ серебряное зеркало. Здесь осадок ацетиленида, не Ag на стенке.
CaC₂ → C₂H₂, а Al₄C₃ → CH₄.
Цис-транс у алкинов нет.

АлкиныЧто спросят на ЕГЭ

Задание 6: гибридизация sp, линейное строение.
Задание 7: «с чем реагирует ацетилен» — присоединение, кислотные свойства.
Задание 8: Кучеров, ацетилениды, окисление.
Задание 11: изомерия, номенклатура.
Задание 13: цепочки с алкинами.
Задание 32: цепочки через Кучерова, Зелинского.
Задание 33: определение формулы алкина по D или по реакции с Br₂.

АлкадиеныОпределение и строение

Алкадиены — углеводороды с двумя двойными связями C=C.

Формула

CₙH₂ₙ₋₂ (n ≥ 3)

Сопряжённые

C=C-C=C — самые важные! Чередование через одну σ-связь

Изолированные

C=C-C-C=C — разделены sp³-углеродом

Кумулированные

C=C=C — двойные связи подряд

CH₂=CH-CH=CH₂ бутадиен-1,3 (дивинил) CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) CH₂=C(Cl)-CH=CH₂ 2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен)

АлкадиеныРеакции присоединения

У сопряжённых диенов присоединение идёт по двум направлениям: 1,2- и 1,4-.

1,2-присоединение

CH₂=CH-CH=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CHBr-CH=CH₂

Бутадиен-1,3 + бром = 3,4-дибромбутен-1. Присоединение по одной C=C.

1,4-присоединение (основной продукт)

CH₂=CH-CH=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH=CH-CH₂Br

Бутадиен-1,3 + бром = 1,4-дибромбутен-2. Двойная связь «переезжает» в середину.

Полимеризация

nCH₂=CH-CH=CH₂ → (−CH₂-CH=CH-CH₂−)ₙ

Бутадиеновый каучук. В 1,4-положении.

nCH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ → (−CH₂-C(CH₃)=CH-CH₂−)ₙ

Изопреновый каучук. Природный каучук — это полиизопрен.

АлкадиеныПолучение и ловушки

Метод Лебедева

2C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂ (ZnO/Al₂O₃, 500 °C)

Этанол = бутадиен-1,3 + вода + водород. Промышленный способ.

Дегидрирование бутана

C₄H₁₀ → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂ (кат., t°)

Дегидрогалогенирование

CH₂Br-CH₂-CH₂-CH₂Br + 2KOH(спирт.) → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2KBr + 2H₂O

Ловушка: у диенов 1,2- и 1,4-присоединение. В ЕГЭ часто просят указать оба продукта. Основной — 1,4.

АреныОпределение и строение

Арены — углеводороды с бензольным кольцом. Синоним: ароматические углеводороды.

Формула

CₙH₂ₙ₋₆ (n ≥ 6)

Строение

плоское кольцо, все 6 C — sp², делокализованная π-система

Бензол

C₆H₆ — простейший арен

C₆H₅-OH фенол C₆H₅-NH₂ анилин

Ароматичность: 6 π-электронов делокализованы по кольцу. Это делает бензол очень устойчивым — он не обесцвечивает бромную воду и не окисляется KMnO₄.

АреныИзомерия и номенклатура

Изомерия

положения заместителей (орто-, мета-, пара-);
числа и состава заместителей;
строения боковой цепи.

Ксилолы C₆H₄(CH₃)₂: орто-ксилол (1,2) мета-ксилол (1,3) пара-ксилол (1,4)

Номенклатура

C₆H₅-CH₃ метилбензол (толуол) C₆H₅-CH₂-CH₃ этилбензол 1,2-диметилбензол — орто-ксилол 1,3-диметилбензол — мета-ксилол 1,4-диметилбензол — пара-ксилол

АреныРеакция 1: электрофильное замещение (SE)

Бензол вступает в реакции замещения, а не присоединения. Это отличает его от алкенов.

Нитрование

C₆H₆ + HNO₃(конц.) → C₆H₅NO₂ + H₂O (H₂SO₄, t°)

Бензол + азотная кислота = нитробензол + вода. Нитрующая смесь — HNO₃ + H₂SO₄.

Сульфирование

C₆H₆ + H₂SO₄(конц.) → C₆H₅-SO₃H + H₂O (t°)

Бензол + серная кислота = бензолсульфокислота + вода.

Алкилирование (Фридель-Крафтс)

C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅-CH₃ + HCl (AlCl₃)

Бензол + хлорметан = толуол + HCl. Катализатор — AlCl₃.

Ацилирование (Фридель-Крафтс)

C₆H₆ + CH₃COCl → C₆H₅-CO-CH₃ + HCl (AlCl₃)

Бензол + ацетилхлорид = ацетофенон + HCl. Продукт — кетон.

АреныРеакция 2: присоединение

Возможно только при жёстких условиях — бензол очень устойчив.

Гидрирование

C₆H₆ + 3H₂ → C₆H₁₂ (Ni, t°, p)

Бензол + 3 H₂ = циклогексан. Полное гидрирование кольца.

Хлорирование (радикальное)

C₆H₆ + 3Cl₂ → C₆H₆Cl₆ (hv)

Бензол + 3 Cl₂ = гексахлорциклогексан. На свету — не селективно.

АреныРеакция 3: окисление гомологов

Бензол не окисляется! Окисляются только гомологи — по α-углероду боковой цепи.

C₆H₅-CH₃ → C₆H₅-COOH (KMnO₄, H⁺, t°)

Толуол = бензойная кислота. Метильная группа окисляется до карбоксильной.

C₆H₅-CH₂-CH₃ → C₆H₅-COOH (KMnO₄, H⁺, t°)

Этилбензол = бензойная кислота. Вся боковая цепь «сгорает» до COOH.

Правило: любой гомолог бензола с α-H при окислении даёт бензойную кислоту. Если α-H нет — окисление не идёт.

Ловушка: трет-бутилбензол C₆H₅-C(CH₃)₃ не окисляется — у α-углерода нет водорода.

АреныОриентация в бензольном кольце

Если в кольце уже есть заместитель, он направляет новую группу в определённые положения.

Ориентанты I рода (+M или +I)

Примеры

−OH, −NH₂, −CH₃, −C₂H₅, галогены (−F, −Cl, −Br, −I)

Направление

орто- и пара-положения

Эффект

активируют кольцо (реакция идёт легче)

Ориентанты II рода (−M или −I)

Примеры

−NO₂, −COOH, −SO₃H, −CHO, −CN

Направление

мета-положение

Эффект

дезактивируют кольцо (реакция идёт труднее)

Галогены — исключение: они −I (сильнее) + M (слабее), итоговый эффект — дезактивация, но направляют в орто/пара, как ориентанты I рода.

АреныПолучение

1. Тримеризация ацетилена (Зелинский)

3HC≡CH → C₆H₆ (t°, C акт.)

2. Риформинг алканов

C₆H₁₄ → C₆H₆ + 4H₂ (Pt, t°)

3. Дегидрирование циклогексана

C₆H₁₂ → C₆H₆ + 3H₂ (Pt, t°)

4. Алкилирование бензола (для гомологов)

C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅-CH₃ + HCl (AlCl₃)

5. Реакция Вюрца-Фиттига

C₆H₅Cl + CH₃Cl + 2Na → C₆H₅-CH₃ + 2NaCl (t°)

АреныТонкости и ловушки

Бензол не обесцвечивает бромную воду — это отличает его от алкенов и алкинов.
Бензол не окисляется KMnO₄. Только гомологи — до бензойной кислоты.
Трет-бутилбензол не окисляется — нет α-H.
Ориентанты I рода (+M/+I) → орто/пара. II рода (−M/−I) → мета.
Галогены — исключение: направляют в орто/пара, но дезактивируют кольцо.
Фридель-Крафтс — только с AlCl₃ (кислота Льюиса).
Реакция Зелинского — 3 C₂H₂ → C₆H₆, катализатор C(акт.).

Что спросят: ориентация в кольце (задание 8), получение (13), окисление гомологов (29), цепочки (32), определение формулы (33).

ИтогЧто важно запомнить из раздела

Алканы — замещение (SR), пиролиз, крекинг, Дюма, Вюрц, Кольбе.
Алкены — присоединение (AE), Марковников, Вагнер, полимеризация.
Циклоалканы — малые (C₃, C₄) присоединяют, большие замещают.
Алкины — присоединение по обеим π, Кучеров (енол!), ацетилениды, Зелинский.
Алкадиены — 1,2- и 1,4-присоединение, Лебедев, каучук.
Арены — SE (не AE!), ориентация, окисление только гомологов.
Все классы связаны между собой — крекинг, дегидрирование, гидратация, галогенирование.

РазделЧто вас ждёт в этом разделе

Кислородсодержащие соединения — вторая по важности группа после углеводородов. Здесь и спирты, и кислоты, и жиры, которые встречаются в заданиях 32, 33, 34.

Спирты

R-OH, одно- и многоатомные

Фенолы

Ar-OH (OH при бензольном кольце)

Альдегиды

R-CHO

Кетоны

R-CO-R'

Кислоты

R-COOH

Сложные эфиры

R-COO-R'

Жиры

эфиры глицерина и высших кислот

Для 90+: главное — видеть переходы между классами: спирт → альдегид → кислота → эфир. Это основа заданий 32 и 33.

СпиртыОпределение и классификация

Спирты — производные углеводородов, в которых один или несколько атомов H замещены на гидроксильную группу −OH.

Формула одноатомных

CₙH₂ₙ₊₁OH (или R-OH)

Функциональная группа

−OH (гидроксил)

Гибридизация O

sp³

Классификация

По числу OH

одноатомные (этанол), двухатомные (этиленгликоль), трёхатомные (глицерин)

По типу C

первичные (R-CH₂-OH), вторичные (R₂CH-OH), третичные (R₃C-OH)

По строению

предельные, непредельные, ароматические

CH₃OH метанол C₂H₅OH этанол CH₃-CH₂-CH₂-OH пропанол-1 CH₃-CH(OH)-CH₃ пропанол-2 HO-CH₂-CH₂-OH этиленгликоль HO-CH₂-CH(OH)-CH₂-OH глицерин C₆H₅-CH₂-OH бензиловый спирт

СпиртыИзомерия и номенклатура

Изомерия

углеродного скелета;
положения OH;
межклассовая с простыми эфирами (CₙH₂ₙ₊₂O).

C₃H₈O пропанол-1: CH₃-CH₂-CH₂-OH пропанол-2: CH₃-CH(OH)-CH₃ метиловый эфир: CH₃-O-C₂H₅

Номенклатура

Выбираем самую длинную цепь, содержащую OH.
Нумерация — с того конца, где ближе OH.
Суффикс — -ол с номером углерода при OH.

СпиртыРеакция 1: кислотные свойства (O-H)

Спирты — очень слабые кислоты. Реагируют только с активными металлами (Na, K), но не со щелочами.

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂↑

Этанол + натрий = этилат натрия + водород. Алкоголяты — соли спиртов.

C₂H₅OH + NaOH ⇄ C₂H₅ONa + H₂O

Равновесие сильно смещено влево. Спирт слабее воды, поэтому NaOH его не вытесняет.

C₂H₅ONa + H₂O → C₂H₅OH + NaOH

Алкоголят гидролизуется водой. Вода — более сильная кислота.

Ряд кислотности: H₂CO₃ > фенол > вода > спирт.

СпиртыРеакция 2: с HHal (C-O)

C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O (t°)

Этанол + бромоводород = бромэтан + вода. Замещение OH на Hal.

C₂H₅OH + PCl₅ → C₂H₅Cl + POCl₃ + HCl

Этанол + PCl₅ = хлорэтан + POCl₃ + HCl. Классический лабораторный способ.

C₂H₅OH + SOCl₂ → C₂H₅Cl + SO₂↑ + HCl↑

Этанол + тионилхлорид = хлорэтан + SO₂ + HCl. Оба газа улетают.

СпиртыРеакция 3: дегидратация

Внутримолекулярная (t > 140 °C) → алкен

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O (H₂SO₄ конц., t > 140 °C)

Этанол = этилен + вода. Отщепление воды внутри молекулы.

CH₃-CH(OH)-CH₂-CH₃ → CH₃-CH=CH-CH₃ + H₂O

Бутанол-2 = бутен-2 + вода. По правилу Зайцева — двойная связь к более замещённому C.

Межмолекулярная (t < 140 °C) → простой эфир

2C₂H₅OH → C₂H₅-O-C₂H₅ + H₂O (H₂SO₄ конц., t < 140 °C)

Этанол = диэтиловый эфир + вода. Соединение двух молекул через кислород.

Правило Зайцева: при отщеплении воды H уходит от наименее гидрированного углерода. Двойная связь идёт к более замещённому C.

СпиртыРеакция 4: окисление

Мягкое окисление (CuO, t° или KMnO₄)

CH₃-CH₂-OH + CuO → CH₃-CHO + Cu + H₂O (t°)

Этанол + CuO = ацетальдегид + медь + вода. Первичный спирт → альдегид.

CH₃-CH(OH)-CH₃ + CuO → CH₃-CO-CH₃ + Cu + H₂O (t°)

Пропанол-2 + CuO = ацетон + медь + вода. Вторичный спирт → кетон.

Жёсткое окисление (KMnO₄ + H₂SO₄, t°)

5C₂H₅OH + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 11H₂O

Этанол + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + MnSO₄ + K₂SO₄ + вода. Сразу до кислоты.

Первичный спирт

→ альдегид → кислота

Вторичный спирт

→ кетон (дальше окисляется только жёстко)

Третичный спирт

не окисляется (нет α-H)

СпиртыПолучение

1. Гидратация алкенов

CH₂=CH₂ + H₂O → C₂H₅OH (H₃PO₄, t°)

Этилен + вода = этанол. Промышленный способ.

2. Гидролиз галогеналканов (водный KOH)

CH₃-CH₂-Cl + NaOH(водн.) → CH₃-CH₂-OH + NaCl

Хлорэтан + водный NaOH = этанол + NaCl. Только водный раствор!

3. Брожение глюкозы

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂↑ (дрожжи)

Глюкоза = этанол + углекислый газ. Спиртовое брожение.

4. Восстановление альдегидов и кетонов

CH₃-CHO + H₂ → C₂H₅OH (Ni, t°)

CH₃-CO-CH₃ + H₂ → CH₃-CH(OH)-CH₃ (Ni, t°)

Ловушка: KOH(водн.) → спирт, KOH(спирт.) → алкен. Это правило важно в цепочках (задание 32).

СпиртыМногоатомные

Многоатомные спирты — содержат две и более OH-группы.

HO-CH₂-CH₂-OH этиленгликоль (этандиол-1,2) HO-CH₂-CH(OH)-CH₂-OH глицерин (пропантриол-1,2,3)

Качественная реакция

HO-CH₂-CH₂-OH + Cu(OH)₂ → ярко-синий раствор

Этиленгликоль + гидроксид меди(II) = синий раствор. Одноатомные спирты так не реагируют!

Применение

Этиленгликоль — антифриз, основа для лавсана.
Глицерин — косметика, медицина, взрывчатка (нитроглицерин).

СпиртыТонкости и ловушки

С NaOH спирт не реагирует — только с Na, K (активными металлами).
Качественная реакция на многоатомные — Cu(OH)₂, синий раствор.
Внутримолекулярная дегидратация (t > 140 °C) → алкен. Межмолекулярная (t < 140 °C) → простой эфир.
Правило Зайцева при отщеплении воды.
Третичные спирты не окисляются — нет α-H.
KOH(водн.) → спирт, KOH(спирт.) → алкен.

ФенолыОпределение и строение

Фенолы — производные аренов, в которых −OH связан напрямую с бензольным кольцом (sp²-углеродом).

Простейший

C₆H₅-OH — фенол

Формула

CₙH₂ₙ₋₆O

Отличие от спиртов

−OH на sp²-углероде кольца

Почему фенол кислотнее спирта: бензольное кольцо стабилизирует фенолят-ион за счёт сопряжения. Поэтому фенол реагирует с NaOH, а спирт — нет.

ФенолыХимические свойства

Кислотные свойства (сильнее спиртов)

C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O

Фенол + гидроксид натрия = фенолят натрия + вода. С NaOH спирт не реагирует, а фенол — реагирует!

C₆H₅OH + Na → C₆H₅ONa + ½H₂

Фенол + натрий = фенолят натрия + водород.

С NaHCO₃ не реагирует! Угольная кислота сильнее фенола. Так отличают фенол от карбоновых кислот: кислота даёт CO₂ с NaHCO₃, фенол — нет.

Реакции по кольцу (ориентант I рода)

C₆H₅OH + 3Br₂(водн.) → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr

Фенол + 3 бромной воды = 2,4,6-трибромфенол (белый осадок) + HBr. Качественная реакция на фенол.

C₆H₅OH + HNO₃(конц.) → C₆H₂(NO₂)₃OH↓ + 3H₂O

Фенол + конц. HNO₃ = 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота) + вода.

C₆H₅OH + 3H₂ → C₆H₁₁OH (Ni, t°)

Фенол + 3 H₂ = циклогексанол. Гидрирование кольца.

ФенолыКачественные реакции и получение

Качественные реакции

C₆H₅OH + FeCl₃ → фиолетовое окрашивание

Фенол + хлорид железа(III) = фиолетовый раствор. Классическая качественная реакция.

C₆H₅OH + 3Br₂(водн.) → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr

Белый осадок трибромфенола. Вторая качественная реакция.

Получение

C₆H₅Cl + NaOH → C₆H₅ONa + NaCl (t°, p)

Хлорбензол + щёлочь = фенолят натрия + NaCl. Далее подкисление → фенол.

Кумольный способ (промышленный): C₆H₅-CH(CH₃)₂ + O₂ → C₆H₅-C(CH₃)₂-OOH → C₆H₅OH + (CH₃)₂CO

Кумол окисляется до гидропероксида, который распадается на фенол и ацетон. Основной промышленный способ.

ФенолыТонкости и ловушки

Фенол реагирует с NaOH, спирт — нет. Это различие важно.
Фенол НЕ реагирует с NaHCO₃ — угольная кислота сильнее.
FeCl₃ → фиолетовый — качественная на фенол.
Br₂(водн.) → белый осадок — вторая качественная.
Ориентант I рода — активирует кольцо, направляет в орто/пара.
Кумольный способ — основной промышленный.

АльдегидыОпределение и строение

Альдегиды — соединения с карбонильной группой C=O, у которой один заместитель — H, второй — R (или H).

Формула

R-CHO

Группа

альдегидная −CHO

Полярность

C=O сильно поляризована (C δ⁺, O δ⁻)

C₆H₅CHO бензальдегид

АльдегидыРеакция 1: окисление (качественные)

Реакция «серебряного зеркала»

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

Альдегид + аммиачный раствор Ag₂O = соль аммония + серебро (налёт на стенках) + NH₃ + вода. Качественная реакция.

Реакция с Cu(OH)₂

R-CHO + 2Cu(OH)₂ → R-COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O (t°)

Альдегид + гидроксид меди(II) = кислота + оксид меди(I) (кирпично-красный осадок) + вода. Вторая качественная.

Кетоны не дают эти реакции! Только альдегиды. Это ключ к заданию 33.

АльдегидыРеакция 2: присоединение

CH₃CHO + H₂ → C₂H₅OH (Ni, t°)

Ацетальдегид + водород = этанол. Восстановление альдегида.

CH₃CHO + HCN → CH₃-CH(OH)-CN

Ацетальдегид + синильная кислота = циангидрин. Используется для удлинения цепи.

CH₃CHO + NaHSO₃ → CH₃-CH(OH)-SO₃Na

Ацетальдегид + гидросульфит натрия = белый кристаллический осадок. Качественная на альдегиды.

Полимеризация формальдегида

nHCHO → (−CH₂-O−)ₙ (параформ)

3HCHO → (CH₂O)₃ (триоксан)

АльдегидыПолучение и применение

Получение

CH₃CH₂OH + CuO → CH₃CHO + Cu + H₂O (t°)

Этанол + CuO = ацетальдегид + медь + вода. Окисление первичного спирта.

HC≡CH + H₂O → CH₃CHO (HgSO₄, H₂SO₄)

Ацетилен + вода = ацетальдегид. Реакция Кучерова.

2CH₃OH + O₂ → 2HCHO + 2H₂O (Cu, t°)

Метанол + кислород = формальдегид + вода. Каталитическое окисление.

Применение

Формальдегид — производство пластмасс, 40% раствор (формалин) — консервант.
Ацетальдегид — сырьё для уксусной кислоты, этанола.
Бензальдегид — пищевая ароматизация, парфюмерия.

КетоныОпределение и свойства

Кетоны — соединения с карбонильной группой C=O между двумя углеводородными радикалами.

CH₃-CO-CH₃ ацетон (пропанон) CH₃-CO-CH₂-CH₃ бутанон C₆H₅-CO-CH₃ ацетофенон

Ключевое отличие от альдегидов

Кетоны НЕ дают реакций «серебряного зеркала» и с Cu(OH)₂ — потому что карбонил не связан с H.

Химические свойства

CH₃-CO-CH₃ + H₂ → CH₃-CH(OH)-CH₃ (Ni, t°)

Ацетон + водород = пропанол-2. Восстановление кетона.

CH₃-CO-CH₃ + HCN → CH₃-C(OH)(CN)-CH₃

Ацетон + HCN = циангидрин. Присоединение по карбонилу.

Получение

CH₃-CH(OH)-CH₃ + CuO → CH₃-CO-CH₃ + Cu + H₂O (t°)

Пропанол-2 + CuO = ацетон + медь + вода. Окисление вторичного спирта.

CH₃-C≡CH + H₂O → CH₃-CO-CH₃ (HgSO₄, H₂SO₄)

Пропин + вода = ацетон. Кучеров для гомологов ацетилена.

Карбоновые кислотыОпределение и строение

Карбоновые кислоты — соединения с карбоксильной группой −COOH (карбонил + гидроксил).

Одноосновные

R-COOH, формула CₙH₂ₙ₊₁COOH

Двухосновные

HOOC-R-COOH

Ароматические

C₆H₅-COOH (бензойная)

HCOOH муравьиная CH₃COOH уксусная C₂H₅COOH пропионовая HOOC-COOH щавелевая C₆H₅COOH бензойная CH₂=CH-COOH акриловая CH₃-CH(OH)-COOH молочная

Карбоновые кислотыХимические свойства

Кислотные свойства (сильнее фенола)

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CO₂↑ + H₂O

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂↑ + H₂O

С NaHCO₃ выделяется CO₂. Это отличает кислоты от фенолов: фенол с NaHCO₃ не реагирует.

Ряд кислотности: неорганические (HCl, H₂SO₄) > HCOOH > CH₃COOH > H₂CO₃ > фенол > H₂O > спирт.

Почему HCOOH сильнее CH₃COOH: у муравьиной кислоты нет +I эффекта метильной группы, который снижает кислотность.

Реакции с образованием производных

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇄ CH₃COOC₂H₅ + H₂O (H₂SO₄, t°)

Этерификация: уксусная кислота + этанол ⇄ этилацетат + вода. Обратимая реакция.

CH₃COOH + PCl₅ → CH₃COCl + POCl₃ + HCl

Получение ацилхлорида.

CH₃COOH + NH₃ → CH₃COONH₄ → CH₃CONH₂ + H₂O (t°)

Получение амида через соль аммония.

Карбоновые кислотыПолучение и применение

Получение

C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (бактерии, уксуснокислое брожение)

Этанол = уксусная кислота. Биохимический способ.

CH₃CHO + O₂ → CH₃COOH (кат.)

Ацетальдегид + кислород = уксусная кислота. Промышленный способ.

2C₄H₁₀ + 5O₂ → 4CH₃COOH + 2H₂O (кат., t°)

Бутан + кислород = уксусная кислота + вода. Окисление бутана.

Применение

Уксусная кислота — пищевая (уксус 6–9%), промышленный синтез.
Муравьиная — консервант, кожевенная промышленность.
Бензойная — консервант (E210), сырьё для красителей.
Щавелевая — чистка, аналитическая химия.

КислотыТонкости и ловушки

С NaHCO₃ реагируют только кислоты (выделяется CO₂). Фенол — нет.
HCOOH даёт реакцию серебряного зеркала — потому что есть альдегидная группа. Это уникально!
Этерификация обратима. Для смещения вправо убирают воду или добавляют избыток реагента.
Галогенирование по α-C: CH₃COOH + Cl₂ (P красный) → ClCH₂COOH.
Сила кислот: HCOOH > CH₃COOH > C₂H₅COOH (из-за +I эффекта).

Сложные эфирыОпределение и свойства

Сложные эфиры — продукты реакции этерификации: R-COO-R'. Не путать с простыми эфирами R-O-R'!

Общая формула

R-COO-R'

Молекулярная

CₙH₂ₙO₂

Отличие от простых

в сложных есть C=O

CH₃COOCH₃ метилацетат CH₃COOC₂H₅ этилацетат HCOOC₂H₅ этилформиат C₃H₇COOC₂H₅ этилбутират (запах ананаса) C₄H₉COOC₅H₁₁ амилвалериат (запах груши)

Реакция этерификации (обратная)

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇄ CH₃COOC₂H₅ + H₂O (H₂SO₄, t°)

Гидролиз

CH₃COOC₂H₅ + H₂O ⇄ CH₃COOH + C₂H₅OH (H₂SO₄, t°)

Кислотный гидролиз — обратимый.

CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH

Щелочной гидролиз (омыление) — необратимый. Кислота сразу даёт соль, равновесие смещается.

ЖирыОпределение и строение

Жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот (жирных кислот).

Твёрдые жиры

предельные кислоты (стеариновая, пальмитиновая)

Жидкие (масла)

непредельные (олеиновая, линолевая, линоленовая)

Реакции жиров

Жир + 3NaOH → глицерин + 3RCOONa (мыло) (t°)

Щелочной гидролиз — омыление. Продукт — мыло (соль высшей кислоты) и глицерин.

Масло + 3H₂ → твёрдый жир (Ni, t°)

Гидрирование масла = маргарин. Непредельные кислоты становятся предельными.

Важно: жиры — это сложные эфиры. Все реакции сложных эфиров (гидролиз) работают и для жиров.

КислородсодержащиеИтог раздела

Спирты: R-OH. С Na реагируют, с NaOH — нет. Многоатомные дают с Cu(OH)₂ синий раствор.
Фенолы: Ar-OH. С NaOH реагируют, с NaHCO₃ — нет. Качественные: FeCl₃ (фиолетовый) и Br₂(водн.) (белый осадок).
Альдегиды: R-CHO. Дают Ag-зеркало и Cu₂O↓. Окисляются до кислот.
Кетоны: R-CO-R'. НЕ дают Ag-зеркало и Cu₂O↓. Восстанавливаются до вторичных спиртов.
Кислоты: R-COOH. С NaHCO₃ дают CO₂. Этерификация → сложные эфиры.
Сложные эфиры: R-COO-R'. Омыление — необратимо. Этерификация — обратимо.
Жиры: эфиры глицерина. Омыление → мыло. Гидрирование → маргарин.

Генетическая связь: спирт → альдегид → кислота → сложный эфир. Это основа заданий 32 и 33.

РазделЧто вас ждёт в этом разделе

Углеводы — природные соединения с формулой Cₙ(H₂O)ₘ. Делятся на моно-, ди- и полисахариды. Тема пересекается с биологией.

Моносахариды

C₆H₁₂O₆ — глюкоза, фруктоза

Дисахариды

C₁₂H₂₂O₁₁ — сахароза, мальтоза, лактоза

Полисахариды

(C₆H₁₀O₅)ₙ — крахмал, целлюлоза, гликоген

Для 90+: важно различать восстанавливающие и невосстанавливающие углеводы. Это ключ к реакциям с Ag₂O и Cu(OH)₂.

МоносахаридыГлюкоза

Глюкоза — C₆H₁₂O₆. Альдегидоспирт: содержит альдегидную группу −CHO и пять гидроксильных −OH.

Формула

C₆H₁₂O₆

Формы

линейная и циклическая (α- и β-)

Природа

виноградный сахар

Свойства как многоатомного спирта

Глюкоза + Cu(OH)₂ → ярко-синий раствор (без нагрева)

Качественная реакция на многоатомные спирты. При нагреве пойдёт дальше — как альдегид.

Свойства как альдегида

Глюкоза + 2[Ag(NH₃)₂]OH → глюконовая кислота + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O

Реакция серебряного зеркала. Глюкоза — восстанавливающий сахар.

Глюкоза + 2Cu(OH)₂ → глюконовая кислота + Cu₂O↓ + 2H₂O (t°)

С Cu(OH)₂ при нагреве = кирпично-красный осадок Cu₂O.

Брожение

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂↑ (дрожжи)

Спиртовое брожение. Промышленное получение этанола.

C₆H₁₂O₆ → 2CH₃-CH(OH)-COOH (молочнокислые бактерии)

Молочнокислое брожение. Продукт — молочная кислота.

МоносахаридыФруктоза

Формула

C₆H₁₂O₆ (изомер глюкозы)

Особенность

кетоспирт — содержит C=O (кетон) и OH

Природа

фруктовый сахар

Отличие от глюкозы: глюкоза — альдегидоспирт, фруктоза — кетоспирт. Обе реагируют с Cu(OH)₂ и Ag₂O, но механизм разный.

В ЕГЭ: фруктоза редко встречается в отдельных задачах. Обычно идёт в паре с глюкозой для сравнения.

ДисахаридыСахароза

Сахароза — C₁₂H₂₂O₁₁, состоит из глюкозы и фруктозы. Свекловичный или тростниковый сахар.

Ключевая особенность

Сахароза — НЕвосстанавливающий сахар. Не даёт реакцию серебряного зеркала и не реагирует с Cu(OH)₂ как альдегид, потому что гликозидный гидроксил занят.

Гидролиз

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ (H₂SO₄, t°)

Сахароза + вода = глюкоза + фруктоза. Только после гидролиза продукты дают реакции альдегидов.

Логика: сама сахароза — невосстанавливающая. Но после гидролиза — да, потому что появляются глюкоза (альдегидоспирт) и фруктоза (кетоспирт).

ДисахаридыМальтоза и лактоза

Мальтоза

C₁₂H₂₂O₁₁, глюкоза + глюкоза, солодовый сахар

Лактоза

C₁₂H₂₂O₁₁, глюкоза + галактоза, молочный сахар

Мальтоза и лактоза — ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ сахара. Дают реакцию серебряного зеркала, потому что у них есть свободный гликозидный гидроксил.

Гидролиз

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆ (H₂SO₄, t°)

Мальтоза = 2 глюкозы. Лактоза = глюкоза + галактоза.

ПолисахаридыКрахмал

Крахмал — (C₆H₁₀O₅)ₙ, полимер α-глюкозы. Резервный углевод растений.

Структура

α-форма глюкозы (амилоза + амилопектин)

Вид

белый порошок, нерастворим в холодной воде

Где встречается

картофель, рис, пшеница, кукуруза

Качественная реакция

Крахмал + I₂ → синее окрашивание

С йодом — синий цвет. При нагревании синий исчезает, при охлаждении возвращается.

Гидролиз

(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H₂SO₄, t° или ферменты)

Крахмал + вода = глюкоза. Постепенный гидролиз: крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза.

Крахмал НЕ даёт реакцию серебряного зеркала — нет свободной альдегидной группы. Только после гидролиза.

ПолисахаридыЦеллюлоза

Целлюлоза — (C₆H₁₀O₅)ₙ, полимер β-глюкозы. Структурный углевод растений.

Структура

β-форма глюкозы, линейные цепи

Где встречается

древесина, хлопок, лён

Свойства

не растворяется в воде, не усваивается человеком

Гидролиз

(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H₂SO₄, t°)

Целлюлоза + вода = глюкоза. Идёт труднее, чем для крахмала.

Реакции с участием OH-групп

Целлюлоза + HNO₃(конц.) → нитроцеллюлоза (H₂SO₄)

Нитрование целлюлозы. Продукт — бездымный порох.

Целлюлоза + (CH₃CO)₂O → ацетат целлюлозы

Ацетилирование. Продукт — ацетатный шёлк, плёнка.

Отличие от крахмала: целлюлоза — β-форма, крахмал — α-форма. Человек усваивает крахмал, но не целлюлозу (нет фермента целлюлазы).

УглеводыТонкости и ловушки

Глюкоза — альдегидоспирт. Даёт и реакции многоатомных спиртов, и реакции альдегидов.
Сахароза — НЕвосстанавливающая. Не даёт Ag-зеркало до гидролиза.
Мальтоза и лактоза — восстанавливающие. Дают Ag-зеркало.
Крахмал — с I₂ синий. НЕ даёт Ag-зеркало.
Целлюлоза — β-форма, не усваивается. Даёт нитро- и ацетат-производные.
Гидролиз всех полисахаридов даёт глюкозу (или смесь моносахаридов).

УглеводыЧто спросят на ЕГЭ

Задание 6: классификация углеводов.
Задание 7: «с чем реагирует глюкоза» — Cu(OH)₂, Ag₂O.
Задание 8: продукты гидролиза крахмала/сахарозы.
Задание 11: изомерия (глюкоза и фруктоза — изомеры).
Задание 13: цепочки с глюкозой.
Задание 32: превращения углеводов.

РазделЧто вас ждёт в этом разделе

Азотсодержащие соединения — амины, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты. Эта тема связана с биологией и часто встречается в заданиях 32–33.

Амины

R-NH₂, R₂NH, R₃N

Аминокислоты

NH₂-CH(R)-COOH

Белки

полимеры из аминокислот

Нуклеиновые кислоты

ДНК, РНК

АТФ

универсальный источник энергии

АминыОпределение и классификация

Амины — производные аммиака NH₃, в которых один, два или три атома H замещены на углеводородные радикалы.

Первичные

R-NH₂ (один R)

Вторичные

R₂NH (два R)

Третичные

R₃N (три R)

Ароматические

R-NH₂, где R — бензольное кольцо (анилин C₆H₅NH₂)

C₂H₅NH₂ этиламин (CH₃)₂NH диметиламин (CH₃)₃N триметиламин

АминыХимические свойства

Основные свойства (сильнее NH₃)

CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl

Метиламин + HCl = хлорид метиламмония. Амины — основания.

CH₃NH₂ + H₂O ⇄ CH₃NH₃⁺ + OH⁻

В воде дают щелочную среду. Сильнее аммиака за счёт +I эффекта алкильных групп.

Ряд основности:
R₂NH > RNH₂ > R₃N > NH₃ > ArNH₂.
Алифатические амины > аммиак > ароматические (анилин слабее).

Анилин слабее аммиака: неподелённая пара азота «уходит» в сопряжение с бензольным кольцом, теряется способность принимать H⁺.

Горение

4CH₃NH₂ + 9O₂ → 4CO₂ + 10H₂O + 2N₂

Амины горят с выделением азота. Важно для задач на горение.

АминыАнилин — особенности

Анилин — C₆H₅NH₂, ароматический амин. Слабое основание, ядовит, быстро окисляется на воздухе.

Основные свойства (слабее NH₃)

C₆H₅NH₂ + HCl → C₆H₅NH₃Cl

Анилин + HCl = хлорид фениламмония. С сильной кислотой реагирует.

Реакции по кольцу (ориентант I рода)

C₆H₅NH₂ + 3Br₂(водн.) → C₆H₂Br₃NH₂↓ + 3HBr

Анилин + бромная вода = 2,4,6-триброманилин (белый осадок). Качественная реакция на анилин.

C₆H₅NH₂ + HNO₂(разб.) + HCl → C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + 2H₂O

Диазотирование. Образуется соль диазония — используется для синтеза красителей.

АминыПолучение

1. Восстановление нитросоединений (Зинин)

C₆H₅NO₂ + 3(NH₄)₂S → C₆H₅NH₂ + 3S↓ + 6NH₃

Нитробензол + сульфид аммония = анилин + сера + аммиак. Реакция Зинина — промышленный способ.

C₆H₅NO₂ + 3H₂ → C₆H₅NH₂ + 2H₂O (Ni, t°)

Каталитическое гидрирование. Альтернативный способ.

2. Алкилирование аммиака

CH₃Cl + 2NH₃ → CH₃NH₂ + NH₄Cl

Хлорметан + избыток аммиака = метиламин + хлорид аммония.

3. Восстановление нитрилов

R-C≡N + 4[H] → R-CH₂-NH₂

Нитрил восстанавливается до первичного амина.

АминокислотыОпределение и строение

Аминокислоты — органические соединения, содержащие одновременно аминогруппу −NH₂ и карбоксильную группу −COOH.

Общая формула

NH₂-CH(R)-COOH (α-аминокислоты)

Число в белках

20 протеиногенных аминокислот

Свойства

амфотерные — и кислота, и основание

NH₂-CH(CH₂OH)-COOH серин NH₂-CH(CH₂C₆H₅)-COOH фенилаланин HOOC-CH₂-CH₂-CH(NH₂)-COOH глутаминовая кислота

АминокислотыАмфотерность и реакции

Кислотные свойства (−COOH)

NH₂-CH₂-COOH + NaOH → NH₂-CH₂-COONa + H₂O

Глицин + NaOH = натриевая соль глицина + вода.

Основные свойства (−NH₂)

NH₂-CH₂-COOH + HCl → Cl⁻NH₃⁺-CH₂-COOH

Глицин + HCl = хлороводородная соль глицина.

Образование пептидов

NH₂-CH₂-COOH + NH₂-CH₂-COOH → NH₂-CH₂-CO-NH-CH₂-COOH + H₂O

Две аминокислоты соединяются через пептидную связь. Образуется дипептид.

Пептидная связь — группа −CO-NH−. Основа строения белков.

Изоэлектрическая точка: при определённом pH аминокислота существует в виде биполярного иона (цвиттер-иона) — NH₃⁺-CH(R)-COO⁻. Это объясняет её высокую температуру плавления и растворимость.

БелкиСтруктуры белка

Первичная

последовательность аминокислот в цепи (пептидные связи)

Вторичная

α-спираль или β-слой (водородные связи)

Третичная

глобула (дисульфидные S–S, гидрофобные взаимодействия)

Четвертичная

несколько цепей вместе (гемоглобин — 4 цепи)

Денатурация — разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур под действием нагрева, кислот, солей тяжёлых металлов. Первичная структура сохраняется.

БелкиКачественные реакции и гидролиз

Биуретовая: белок + CuSO₄ + NaOH → фиолетовое окрашивание

Качественная на пептидную связь. Фиолетовый цвет.

Ксантопротеиновая: белок + HNO₃(конц.) → жёлтое окрашивание

Реакция на ароматические аминокислоты. Жёлтый цвет, при добавлении NH₃ — оранжевый.

Гидролиз: белок + H₂O → смесь аминокислот (H⁺ или ферменты)

Полный гидролиз белка даёт смесь α-аминокислот.

Нуклеиновые кислотыДНК и РНК

ДНК

дезоксирибонуклеиновая кислота, двойная спираль

РНК

рибонуклеиновая кислота, одноцепочечная

Мономер

нуклеотид

Состав нуклеотида

азотистое основание + углевод + H₃PO₄

Азотистые основания

Пуриновые

аденин (A), гуанин (G)

Пиримидиновые

цитозин (C), тимин (T) — в ДНК; урацил (U) — в РНК

Принцип комплементарности:
A–T (в ДНК), A–U (в РНК), G–C.
Между A–T две водородные связи, между G–C — три.

Структура ДНК (Уотсон и Крик, 1953)

Двойная спираль, две антипараллельные цепи.
Углевод — дезоксирибоза.
Связи A-T (2 H-связи), G-C (3 H-связи).

АТФАденозинтрифосфорная кислота

Состав

аденин + рибоза + 3 H₃PO₄

Роль

универсальный источник энергии в клетке

АТФ + H₂O → АДФ + H₃PO₄ + энергия

Гидролиз АТФ выделяет энергию. Обратный процесс (синтез АТФ) требует энергии.

Связь с органикой: АТФ — нуклеотид по строению. Содержит аденин (пуриновое основание), рибозу и три остатка фосфорной кислоты.

АзотсодержащиеТонкости и ловушки

Анилин слабее аммиака — из-за сопряжения с кольцом.
Алифатические амины сильнее аммиака — за счёт +I эффекта.
Анилин + Br₂(водн.) → белый осадок — качественная реакция.
Аминокислоты амфотерны — реагируют и с кислотами, и со щелочами.
Пептидная связь —CO-NH−, основа белков.
Биуретовая реакция → фиолетовый. Ксантопротеиновая → жёлтый.
Денатурация разрушает вторичную и третичную структуры, но не первичную.
A-T (2 H-связи), G-C (3 H-связи) — важно для биологии.

АзотсодержащиеЧто спросят на ЕГЭ

Задание 6: классификация аминов, аминокислот.
Задание 7: «с чем реагирует анилин / аминокислота».
Задание 8: продукты реакций аминов, диазотирование.
Задание 11: изомерия аминов.
Задание 13: цепочки с аминами, аминокислотами.
Задание 32: превращения азотсодержащих.
Задание 33: определение формулы амина/аминокислоты по продуктам сгорания.

Что важно: азотсодержащие соединения часто дают в задании 33 — при сгорании выделяется N₂, и его массу нужно учитывать отдельно.

РазделЗачем отдельный раздел

ОВР в органике — отдельная история. В неорганике мы работаем с готовыми степенями окисления, а здесь сначала надо посчитать СО углерода, потом составить баланс, потом расставить коэффициенты. Без этого задания 29, 32, 34 по органике не решаются.

Что окисляется

углерод (в органике почти всегда он)

Кем окисляется

KMnO₄, K₂Cr₂O₇, O₂, HNO₃

Где встречается

задания 29, 32, 33, 34

Ключевое правило: органика горит с образованием CO₂ и H₂O. Если есть гетероатомы — они идут в свои оксиды или соединения.

СО углеродаКак считать

Метод: углерод всегда имеет 4 связи. СО = сумма зарядов всех соседей с обратным знаком.

C–C

0 от углерода

C–H

+1 от водорода (значит, на C идёт −1)

C–O (одинарная)

−2 от кислорода

C=O (двойная)

−4 от кислорода

C–N

−3 от азота (если амин)

C–Hal

−1 от галогена

Пример: уксусная кислота CH₃COOH

CH₃: 3 H (+3) + 1 C (0) → C = −3 COOH: 1 C=O (−4) + 1 C–O (−2) + 1 C (0) → C = +3

В уксусной кислоте два углерода с разной СО: −3 и +3. Окисляться будет только тот, что меняет окружение.

СО углеродаСводная таблица

–CH₄ (метан)

−4

–CH₃ (метил)

−3

–CH₂–

−2

=CH₂ (при C=C)

−2

–CH– (связь с 3 C)

−1

=CH– (при C=C)

−1

–CH₂–OH (спирт)

−1

=C= (при C=C, 2 C)

–CH=O (альдегид)

–C(=O)– (кетон)

–COOH (кислота)

–COO– (сложный эфир)

–C≡N (нитрил)

CO₂, карбонаты

+4 (высшая)

Правило: чем больше связей с кислородом, тем выше СО углерода. Чем больше связей с водородом, тем ниже.

ОкислениеАлкены — мягкое vs жёсткое

Мягкое (KMnO₄, 0 °C, водный раствор)

3CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3HO-CH₂-CH₂-OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

Этилен + KMnO₄ (холод) = этиленгликоль + MnO₂↓ + KOH. Двойная связь сохраняется, добавляются OH.

3CH₃-CH=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₃-CH(OH)-CH₂-OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

Пропен + KMnO₄ (холод) = пропандиол-1,2 + MnO₂↓ + KOH.

Жёсткое (KMnO₄ + H₂SO₄, t°)

5CH₃-CH=CH-CH₃ + 8KMnO₄ + 12H₂SO₄ → 10CH₃COOH + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O

Бутен-2 + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + MnSO₄ + K₂SO₄ + вода. Двойная связь рвётся.

ОкислениеАлкины — всегда жёсткое

В отличие от алкенов, у алкинов нет мягкого окисления. Тройная связь рвётся всегда.

CH₃-C≡CH + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Пропин + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + вода.

Правила разрыва:
• C≡C, где C связан с другим C → -COOH
• Концевой =CH → CO₂

Ловушка: даже если условия «мягкие» — алкин всё равно даст кислоту и CO₂. Мягкого окисления у алкинов нет.

Среда меняет побочные продукты

H₂SO₄ (кислая)

MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

H₂O (нейтральная)

MnO₂↓ + KOH

KOH (щелочная)

K₂MnO₄ + H₂O

В нейтральной среде кислота сразу даёт соль: CH₃COOH + KOH → CH₃COOK. Не забудь это в продуктах!

ОкислениеСпирты

Мягкое (CuO, t°)

CH₃-CH₂-OH + CuO → CH₃-CHO + Cu + H₂O

Этанол + CuO = ацетальдегид + Cu + вода. Первичный спирт → альдегид.

CH₃-CH(OH)-CH₃ + CuO → CH₃-CO-CH₃ + Cu + H₂O

Пропанол-2 + CuO = ацетон + Cu + вода. Вторичный спирт → кетон.

Жёсткое (KMnO₄ + H₂SO₄, t°)

5C₂H₅OH + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 11H₂O

Этанол + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + соли + вода. Сразу до кислоты.

Первичный спирт

→ альдегид (мягко) → кислота (жёстко)

Вторичный спирт

→ кетон (мягко). Жёстко — рвётся C-C

Третичный спирт

не окисляется (нет α-H)

ОкислениеАльдегиды и кетоны

Альдегиды — легко окисляются

CH₃-CHO + 2Cu(OH)₂ → CH₃COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O (t°)

Ацетальдегид + Cu(OH)₂ = уксусная кислота + Cu₂O↓ + вода. Мягкое окисление.

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

Серебряное зеркало. Тоже мягкое окисление.

Кетоны — только жёстко

CH₃-CO-CH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + CO₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Ацетон + KMnO₄ + H₂SO₄ = уксусная кислота + CO₂ + соли. Кетон рвётся по C-C.

Ловушка: кетоны НЕ окисляются мягкими окислителями (Cu(OH)₂, Ag₂O). Только жёстко.

ОкислениеАрены и гомологи

Бензол не окисляется. Только гомологи — по α-углероду боковой цепи.

C₆H₅-CH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → C₆H₅-COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Толуол + KMnO₄ + H₂SO₄ = бензойная кислота + соли + вода. Метил окисляется до COOH.

C₆H₅-CH₂-CH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → C₆H₅-COOH + CO₂ + ...

Этилбензол = бензойная кислота + CO₂. Вся боковая цепь «сгорает» до COOH, лишний углерод — в CO₂.

Правило: гомолог бензола с α-H → бензойная кислота. Если α-H нет (трет-бутилбензол) — окисления нет.

Нейтральная среда — соль: C₆H₅-COOH + KOH → C₆H₅-COOK. Не забудь!

ГорениеОрганика с гетероатомами

Органика горит с образованием оксидов всех элементов. Важно, куда идёт каждый гетероатом.

→ CO₂

→ H₂O

→ N₂ (простое вещество)

→ SO₂

→ HCl

→ HBr (или Br₂)

→ P₂O₅

Примеры

C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

Бутан горит до CO₂ и H₂O. Классика.

C₂H₅NH₂ + 15/4 O₂ → 2CO₂ + 7/2 H₂O + ½ N₂

Этиламин = CO₂ + H₂O + N₂. Азот уходит простым веществом.

C₂H₅SH + 9/2 O₂ → 2CO₂ + 3H₂O + SO₂

Этантиол = CO₂ + H₂O + SO₂. Сера идёт в SO₂.

CH₃Cl + 3/2 O₂ → CO₂ + H₂O + HCl

Хлорметан = CO₂ + H₂O + HCl. Хлор — в HCl.

БалансЭлектронный баланс с органикой

Алгоритм такой же, как в неорганике, но сначала считаем СО углерода.

Пример: окисление этанола до уксусной кислоты

C₂H₅OH + KMnO₄ + H₂SO₄ → CH₃COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Шаг 1. СО углерода в этаноле и в кислоте

C₂H₅OH: CH₃ (−3) и CH₂-OH (−1) CH₃COOH: CH₃ (−3) и COOH (+3)

Меняется только углерод при OH: −1 → +3, отдаёт 4 e⁻.

Шаг 2. Электронный баланс

C⁻¹ − 4e⁻ → C⁺³ | ×5 Mn⁺⁷ + 5e⁻ → Mn⁺² | ×4 НОК(4, 5) = 20

Шаг 3. Расставляем коэффициенты

5C₂H₅OH + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 11H₂O

Проверка: посчитай атомы H и O слева и справа. Должны сойтись.

ТонкостиЧто важно в ОВР с органикой

СО углерода — основа. Без неё не составишь баланс.
Мягкое окисление алкенов → диол. Жёсткое → кислота + CO₂.
У алкинов мягкого нет — всегда кислота и CO₂.
Первичный спирт → альдегид → кислота. Вторичный → кетон. Третичный — не окисляется.
Альдегиды окисляются мягко. Кетоны — только жёстко.
Бензол не окисляется. Только гомологи — до бензойной кислоты.
Горение с гетероатомами: N → N₂, S → SO₂, Cl → HCl.
В нейтральной/щелочной среде кислота даёт соль. Не оставляй её в продуктах.

Что спросят: задания 29, 32, 33, 34. В 29 — составить ОВР. В 32 — провести через цепочку. В 33 и 34 — по продуктам сгорания найти формулу.

РазделЗачем нужны именные реакции

Именные реакции — «визитные карточки» органической химии. В цепочках (задание 32) часто дают не реагент, а название реакции — и надо понять, что делать. Если не знать имён, цепочка не решается.

Где встречаются

задания 13, 32, 33

Сколько знать

17 базовых на 90+

Главные

Кучеров, Зелинский, Вагнер, Зинин, Лебедев, Коновалов

Для 90+: важно знать не только уравнение, но и условия (катализатор, температура) и область применения.

1. КоноваловНитрование алканов

Что это

нитрование алканов разб. HNO₃

Условия

разб. HNO₃, t ≈ 140 °C

Механизм

свободнорадикальный (SR)

CH₃-CH₂-CH₃ + HNO₃(разб.) → CH₃-CH(NO₂)-CH₃ + H₂O

Пропан + разб. азотная кислота = 2-нитропропан + вода. NO₂ идёт к вторичному углероду.

Селективность: NO₂ идёт к наименее гидрированному углероду: третичный > вторичный > первичный.

Ловушка: нужна именно разбавленная HNO₃. Концентрированная пойдёт по пути окисления.

2. ВюрцСинтез алканов

Что это

получение симметричных алканов

Реагенты

галогеналкан + Na

Условия

нагревание

2CH₃Cl + 2Na → CH₃-CH₃ + 2NaCl (t°)

2 хлорметана + натрий = этан + хлорид натрия. Удлинение цепи.

2C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaBr (t°)

2 бромэтана + натрий = бутан + бромид натрия.

Можно брать 2 разных галогеналкана — получится смесь продуктов. В ЕГЭ обычно просят один определённый.

3. Вюрц-ФиттигСинтез алкилбензолов

Что это

получение алкилбензолов

Реагенты

галогенарен + галогеналкан + Na

Условия

инертный растворитель (эфир), t°

C₆H₅Cl + CH₃Cl + 2Na → C₆H₅-CH₃ + 2NaCl (t°)

Хлорбензол + хлорметан + натрий = толуол + хлорид натрия.

Не путать с обычной реакцией Вюрца: там два галогеналкана. Здесь один — ароматический.

4. ДюмаДекарбоксилирование солей

Что это

получение алкана из соли карбоновой кислоты

Реагенты

R-COONa + NaOH(тв.)

Условия

сплавление, t°

CH₃COONa + NaOH(тв.) → CH₄↑ + Na₂CO₃ (t°)

Ацетат натрия + твёрдый NaOH = метан + карбонат натрия. Алкан на 1 углерод меньше, чем в кислоте.

Логика: из Cₙ-кислоты получаем Cₙ₋₁-алкан. Из уксусной (C₂) — метан (C₁).

Обязательно: щёлочь твёрдая, не раствор.

5. КольбеЭлектролиз солей

Что это

электролиз солей карбоновых кислот

Продукты

алкан (R-R), CO₂, H₂, щёлочь

2CH₃COONa + 2H₂O → C₂H₆ + 2CO₂ + H₂ + 2NaOH (эл-з)

Электролиз ацетата натрия = этан + CO₂ + водород + гидроксид натрия. На аноде радикалы CH₃• соединяются в этан.

Отличие от Дюма: Дюма — сплавление с щёлочью, Кольбе — электролиз. Продукты разные!

6. КучеровГидратация алкинов

Что это

гидратация алкинов до альдегидов/кетонов

Условия

H₂SO₄(разб.) + HgSO₄, t°

Механизм

через енол → альдегид/кетон

HC≡CH + H₂O → CH₃-CHO (HgSO₄, H₂SO₄)

Ацетилен + вода = ацетальдегид. Ацетилен даёт альдегид.

CH₃-C≡CH + H₂O → CH₃-CO-CH₃ (HgSO₄, H₂SO₄)

Пропин + вода = ацетон. Гомологи дают кетоны.

Правило Кучерова:
• HC≡CH (ацетилен) → альдегид
• R-C≡CH (гомолог) → кетон

7. ЗелинскийТримеризация ацетилена

Что это

тримеризация ацетилена в бензол

Условия

t°, C(акт.)

3HC≡CH → C₆H₆ (t°, C акт.)

Ацетилен = бензол. Три молекулы замыкаются в кольцо.

3CH₃-C≡CH → C₆H₃(CH₃)₃ (t°, C акт.)

Пропин = 1,3,5-триметилбензол. Метильные группы встают через один углерод кольца.

Отличие от Бертло: Бертло — 600 °C без катализатора, Зелинский — t° + C(акт.). Продукт один и тот же.

8. ВагнерМягкое окисление алкенов

Что это

мягкое окисление алкенов до диолов

Условия

KMnO₄(водн.), 0 °C (на холоду)

Продукт

диол (двухатомный спирт)

3CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3HO-CH₂-CH₂-OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

Этилен + KMnO₄ (холод) = этиленгликоль + MnO₂↓ + KOH. Двойная связь сохраняется, добавляются OH.

3CH₃-CH=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₃-CH(OH)-CH₂-OH + 2MnO₂↓ + 2KOH

Пропен + KMnO₄ (холод) = пропандиол-1,2 + MnO₂↓ + KOH.

Признак: обесцвечивание KMnO₄, бурый осадок MnO₂. Качественная реакция на C=C.

Ловушка: только на холоду. При нагреве и H₂SO₄ пойдёт жёсткое окисление до кислот.

9. ЛебедевСинтез бутадиена

Что это

получение бутадиена-1,3 из этанола

Условия

ZnO/Al₂O₃, ~500 °C

2C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂ (ZnO/Al₂O₃, 500 °C)

2 этанола = бутадиен-1,3 + вода + водород. Промышленный синтез каучука.

Значение: дивинил → полибутадиеновый каучук.

10. ГуставсонПолучение циклоалканов

Что это

получение циклоалканов из дигалогеналканов

Реагенты

дигалогеналкан + Zn

Условия

t°

ClCH₂-CH₂-CH₂-CH₂Cl + Zn → C₄H₈ + ZnCl₂ (t°)

1,4-дихлорбутан + цинк = циклобутан + хлорид цинка. Цикл замыкается.

Ловушка: если галогены на концах цепи — получится циклоалкан. Если ближе — алкен.

11. ВильямсонСинтез простых эфиров

Что это

получение простых эфиров

Реагенты

алкоголят + галогеналкан

C₂H₅ONa + C₂H₅I → C₂H₅-O-C₂H₅ + NaI

Этилат натрия + иодэтан = диэтиловый эфир + иодид натрия.

Логика: алкоголят — нуклеофил, галогеналкан — электрофил. Реакция нуклеофильного замещения.

12. ЗининВосстановление нитробензола

Что это

восстановление нитробензола → анилин

Реагенты

C₆H₅NO₂ + (NH₄)₂S (или H₂/Ni)

C₆H₅NO₂ + 3(NH₄)₂S → C₆H₅NH₂ + 3S↓ + 6NH₃

Нитробензол + сульфид аммония = анилин + сера + аммиак. Промышленный способ получения анилина.

Значение: анилин — основа для красителей и лекарств.

13. Фридель-КрафтсАлкилирование аренов

Что это

алкилирование аренов

Реагенты

ArH + R-Hal

Катализатор

AlCl₃ (кислота Льюиса)

C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅-CH₃ + HCl (AlCl₃)

Бензол + хлорметан = толуол + HCl. Катализатор — AlCl₃.

Механизм: электрофильное замещение (SE). AlCl₃ поляризует R-Hal, создавая электрофил R⁺.

14. Фридель-КрафтсАцилирование аренов

Что это

ацилирование аренов

Реагенты

ArH + R-COCl (ацилхлорид)

Катализатор

AlCl₃

C₆H₆ + CH₃COCl → C₆H₅-CO-CH₃ + HCl (AlCl₃)

Бензол + ацетилхлорид = ацетофенон + HCl. Продукт — кетон.

Логика: ацилирование предпочтительнее алкилирования, потому что не идёт полизамещение.

15. Кольбе-ШмидтКарбоксилирование фенола

Что это

карбоксилирование фенола

Реагенты

фенолят натрия + CO₂

Условия

давление, t°

C₆H₅ONa + CO₂ → HO-C₆H₄-COONa (p, t°) → HO-C₆H₄-COOH (H⁺)

Фенолят натрия + CO₂ = салицилат натрия → салициловая кислота. 2-гидроксибензойная кислота.

Значение: салициловая кислота → аспирин (ацетилсалициловая кислота).

16. КирхгофГидролиз крахмала

Что это

гидролиз крахмала до глюкозы

Условия

разб. H₂SO₄, t°

(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H₂SO₄, t°)

Крахмал + вода = глюкоза. Кислотный гидролиз полимера.

Логика: крахмал — полимер, при гидролизе распадается на мономеры — глюкозу.

17. БертлоПолимеризация ацетилена

Что это

полимеризация ацетилена в бензол

Условия

t ≈ 600 °C, без катализатора

3HC≡CH → C₆H₆ (600 °C)

Ацетилен = бензол. Бертло получил бензол из ацетилена в 1866 г.

Сравни с Зелинским: Бертло — 600 °C без катализатора. Зелинский — t° + C(акт.). Продукт один и тот же.

ПрактикаНазови реакцию по уравнению

1. 2CH₃Br + 2Na → CH₃-CH₃ + 2NaBr

2. CH₃-C≡CH + H₂O → CH₃-CO-CH₃ (HgSO₄, H₂SO₄)

3. 3HC≡CH → C₆H₆ (t°, C акт.)

4. CH₃COONa + NaOH(тв.) → CH₄↑ + Na₂CO₃

5. CH₂=CH₂ + KMnO₄ + H₂O (0 °C) → HO-CH₂-CH₂-OH

6. C₆H₅NO₂ + (NH₄)₂S → C₆H₅NH₂ + 3S↓ + 6NH₃

7. C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅-CH₃ + HCl (AlCl₃)

8. 2C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂ (ZnO/Al₂O₃, 500 °C)

ТонкостиЧто важно помнить

Кучеров: ацетилен → альдегид, гомологи → кетон. Через енол!
Зелинский vs Бертло: разные условия, одинаковый продукт.
Вагнер: только на холоду, даёт диол.
Дюма vs Кольбе: сплавление vs электролиз, разные продукты.
Вюрц vs Вюрц-Фиттиг: два галогеналкана vs галогенарен + галогеналкан.
Зинин: восстановление нитробензола → анилин.
Фридель-Крафтс: алкилирование и ацилирование, катализатор AlCl₃.
Густавсон: Zn + дигалогеналкан (галогены на концах) → циклоалкан.

Что спросят: в задании 32 цепочки часто дают не реагент, а имя реакции. Знание именных реакций = решённая цепочка.

РазделЗачем нужна генетическая связь

Все классы органики связаны между собой. Если видеть эту связь — цепочки в задании 32 решаются автоматически. Ты просто идёшь по стрелкам: знаешь, из чего что получается.

Главная идея

углеводороды → функциональные производные → обратно

Что даёт

понимание, как из одного вещества получить другое

Где нужно

задание 32 (цепочки) и 33 (определение формулы)

Для 90+: цепочка — это не заучивание. Это логика: «если есть спирт → можно получить альдегид → из него кислоту → из неё эфир». Зная схему, ты соберёшь любую цепочку.

Главная схемаУглеводороды → производные

АЛКАН → АЛКЕН → СПИРТ → АЛЬДЕГИД → КИСЛОТА → СЛОЖНЫЙ ЭФИР ↓ ↓ АРЕН → ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНОЕ → АМИН

Две основные цепочки: через алкены и через арены. Все остальные схемы — производные от них.

Схема 1Алканы → алкены → спирты → карбонилы

CH₄ → C₂H₂ → CH₃CHO → CH₃COOH → CH₃COOC₂H₅

Метан → ацетилен → ацетальдегид → уксусная кислота → этилацетат. Классическая цепочка через ацетилен.

CH₄ → C₂H₂

пиролиз, 1200 °C

C₂H₂ → CH₃CHO

Кучеров: HgSO₄ + H₂SO₄, H₂O

CH₃CHO → CH₃COOH

окисление: O₂ кат. или Cu(OH)₂

CH₃COOH → CH₃COOC₂H₅

этерификация: C₂H₅OH, H₂SO₄, t°

Схема 2Алкены → спирты → альдегиды → кислоты

C₂H₄ → C₂H₅OH → CH₃CHO → CH₃COOH → CH₃COONa → CH₄

Этилен → этанол → ацетальдегид → уксусная кислота → ацетат натрия → метан. Классическая цепочка через этанол.

C₂H₄ → C₂H₅OH

гидратация: H₃PO₄, t°

C₂H₅OH → CH₃CHO

окисление: CuO, t°

CH₃CHO → CH₃COOH

окисление: O₂, кат.

CH₃COOH → CH₃COONa

+ NaOH

CH₃COONa → CH₄

Дюма: NaOH(тв.), t°

Два ключевых перехода:
• Спирт → альдегид: CuO, t° (или K₂Cr₂O₇)
• Альдегид → кислота: O₂, кат. (или Cu(OH)₂, Ag₂O)

Схема 3Алкены → галогеналканы → спирты → обратно

C₂H₄ → C₂H₅Br → C₂H₅OH → C₂H₄

Этилен → бромэтан → этанол → снова этилен. Круговорот через галогенпроизводное.

C₂H₄ → C₂H₅Br

+ HBr (AE, Марковников)

C₂H₅Br → C₂H₅OH

+ NaOH(водн.) — SN

C₂H₅OH → C₂H₄

H₂SO₄ конц., t > 140 °C — E

Ключевое правило: KOH(водн.) → спирт, KOH(спирт.) → алкен. Это регулирует направление.

Схема 4Арены → фенолы → красители

C₆H₆ → C₆H₅CH₃ → C₆H₅COOH → C₆H₅COONa → C₆H₆

Бензол → толуол → бензойная кислота → бензоат натрия → снова бензол. Цикл через окисление и декарбоксилирование.

C₆H₆ → C₆H₅CH₃

Фридель-Крафтс: CH₃Cl, AlCl₃

C₆H₅CH₃ → C₆H₅COOH

KMnO₄, H⁺, t°

C₆H₅COOH → C₆H₅COONa

+ NaOH или NaHCO₃

C₆H₅COONa → C₆H₆

NaOH(тв.), t° — Дюма

Схема 5Через ацетилен и бензол

CaC₂ → C₂H₂ → C₆H₆ → C₆H₅Cl → C₆H₅OH → C₆H₂Br₃OH

Карбид → ацетилен → бензол → хлорбензол → фенол → трибромфенол. Промышленная цепочка.

CaC₂ → C₂H₂

+ H₂O

C₂H₂ → C₆H₆

Зелинский: t°, C акт.

C₆H₆ → C₆H₅Cl

+ Cl₂, кат. (FeCl₃)

C₆H₅Cl → C₆H₅OH

+ NaOH, t°, p

C₆H₅OH → C₆H₂Br₃OH

+ 3Br₂(водн.)

Схема 6Через азотсодержащие

CH₄ → CH₃NO₂ → CH₃NH₂ → CH₃NH₃Cl → CH₃NH₂

Метан → нитрометан → метиламин → хлорид метиламмония → снова метиламин. Цикл через нитрование и восстановление.

CH₄ → CH₃NO₂

Коновалов: HNO₃(разб.), t°

CH₃NO₂ → CH₃NH₂

восстановление: H₂/Ni или Zn/HCl

CH₃NH₂ → CH₃NH₃Cl

+ HCl

CH₃NH₃Cl → CH₃NH₂

+ NaOH

Схема 7Углеводы

(C₆H₁₀O₅)ₙ → C₆H₁₂O₆ → C₂H₅OH → C₂H₄ → полиэтилен

Крахмал → глюкоза → этанол → этилен → полиэтилен. От природного сырья до полимера.

Крахмал → глюкоза

гидролиз: H₂SO₄, t° (Кирхгоф)

Глюкоза → этанол

брожение: дрожжи

Этанол → этилен

H₂SO₄ конц., t > 140 °C

Этилен → полиэтилен

полимеризация: кат., t°, p

Схема 8Жиры и мыла

Жир → глицерин + мыло Масло → маргарин (гидрирование)

Жир + NaOH = глицерин + соли жирных кислот (мыла). Масло + H₂ = твёрдый жир.

Жир → мыло

щелочной гидролиз (омыление)

Масло → маргарин

Ni, H₂, t°

Жирные кислоты → мыла

+ NaOH

МостикиКлючевые переходы между классами

Вот «переходники», которые чаще всего встречаются в цепочках. Их надо знать наизусть.

Алкан → алкен

дегидрирование: Pt, t° (или крекинг)

Алкен → алкан

гидрирование: H₂, Ni, t°

Алкен → спирт

гидратация: H₃PO₄, t°

Спирт → алкен

дегидратация: H₂SO₄, t > 140 °C

Спирт → альдегид

CuO, t° (первичный)

Спирт → кетон

CuO, t° (вторичный)

Альдегид → кислота

O₂, кат. (или Cu(OH)₂, Ag₂O)

Кислота → эфир

+ R-OH, H₂SO₄, t°

Эфир → кислота + спирт

гидролиз: H₂O, H⁺

Алкен → галогеналкан

+ HBr (AE)

Галогеналкан → спирт

+ NaOH(водн.) — SN

Галогеналкан → алкен

+ KOH(спирт.) — E

Арен → гомолог

Фридель-Крафтс

Гомолог арена → кислота

KMnO₄, H⁺, t°

Нитро → амин

восстановление (Зинин)

Амин → соль аммония

+ HCl

АлгоритмКак строить цепочку

Посмотри на начало и конец цепочки. Что дано, что нужно получить.
Разбей на шаги. Сколько стрелок — столько реакций.
Определи класс каждого вещества. Алкан? Спирт? Кислота?
Найди подходящий переход по таблице мостиков выше.
Подбери реагенты и условия. Не забудь катализатор и температуру.
Проверь баланс по C, H, O. Число атомов не должно теряться.

Совет: если цепочка «не идёт» — попробуй обратный ход. От конца к началу часто виднее.

ПримерРазбор цепочки

Цепочка: C₂H₅OH → C₂H₄ → C₂H₅Br → C₂H₅OH → CH₃CHO → CH₃COOH

Шаг 1. C₂H₅OH → C₂H₄

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O (H₂SO₄ конц., t > 140 °C)

Внутримолекулярная дегидратация.

Шаг 2. C₂H₄ → C₂H₅Br

C₂H₄ + HBr → C₂H₅Br

Присоединение HBr по Марковникову. Для этилена всё равно, куда идёт.

Шаг 3. C₂H₅Br → C₂H₅OH

C₂H₅Br + NaOH(водн.) → C₂H₅OH + NaBr

Гидролиз в водном растворе щёлочи. SN-механизм.

Шаг 4. C₂H₅OH → CH₃CHO

C₂H₅OH + CuO → CH₃CHO + Cu + H₂O (t°)

Окисление первичного спирта.

Шаг 5. CH₃CHO → CH₃COOH

2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH (кат.)

Окисление альдегида до кислоты.

Итог: из этанола получили уксусную кислоту через 5 реакций. Обрати внимание, как «крутится» молекула — сначала теряем OH, потом возвращаем, потом окисляем.

ИтогЧто важно запомнить из раздела

Главная схема: алкан → алкен → спирт → альдегид → кислота → эфир.
Мостики — знать наизусть. Без них цепочка не решается.
KOH(водн.) vs KOH(спирт.) — регулируют направление реакции.
Окисление спиртов: первичный → альдегид, вторичный → кетон, третичный — нет.
Арены → бензойная кислота только через гомологи.
Зинин — нитробензол → анилин.
Обратный ход цепочки помогает, если прямой не виден.

Что спросят: задание 32 (цепочки). Часто дают 4–5 стрелок. Зная схему и мостики, решаешь за 5–7 минут.

РазделЧто вас ждёт в этом разделе

Три справочника, которые нужны для заданий 8, 11, 13, 32, 33:

Тривиальные названия — как в ЕГЭ называют вещества (толуол, стирол, ацетон, глицерин).
Качественные реакции — что с чем реагирует и по какому признаку определяют.
Номенклатура ИЮПАК — как называть вещества по правилам.

Совет: распечатай эту страницу. Тривиальные названия и качественные реакции запоминаются визуально.

Тривиальные · УглеводородыАлкены, алкины, арены

Этилен

CH₂=CH₂ — этен

Пропилен

CH₂=CH-CH₃ — пропен

Ацетилен

HC≡CH — этин

Дивинил

CH₂=CH-CH=CH₂ — бутадиен-1,3

Изопрен

CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ — 2-метилбутадиен-1,3

Хлоропрен

CH₂=C(Cl)-CH=CH₂ — 2-хлорбутадиен-1,3

Винилацетилен

CH₂=CH-C≡CH

Толуол

C₆H₅-CH₃ — метилбензол

Стирол

C₆H₅-CH=CH₂ — винилбензол

Кумол

C₆H₅-CH(CH₃)₂ — изопропилбензол

Ксилол

C₆H₄(CH₃)₂ — диметилбензол (орто-, мета-, пара-)

Тривиальные · КислородсодержащиеСпирты, фенолы, карбонилы

Метанол

CH₃OH — древесный спирт

Этанол

C₂H₅OH — винный спирт

Этиленгликоль

HO-CH₂-CH₂-OH — этандиол-1,2

Глицерин

HO-CH₂-CH(OH)-CH₂-OH — пропантриол-1,2,3

Фенол

C₆H₅OH — карболовая кислота

Формальдегид

HCHO — метаналь

Ацетальдегид

CH₃CHO — этаналь

Ацетон

CH₃-CO-CH₃ — пропанон

Бензальдегид

C₆H₅-CHO

Ацетофенон

C₆H₅-CO-CH₃ — метилфенилкетон

Тривиальные · КислотыКарбоновые кислоты

Муравьиная

HCOOH — метановая

Уксусная

CH₃COOH — этановая

Пропионовая

C₂H₅COOH — пропановая

Масляная

C₃H₇COOH — бутановая

Валериановая

C₄H₉COOH — пентановая

Капроновая

C₅H₁₁COOH — гексановая

Щавелевая

HOOC-COOH — этандиовая

Малоновая

HOOC-CH₂-COOH — пропандиовая

Янтарная

HOOC-(CH₂)₂-COOH — бутандиовая

Адипиновая

HOOC-(CH₂)₄-COOH — гександиовая

Акриловая

CH₂=CH-COOH — пропеновая

Олеиновая

C₁₇H₃₃COOH — непредельная C18:1

Пальмитиновая

C₁₅H₃₁COOH — предельная C16:0

Стеариновая

C₁₇H₃₅COOH — предельная C18:0

Молочная

CH₃-CH(OH)-COOH — 2-гидроксипропановая

Лимонная

HOOC-CH₂-C(OH)(COOH)-CH₂-COOH

Бензойная

C₆H₅COOH

Салициловая

о-HO-C₆H₄-COOH — 2-гидроксибензойная

Пикриновая

2,4,6-тринитрофенол

Аспирин

ацетилсалициловая кислота

Тривиальные · БиохимияУглеводы, аминокислоты, полимеры

Глюкоза

C₆H₁₂O₆ — виноградный сахар, альдегидоспирт

Фруктоза

C₆H₁₂O₆ — фруктовый сахар, кетоспирт

Сахароза

C₁₂H₂₂O₁₁ — свекловичный или тростниковый сахар

Мальтоза

C₁₂H₂₂O₁₁ — солодовый сахар

Лактоза

C₁₂H₂₂O₁₁ — молочный сахар

Крахмал

(C₆H₁₀O₅)ₙ — α-форма глюкозы

Целлюлоза

(C₆H₁₀O₅)ₙ — β-форма глюкозы

Глицин

NH₂-CH₂-COOH

Аланин

NH₂-CH(CH₃)-COOH

Серин

NH₂-CH(CH₂OH)-COOH

Фенилаланин

NH₂-CH(CH₂C₆H₅)-COOH

Анилин

C₆H₅NH₂ — фениламин

Тривиальные · ПолимерыМатериалы и волокна

Полиэтилен

(−CH₂-CH₂−)ₙ — из этилена, упаковка

Полипропилен

(−CH(CH₃)-CH₂−)ₙ — трубы, контейнеры

ПВХ

поливинилхлорид — изоляция, трубы

Полистирол

из стирола — пенопласт, упаковка

Тефлон

политетрафторэтилен (ПТФЭ) — антипригарное покрытие

Каучук

полимер изопрена или бутадиена

Капрон

полиамидное волокно (поликонденсация)

Лавсан

полиэфирное волокно (поликонденсация)

Ацетатный шёлк

ацетилцеллюлоза

Нитроцеллюлоза

нитрат целлюлозы, бездымный порох

Качественные · УглеводородыКратные связи

Бромная вода

обесцвечивание — на C=C и C≡C (алкены, алкины, алкадиены)

KMnO₄(водн.)

обесцвечивание — на C=C и C≡C, на холоду

Аммиачный Ag₂O

жёлто-серый осадок — на терминальные алкины (≡CH)

Аммиачный Cu₂O

красно-коричневый осадок — на терминальные алкины

Бензол НЕ обесцвечивает бромную воду — это отличает арены от алкенов и алкинов.

Качественные · СпиртыОдноатомные и многоатомные

Na (металл)

выделение H₂ — на OH (спирты, фенолы, кислоты)

Cu(OH)₂

ярко-синий раствор — на многоатомные спирты (глицерин, этиленгликоль, глюкоза)

CuO, t°

медь (красный налёт) + альдегид/кетон — на спирты

Одноатомные спирты с Cu(OH)₂ не реагируют — только многоатомные.

Качественные · Фенолы и кислотыСпецифические

FeCl₃ (фенол)

фиолетовое окрашивание

Br₂(водн.) (фенол)

белый осадок 2,4,6-трибромфенола

NaHCO₃ (кислота)

выделение CO₂ — на карбоновые кислоты

Лакмус (кислота)

красный цвет

Как отличить фенол от кислоты: кислота даёт CO₂ с NaHCO₃, фенол — нет (угольная кислота сильнее фенола).

Качественные · КарбонилыАльдегиды vs кетоны

Ag₂O (аммиачн.)

серебряное зеркало — только альдегиды

Cu(OH)₂, t°

кирпично-красный Cu₂O — только альдегиды

NaHSO₃

белый кристаллический осадок — альдегиды и кетоны

Кетоны НЕ дают реакцию серебряного зеркала и не реагируют с Cu(OH)₂ как альдегиды. Это ключ к заданию 33.

HCOOH (муравьиная кислота) даёт реакцию серебряного зеркала — у неё есть альдегидная группа. Это уникально!

Качественные · УглеводыГлюкоза, сахароза, крахмал

Глюкоза + Cu(OH)₂

синий раствор (без нагрева) — многоатомный спирт

Глюкоза + Cu(OH)₂, t°

красный Cu₂O — альдегид

Глюкоза + Ag₂O

серебряное зеркало — альдегид

Сахароза + Ag₂O

НЕ реагирует — невосстанавливающий сахар

Крахмал + I₂

синее окрашивание

Различие сахаров: глюкоза, мальтоза, лактоза — восстанавливающие. Сахароза — нет (только после гидролиза).

Качественные · АзотАмины и белки

Анилин + Br₂(водн.)

белый осадок 2,4,6-триброманилина

Амины + HCl

образование соли аммония (дым)

NH₄⁺ + NaOH, t°

запах аммиака, синяя лакмусовая бумажка

Белок + CuSO₄ + NaOH

биуретовая: фиолетовое окрашивание

Белок + HNO₃(конц.)

ксантопротеиновая: жёлтое окрашивание

НоменклатураПравила ИЮПАК

Алканы

Выбираем самую длинную цепь.
Нумеруем с того конца, где ближе заместитель.
Перечисляем заместители по алфавиту с номерами.
Суффикс — -ан.

Алкены и алкины

Главная цепь содержит кратную связь.
Нумерация — с того конца, где кратная связь ближе.
Суффикс — -ен или -ин с номером.

Спирты, альдегиды, кислоты

Главная цепь содержит функциональную группу.
Нумерация — с того конца, где группа ближе.
Суффикс: -ол (спирты), -аль (альдегиды), -овая кислота.

Приоритет групп: COOH > CHO > C=O (кетон) > OH > C=C > C≡C > Hal.

НоменклатураРадикалы и приставки

Метил

–CH₃

Этил

–C₂H₅

Пропил

–C₃H₇

Изопропил

–CH(CH₃)₂

Фенил

–C₆H₅

Бензил

–CH₂-C₆H₅

Винил

–CH=CH₂

Аллил

–CH₂-CH=CH₂

Приставки для числа групп

ди-

три-

тетра-

Не путай: фенил (–C₆H₅) и бензил (–CH₂-C₆H₅) — разные радикалы!

ТонкостиЧто важно помнить

Бензол не обесцвечивает бромную воду и не окисляется KMnO₄.
Только терминальные алкины дают ацетилениды с Ag₂O.
Многоатомные спирты реагируют с Cu(OH)₂, одноатомные — нет.
Фенол с NaHCO₃ не реагирует — угольная кислота сильнее.
Кетоны не дают Ag-зеркало и Cu₂O↓ — только альдегиды.
HCOOH — единственная кислота, дающая Ag-зеркало.
Сахароза — невосстанавливающий сахар. Мальтоза, лактоза, глюкоза — да.
Крахмал с I₂ — синий, целлюлоза — нет.
Анилин с Br₂(водн.) даёт белый осадок.
Фенил ≠ бензил, винил ≠ аллил.

Что спросят: задания 8, 13, 32, 33. Тривиальные названия встречаются в цепочках. Качественные реакции — в определении веществ.

ОпределениеЧто такое задание 32

Задание 32 — цепочка превращений по органике. Дано 4–5 стрелок, надо написать уравнения реакций для каждой.

Формат

4–5 уравнений реакций

Баллы

до 5 первичных баллов

Что проверяют

знание классов, реакций, условий, именных реакций

Для 90+: задание 32 — «сборное». Оно проверяет сразу всё: свойства классов, механизмы, генетическую связь, условия реакций. Если что-то не знаешь — теряешь балл.

АлгоритмКак решать цепочку

Прочитай цепочку. Посмотри, что дано в начале и что нужно получить в конце.
Определи класс каждого вещества. Алкан, спирт, кислота?
Найди подходящий переход между соседними веществами. Используй таблицу мостиков.
Подбери реагенты и условия. Не забудь катализатор и температуру.
Напиши уравнение. Расставь коэффициенты.
Проверь баланс по C, H, O. Атомы не должны теряться.
Проверь, что продукт подходит для следующего шага. Иногда выбор продукта определяется тем, что идёт дальше.

Совет: если цепочка «не идёт» — попробуй обратный ход. От конца к началу часто виднее.

ПравилаЧто важно помнить

Условия обязательны. Если не указать катализатор или температуру — балл снимут.
Не забывай про воду и CO₂ в продуктах. Они часто «теряются».
КOH(водн.) vs KOH(спирт.) — регулирует направление. Всегда смотри, какой раствор.
Именные реакции — узнавай по названию. Кучеров, Зелинский, Вагнер, Зинин.
Продукт должен «стыковаться» со следующим шагом. Если не стыкуется — ищи ошибку раньше.

Пример 1Через этанол

Цепочка: CH₄ → C₂H₂ → CH₃CHO → C₂H₅OH → C₂H₄ → полиэтилен

Шаг 1. CH₄ → C₂H₂

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (1200 °C)

Пиролиз метана. Нужна высокая температура.

Шаг 2. C₂H₂ → CH₃CHO

C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO (HgSO₄, H₂SO₄)

Реакция Кучерова. Ацетилен даёт альдегид.

Шаг 3. CH₃CHO → C₂H₅OH

CH₃CHO + H₂ → C₂H₅OH (Ni, t°)

Восстановление альдегида. Получаем первичный спирт.

Шаг 4. C₂H₅OH → C₂H₄

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O (H₂SO₄ конц., t > 140 °C)

Внутримолекулярная дегидратация. Спирт → алкен.

Шаг 5. C₂H₄ → полиэтилен

nC₂H₄ → (−CH₂-CH₂−)ₙ (кат., t°, p)

Полимеризация этилена.

Итог: 5 реакций, задействованы 4 разных механизма (пиролиз, Кучеров, восстановление, дегидратация) и полимеризация.

Пример 2С ароматикой

Цепочка: C₆H₆ → C₆H₅CH₃ → C₆H₅COOH → C₆H₅COONa → C₆H₆

Шаг 1. C₆H₆ → C₆H₅CH₃

C₆H₆ + CH₃Cl → C₆H₅CH₃ + HCl (AlCl₃)

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу. Катализатор AlCl₃.

Шаг 2. C₆H₅CH₃ → C₆H₅COOH

C₆H₅CH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → C₆H₅COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Окисление гомолога бензола. Метильная группа → карбоксильная.

Шаг 3. C₆H₅COOH → C₆H₅COONa

C₆H₅COOH + NaOH → C₆H₅COONa + H₂O

Нейтрализация кислоты щёлочью.

Шаг 4. C₆H₅COONa → C₆H₆

C₆H₅COONa + NaOH(тв.) → C₆H₆ + Na₂CO₃ (t°)

Реакция Дюма. Сплавление соли с твёрдой щёлочью.

Ловушка: в шаге 4 щёлочь должна быть твёрдой, не раствором. Иначе не пойдёт.

Пример 3Через спирты и альдегиды

Цепочка: C₂H₄ → C₂H₅OH → CH₃CHO → CH₃COOH → CH₃COOCH₃

Шаг 1. C₂H₄ → C₂H₅OH

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH (H₃PO₄, t°)

Гидратация этилена.

Шаг 2. C₂H₅OH → CH₃CHO

C₂H₅OH + CuO → CH₃CHO + Cu + H₂O (t°)

Окисление первичного спирта до альдегида.

Шаг 3. CH₃CHO → CH₃COOH

2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH (кат.)

Окисление альдегида до кислоты.

Шаг 4. CH₃COOH → CH₃COOCH₃

CH₃COOH + CH₃OH → CH₃COOCH₃ + H₂O (H₂SO₄, t°)

Этерификация. Метилацетат.

Ключевая логика: спирт → альдегид → кислота → эфир. Это классическая «лестница окисления» углерода.

Пример 4С галогеналканами

Цепочка: C₂H₅OH → C₂H₅Br → C₂H₄ → C₂H₅OH → CH₃COOH

Шаг 1. C₂H₅OH → C₂H₅Br

C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O (t°)

Замещение OH на Br.

Шаг 2. C₂H₅Br → C₂H₄

C₂H₅Br + KOH(спирт.) → C₂H₄ + KBr + H₂O

Дегидрогалогенирование. Только спиртовой раствор!

Шаг 3. C₂H₄ → C₂H₅OH

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH (H₃PO₄, t°)

Гидратация этилена. Возвращаемся к спирту.

Шаг 4. C₂H₅OH → CH₃COOH

5C₂H₅OH + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ → 5CH₃COOH + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 11H₂O

Жёсткое окисление спирта сразу до кислоты.

KOH(спирт.) → алкен, KOH(водн.) → спирт. Это ключевое правило!

Пример 5С азотсодержащими

Цепочка: CH₄ → CH₃NO₂ → CH₃NH₂ → CH₃NH₃Cl → CH₃NH₂

Шаг 1. CH₄ → CH₃NO₂

CH₄ + HNO₃(разб.) → CH₃NO₂ + H₂O (t°)

Нитрование по Коновалову. Разб. кислота, нагрев.

Шаг 2. CH₃NO₂ → CH₃NH₂

CH₃NO₂ + 3H₂ → CH₃NH₂ + 2H₂O (Ni, t°)

Восстановление нитросоединения. Получаем амин.

Шаг 3. CH₃NH₂ → CH₃NH₃Cl

CH₃NH₂ + HCl → CH₃NH₃Cl

Основные свойства амина. Соль аммония.

Шаг 4. CH₃NH₃Cl → CH₃NH₂

CH₃NH₃Cl + NaOH → CH₃NH₂ + NaCl + H₂O

Вытеснение амина щёлочью. Возвращаемся к амину.

Пример 6С диенами и каучуком

Цепочка: C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ → каучук

Шаг 1. C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂

2C₂H₅OH → CH₂=CH-CH=CH₂ + 2H₂O + H₂ (ZnO/Al₂O₃, 500 °C)

Реакция Лебедева. Получение бутадиена-1,3.

Шаг 2. CH₂=CH-CH=CH₂ → каучук

nCH₂=CH-CH=CH₂ → (−CH₂-CH=CH-CH₂−)ₙ (кат.)

Полимеризация в 1,4-положении. Бутадиеновый каучук.

Пример 7С фенолом

Цепочка: C₆H₆ → C₆H₅Cl → C₆H₅OH → C₆H₂Br₃OH

Шаг 1. C₆H₆ → C₆H₅Cl

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl (FeCl₃)

Хлорирование бензола. Катализатор FeCl₃, замещение.

Шаг 2. C₆H₅Cl → C₆H₅OH

C₆H₅Cl + NaOH → C₆H₅ONa + NaCl (t°, p) → C₆H₅OH (H⁺)

Щелочной гидролиз хлорбензола. Далее подкисление.

Шаг 3. C₆H₅OH → C₆H₂Br₃OH

C₆H₅OH + 3Br₂(водн.) → C₆H₂Br₃OH↓ + 3HBr

Бромирование фенола. Белый осадок 2,4,6-трибромфенола.

Пример 8С углеводами

Цепочка: (C₆H₁₀O₅)ₙ → C₆H₁₂O₆ → C₂H₅OH → C₂H₄

Шаг 1. Крахмал → глюкоза

(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (H₂SO₄, t°)

Гидролиз крахмала. Реакция Кирхгофа.

Шаг 2. Глюкоза → этанол

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂↑ (дрожжи)

Спиртовое брожение.

Шаг 3. Этанол → этилен

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O (H₂SO₄ конц., t > 140 °C)

Дегидратация.

ПрактикаРеши сам

1. CH₄ → C₂H₂ → C₆H₆ → C₆H₅CH₃ → C₆H₅COOH

2. C₂H₅OH → C₂H₄ → C₂H₅Br → C₂H₅OH → CH₃CHO

3. C₃H₈ → C₃H₆ → C₃H₇OH → C₂H₅COOH

4. CaC₂ → C₂H₂ → CH₃CHO → CH₃COOH → CH₃COOC₂H₅

5. CH₃COOH → CH₃COONa → CH₄ → CH₃Cl → CH₃OH → HCHO

6. C₆H₅CH₃ → C₆H₅CH₂Cl → C₆H₅CH₂OH → C₆H₅CHO → C₆H₅COOH

7. C₂H₄ → C₂H₅OH → CH₃CHO → CH₃CH(OH)CN → CH₃CH(OH)COOH

8. Крахмал → глюкоза → этанол → этилен → полиэтилен

ТонкостиЧто важно помнить

Условия обязательны. Без катализатора и температуры — минус балл.
KOH(водн.) ≠ KOH(спирт.) — спирт vs алкен.
Не забудь воду и CO₂ в продуктах.
Именные реакции — узнавай в цепочке: Кучеров, Зелинский, Вагнер, Лебедев, Зинин.
Гидролиз/этерификация — обратимы. Указывай условия.
Обратный ход помогает, если прямой не виден.
Проверяй стыковку: продукт одного шага = реагент следующего.

Что спросят: задание 32 — цепочки. Зная мостики и механизмы, решается за 5–7 минут без ошибок.

ОпределениеЧто такое задание 33

Задание 33 — определение формулы органического вещества. Даны массовые доли, продукты сгорания или химические свойства — надо найти молекулярную и структурную формулу.

Часто выпускники теряют баллы на этом задании. Причины:

Некорректное оформление.
Неверная общая формула вещества.
Не написано уравнение реакции с искомым веществом.

Для 90+: задание 33 — одно из самых «дорогих» во второй части. Здесь важны и химия, и расчёты, и оформление.

Типы задачКак задают условие

Тип 1

по массовым долям элементов + структурная формула по хим. свойствам

Тип 2

по продуктам сгорания + структурная формула по хим. свойствам

Тип 3

по реакции с известным реагентом + структурная формула

Важно: во всех задачах надо писать уравнение реакции с участием искомого вещества. Знание реакций обязательно!

Понятие 1Массовая доля элемента

Массовая доля элемента — его содержание в веществе в процентах по массе.

ω(Э) = (Ar(Э) · n) / Mr(вещества)

Пример для C₂H₄:
M(C₂H₄) = 2·12 + 4·1 = 28 а.е.м.
Масса углерода = 2·12 = 24 а.е.м.
ω(C) = 24 / 28 = 0,857 = 85,7%

Понятие 2Молекулярная и простейшая формула

Молекулярная (истинная)

показывает реальное число атомов каждого вида. Например, C₆H₆ — бензол

Простейшая (эмпирическая)

показывает соотношение атомов. Для бензола C : H = 1 : 1 → CH

Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть ей кратной.

Этанол

C₂H₆O → простейшая C₂H₆O (совпадает)

Бутен

C₄H₈ → простейшая CH₂ (кратна в 4 раза)

Уксусная кислота

C₂H₄O₂ → простейшая CH₂O (кратна в 2 раза)

Важно: если в задаче даны только массовые доли, можно найти только простейшую формулу. Для истинной нужны дополнительные данные — молярная масса, плотность и т.д.

Понятие 3Относительная плотность газа

Относительная плотность D показывает, во сколько раз газ X тяжелее газа Y.

D(по Y) = M(X) / M(Y)

Часто используют:

D(по H₂) = M(X) / 2 D(по воздуху) = M(X) / 29 D(по N₂) = M(X) / 28

Пример: если D(по воздуху) = 2, то M(X) = 2 · 29 = 58 г/моль.

Понятие 4Абсолютная плотность газа

Абсолютная плотность — масса 1 л газа при н.у. (г/л).

ρ = m / V

M = ρ · 22,4

Пример: если ρ = 2,41 г/л, то M = 2,41 · 22,4 = 54 г/моль.

ТаблицаОбщие формулы классов органики

Часто удобно использовать формулу с выделенной функциональной группой — так проще писать уравнения реакций.

Алканы

CₙH₂ₙ₊₂, M = 14n + 2

Алкены

CₙH₂ₙ, M = 14n

Алкины

CₙH₂ₙ₋₂, M = 14n − 2

Алкадиены

CₙH₂ₙ₋₂, M = 14n − 2

Гомологи бензола

CₙH₂ₙ₋₆, M = 14n − 6

Предельные одноатомные спирты

CₙH₂ₙ₊₁OH, M = 14n + 18

Предельные альдегиды

CₙH₂ₙO, M = 14n + 16

Кетоны

CₙH₂ₙO, M = 14n + 16

Фенолы

CₙH₂ₙ₋₆O, M = 14n + 10

Предельные карбоновые кислоты

CₙH₂ₙO₂, M = 14n + 32

Сложные эфиры

CₙH₂ₙO₂, M = 14n + 32

Амины (первичные)

CₙH₂ₙ₊₁NH₂, M = 14n + 17

Аминокислоты

CₙH₂ₙ(NH₂)COOH, M = 14n + 61

Как пользоваться: зная класс вещества, подставляем общую формулу. Например, если это предельный одноатомный спирт, M = 14n + 18.

Алгоритм 1По массовым долям

Шаг 1

Находим мольное соотношение атомов. x : y = n(A) : n(B)

Шаг 2

Получаем простейшую формулу (приводим к целым числам)

Шаг 3

Находим истинную молярную массу через плотность, D или другие данные

Шаг 4

Делим M(истинную) на M(простейшую) — получаем коэффициент кратности

Шаг 5

Записываем истинную формулу

Пример 1Углеводород с D по воздуху

Условие: Вещество содержит 84,21% C и 15,79% H. Относительная плотность по воздуху = 3,93. Найти формулу.

Шаг 1. Мольное соотношение

n(C) = 84,21 / 12 = 7,0175 моль n(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль

Шаг 2. Простейшая формула

C : H = 7,0175 : 15,79 = 1 : 2,25 = 4 : 9

Простейшая формула: C₄H₉. Но такого вещества нет — надо истинную.

Шаг 3. Истинная молярная масса

M = D(возд) · 29 = 3,93 · 29 = 114 г/моль

Шаг 4. Коэффициент кратности

M(C₄H₉) = 4·12 + 9·1 = 57 г/моль 114 / 57 = 2

Шаг 5. Истинная формула

C₄H₉ · 2 = C₈H₁₈

Ответ: C₈H₁₈ (октан).

Метод для проверки: зная истинную M = 114, найдём массы атомов по долям:
m(C) = 114 · 0,8421 = 96 → 96/12 = 8 атомов
m(H) = 114 · 0,1579 = 18 → 18/1 = 18 атомов
Формула: C₈H₁₈ ✓

Пример 2Алкин с плотностью

Условие: Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при н.у.

Шаг 1. Общая формула

Алкин: CₙH₂ₙ₋₂, M = 14n − 2

Шаг 2. Молярная масса через плотность

M = ρ · 22,4 = 2,41 · 22,4 = 54 г/моль

Шаг 3. Уравнение

14n − 2 = 54 14n = 56 n = 4

Ответ: C₄H₆ (бутин).

Пример 3Альдегид по числу молекул

Условие: 3·10²² молекул альдегида весят 4,3 г. Найти формулу.

Шаг 1. Количество вещества

n = N / Nₐ = 3·10²² / 6,02·10²³ ≈ 0,05 моль

Шаг 2. Молярная масса

M = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль

Шаг 3. Формула предельного альдегида

CₙH₂ₙO, M = 14n + 16 14n + 16 = 86 14n = 70 n = 5

Ответ: C₅H₁₀O (пентаналь).

Пример 4Дихлоралкан

Условие: Дихлоралкан содержит 31,86% углерода. Найти формулу.

Шаг 1. Общая формула

CₙH₂ₙCl₂, M = 14n + 71

Шаг 2. Уравнение по массовой доле

ω(C) = (12n) / (14n + 71) = 0,3186 12n = 0,3186 · (14n + 71) 12n = 4,46n + 22,62 7,54n = 22,62 n ≈ 3

Ответ: C₃H₆Cl₂ (дихлорпропан).

Пример 5Амин по массовым долям

Условие: Первичный амин содержит 23,73% N. Найти формулу.

Шаг 1. Общая формула

CₙH₂ₙ₊₁NH₂, M = 14n + 17

Шаг 2. Уравнение по массовой доле

ω(N) = 14 / (14n + 17) = 0,2373 14 = 0,2373 · (14n + 17) 14 = 3,32n + 4,03 3,32n = 9,97 n ≈ 3

Ответ: C₃H₇NH₂ (пропиламин, M = 59 г/моль).

Проверка: ω(N) = 14 / 59 = 0,2373 = 23,73% ✓

Пример 6Двухосновная кислота

Условие: Двухосновная карбоновая кислота содержит 54,55% O. Найти формулу.

Шаг 1. Общая формула

HOOC-(CH₂)ₙ-COOH, M = 14n + 90

Шаг 2. Уравнение

ω(O) = (4 · 16) / (14n + 90) = 64 / (14n + 90) 64 / (14n + 90) = 0,5455 14n + 90 = 117,3 14n = 27,3 n ≈ 2

Ответ: HOOC-(CH₂)₂-COOH (янтарная кислота, C₄H₆O₄).

ТонкостиЧто важно в задачах по долям

Если сумма долей < 100% — оставшееся это другой элемент (часто O или N).
Не путай M и Mr: Mr — безразмерная, M — в г/моль. Численно совпадают.
D по H₂ = M/2, D по воздуху = M/29, D по N₂ = M/28.
Если получается нецелое n — округли до ближайшего целого и проверь.
Проверяй ответ — подставь в формулу доли и проверь.
Если простейшая формула «невозможна» (например, C₄H₉) — ищи истинную через M.

Алгоритм 2По продуктам сгорания

Шаг 1

Находим n(CO₂) и n(H₂O) по массам или объёмам продуктов

Шаг 2

Находим n(C) = n(CO₂) и n(H) = 2·n(H₂O)

Шаг 3

Проверяем наличие кислорода: m(O) = m(в-ва) − m(C) − m(H). Если m(O) = 0 — кислорода нет

Шаг 4

Находим простейшую формулу по соотношению C : H : O : N

Шаг 5

Находим истинную M через плотность или D

Шаг 6

Записываем истинную формулу

Важно: если в веществе есть N, при сгорании выделяется N₂. Если есть S — SO₂. Если Cl — HCl. Их массы тоже нужно учитывать.

Пример 7Алкан через известковую воду

Условие: 448 мл газообразного алкана сожгли, продукты пропустили через избыток известковой воды — выпало 8 г осадка. Какой алкан?

Шаг 1. Количество алкана

n(CₙH₂ₙ₊₂) = 0,448 / 22,4 = 0,02 моль

Шаг 2. Количество осадка (CaCO₃)

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

Углекислый газ + гидроксид кальция = карбонат кальция (осадок) + вода.

n(CaCO₃) = 8 / 100 = 0,08 моль n(CO₂) = 0,08 моль

Шаг 3. Соотношение

n(CO₂) / n(алкана) = 0,08 / 0,02 = 4

Значит, в молекуле алкана 4 атома углерода.

Ответ: C₄H₁₀ (бутан).

Пример 8Вещество с C, H, возможно O

Условие: D по азоту = 2. При сжигании 9,8 г вещества получили 15,68 л CO₂ (н.у.) и 12,6 г H₂O. Найти формулу.

Шаг 1. Количества CO₂ и H₂O

n(CO₂) = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль → n(C) = 0,7 моль n(H₂O) = 12,6 / 18 = 0,7 моль → n(H) = 1,4 моль

Шаг 2. Массы C и H

m(C) = 0,7 · 12 = 8,4 г m(H) = 1,4 · 1 = 1,4 г

Шаг 3. Проверка кислорода

m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0 г

Кислорода нет.

Шаг 4. Простейшая формула

C : H = 0,7 : 1,4 = 1 : 2 → CH₂

Шаг 5. Истинная M

M = D(N₂) · 28 = 2 · 28 = 56 г/моль M(CH₂) = 14 г/моль 56 / 14 = 4

Ответ: C₄H₈.

Пример 9Вещество с C, H, N

Условие: При сжигании 9 г вещества получили 17,6 г CO₂, 12,6 г H₂O и азот. D по водороду = 22,5. Найти формулу.

Шаг 1. Количества

n(CO₂) = 17,6 / 44 = 0,4 моль → n(C) = 0,4 n(H₂O) = 12,6 / 18 = 0,7 моль → n(H) = 1,4

Шаг 2. Масса N

m(C) = 0,4 · 12 = 4,8 г m(H) = 1,4 · 1 = 1,4 г m(N) = 9 − 4,8 − 1,4 = 2,8 г n(N) = 2,8 / 14 = 0,2 моль

Шаг 3. Простейшая формула

C : H : N = 0,4 : 1,4 : 0,2 = 2 : 7 : 1 → C₂H₇N

Шаг 4. Истинная M

M = 22,5 · 2 = 45 г/моль M(C₂H₇N) = 24 + 7 + 14 = 45 г/моль

Совпадает — это истинная формула.

Ответ: C₂H₇N.

Пример 10С серой

Условие: Вещество содержит C, H, O, S. При сгорании 11 г: 8,8 г CO₂, 5,4 г H₂O. Сера переведена в 23,3 г BaSO₄. Найти формулу.

Шаг 1. Количества

n(CO₂) = 8,8 / 44 = 0,2 → n(C) = 0,2 n(H₂O) = 5,4 / 18 = 0,3 → n(H) = 0,6 n(BaSO₄) = 23,3 / 233 = 0,1 → n(S) = 0,1

Шаг 2. Массы

m(C) = 2,4 г; m(H) = 0,6 г; m(S) = 3,2 г m(O) = 11 − 2,4 − 0,6 − 3,2 = 4,8 г n(O) = 4,8 / 16 = 0,3 моль

Шаг 3. Простейшая формула

C : H : S : O = 0,2 : 0,6 : 0,1 : 0,3 = 2 : 6 : 1 : 3 → C₂H₆SO₃

Ответ: C₂H₆SO₃.

Алгоритм 3По химическим свойствам

В задаче даётся реакция вещества с известным реагентом, и указывается, сколько реагента потрачено. По уравнению реакции находим молярную массу вещества, потом — формулу.

Ключевой шаг: написать уравнение реакции и связать количество вещества с количеством реагента через коэффициенты.

Пример 11Алкадиен с бромом

Условие: Алкадиен массой 3,4 г может обесцветить 80 г 2%-го раствора брома. Найти формулу.

Шаг 1. Общая формула

Алкадиен: CₙH₂ₙ₋₂, M = 14n − 2

Шаг 2. Уравнение реакции

CₙH₂ₙ₋₂ + 2Br₂ → CₙH₂ₙ₋₂Br₄

Алкадиен + 2 молекулы брома = тетрабромалкан. В молекуле диена две двойные связи, значит 2 моль Br₂.

Шаг 3. Количество брома

m(Br₂) = 80 · 0,02 = 1,6 г n(Br₂) = 1,6 / 160 = 0,01 моль

Шаг 4. Количество диена и его M

n(диена) = 0,01 / 2 = 0,005 моль M(диена) = 3,4 / 0,005 = 68 г/моль

Шаг 5. Формула

14n − 2 = 68 14n = 70 n = 5

Ответ: C₅H₈ (пентадиен).

Пример 12Спирт с натрием

Условие: 0,74 г предельного одноатомного спирта с Na выделили H₂, которого хватило на гидрирование 112 мл пропена (н.у.). Найти спирт.

Шаг 1. Формулы

Спирт: CₙH₂ₙ₊₁OH, M = 14n + 18

Шаг 2. Уравнения

2CₙH₂ₙ₊₁OH + 2Na → 2CₙH₂ₙ₊₁ONa + H₂↑

Спирт + натрий = алкоголят натрия + водород. 2 моль спирта дают 1 моль H₂.

C₃H₆ + H₂ → C₃H₈

Пропен + водород = пропан. 1 моль пропена требует 1 моль H₂.

Шаг 3. Количества

n(C₃H₆) = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль n(H₂) = 0,005 моль n(спирта) = 2 · 0,005 = 0,01 моль

Шаг 4. Формула

M(спирта) = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль 14n + 18 = 74 14n = 56 n = 4

Ответ: C₄H₉OH (бутанол).

Пример 13Сложный эфир

Условие: При гидролизе 2,64 г эфира выделилось 1,38 г спирта и 1,8 г одноосновной кислоты. Найти эфир.

Шаг 1. Уравнение гидролиза

CₙH₂ₙ₊₁COOCₘH₂ₘ₊₁ + H₂O → CₘH₂ₘ₊₁OH + CₙH₂ₙ₊₁COOH

Сложный эфир + вода = спирт + карбоновая кислота.

Шаг 2. Масса воды (закон сохранения)

m(H₂O) = 1,38 + 1,8 − 2,64 = 0,54 г n(H₂O) = 0,54 / 18 = 0,03 моль

Шаг 3. Молярные массы

По уравнению: n(спирта) = n(кислоты) = n(эфира) = 0,03 моль M(кислоты) = 1,8 / 0,03 = 60 г/моль M(спирта) = 1,38 / 0,03 = 46 г/моль

Шаг 4. Формулы

Кислота: 14n + 46 = 60 → n = 1 → CH₃COOH Спирт: 14m + 18 = 46 → m = 2 → C₂H₅OH

Ответ: CH₃COOC₂H₅ (этилацетат).

Пример 14Аминокислота

Условие: 8,9 г аминокислоты с избытком NaOH дают 11,1 г натриевой соли. Найти аминокислоту.

Шаг 1. Формула

NH₂-CH(R)-COOH, M = 74 + M(R)

Шаг 2. Уравнение

NH₂-CH(R)-COOH + NaOH → NH₂-CH(R)-COONa + H₂O

Аминокислота + гидроксид натрия = натриевая соль + вода. Реагирует карбоксильная группа.

Шаг 3. Соотношение

n(АК) = 8,9 / (74 + M_R) n(соли) = 11,1 / (96 + M_R) Так как n(АК) = n(соли): 8,9 / (74 + M_R) = 11,1 / (96 + M_R) 8,9 · (96 + M_R) = 11,1 · (74 + M_R) 854,4 + 8,9·M_R = 821,4 + 11,1·M_R 33 = 2,2·M_R M_R = 15

Шаг 4. Радикал

R = CH₃ (M = 15)

Ответ: NH₂-CH(CH₃)-COOH (аланин).

Пример 15Алкен с водородом

Условие: 5,6 г алкена присоединяют 2,24 л H₂ (н.у.). Найти формулу.

Шаг 1. Уравнение

CₙH₂ₙ + H₂ → CₙH₂ₙ₊₂

Шаг 2. Количество H₂

n(H₂) = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль n(алкена) = 0,1 моль

Шаг 3. Формула

M(алкена) = 5,6 / 0,1 = 56 г/моль 14n = 56 n = 4

Ответ: C₄H₈ (бутен).

Пример 16Спирт с HBr

Условие: 12 г предельного одноатомного спирта реагируют с избытком HBr, получается 24,3 г бромалкана. Найти спирт.

Шаг 1. Уравнение

CₙH₂ₙ₊₁OH + HBr → CₙH₂ₙ₊₁Br + H₂O

Шаг 2. Соотношение

M(спирта) = 14n + 18 M(бромалкана) = 14n + 81 12 / (14n + 18) = 24,3 / (14n + 81) 12 · (14n + 81) = 24,3 · (14n + 18) 168n + 972 = 340,2n + 437,4 534,6 = 172,2n n ≈ 3,1

Ловушка: нецелое n. Округляем до 3 → пропанол C₃H₇OH. Проверяем: M = 60, M(бромалкана) = 123. Отношение 12/60 = 0,2; 24,3/123 = 0,197. Совпадает.

Ответ: C₃H₇OH (пропанол).

ДополнениеКак найти структурную формулу

После нахождения молекулярной формулы может быть несколько изомеров. По химическим свойствам из условия надо выбрать правильный.

Что использовать:
• Реагирует с Na → есть OH (спирт или кислота)
• Реагирует с Ag₂O (аммиачный) → альдегид
• Реагирует со щёлочью → кислота или фенол
• Не реагирует с Na → простой эфир
• Даёт вторичный спирт при гидрировании → кетон
• Даёт реакцию с Cu(OH)₂ (синий) → многоатомный спирт

Пример Д-1C₂H₆O

Дано: молекулярная формула C₂H₆O. Вещество газообразно, не реагирует с Na, получается дегидратацией спирта.

Логика:
• C₂H₆O — два изомера: этанол CH₃CH₂OH и диметиловый эфир CH₃OCH₃
• Не реагирует с Na → нет OH → это простой эфир
• Газообразно при н.у. → маленькая молекула

Ответ: CH₃-O-CH₃ (диметиловый эфир).

Пример Д-2C₃H₈O₂

Дано: молекулярная формула C₃H₈O₂. Реагирует с Na, при дегидратации даёт шестичленный цикл.

Логика:
• Реагирует с Na → есть OH
• Дегидратация → шестичленный цикл → две OH расположены так, что могут соединиться
• Шестичленный цикл из 3 C + 2 O + связь = 6 атомов

Ответ: HO-CH₂-CH(OH)-CH₃ (пропандиол-1,2).

Пример Д-3C₂H₇NO

Дано: C₂H₇NO — вязкая жидкость с запахом аммиака. Реагирует с Na и HNO₂, в обоих случаях выделяется газ.

Логика:
• Реагирует с Na → есть OH или NH₂
• Реагирует с HNO₂ (даёт N₂) → есть NH₂ (аминогруппа)
• Формула C₂H₇NO — 2 C, 7 H, N, O → аминоспирт

Ответ: H₂N-CH₂-CH₂-OH (этаноламин).

ЛовушкиТоп-8 ошибок

Некорректное оформление — нет уравнения реакции или не указан ответ.
Неверная общая формула — путают CₙH₂ₙ для алкенов и CₙH₂ₙ₋₂ для алкинов.
Забывают проверить наличие кислорода — не вычитают массу C и H из общей массы.
Путают простейшую и истинную формулу — дают CH₂ вместо C₄H₈.
Ошибки в расчёте M через плотность — забывают умножить на 22,4.
Не учитывают N₂ или SO₂ в продуктах сгорания азот- и серосодержащих.
Не определяют структурную формулу — в задании 33 её часто спрашивают отдельно.
Не пишут уравнение реакции с участием искомого вещества — за это снимают баллы.

ИтогУниверсальный алгоритм

Прочитай задачу. Что дано: массовые доли, продукты сгорания, реакция?
Вспомни общую формулу класса. Алкан? Спирт? Кислота?
Найди количества всех известных веществ. CO₂, H₂O, реагента.
Составь уравнение реакции. Через коэффициенты свяжи количества.
Найди M вещества. Через плотность, D или закон сохранения массы.
Найди n и запиши формулу.
Определи структурную формулу по химическим свойствам.
Запиши ответ — молекулярная + структурная формула.

Что спросят: задание 33 — самое «сборное». Проверяет и химию, и математику, и оформление. Здесь важно не спешить и всё проверять.

ОпределениеЧто такое задание 34

Задание 34 — комбинированная расчётная задача. Самое сложное и «дорогое» в ЕГЭ. Проверяет умение считать по уравнениям реакций, работать с растворами, избытком-недостатком, выходом реакции.

Баллы

до 4 первичных баллов

Формат

развёрнутое решение с расчётами

Основа

химия + математика

Для 90+: задание 34 — то, что отличает 85 от 95. Здесь нельзя «угадать» — нужно точно считать. И органика в нём встречается так же часто, как неорганика.

ТипыКакие задачи бывают

Тип 1

сгорание органики + определение формулы + расчёт по реакции

Тип 2

растворы: массовая доля, разбавление, упаривание, смешивание

Тип 3

избыток-недостаток: одно вещество дано в избытке

Тип 4

выход реакции: продукт получен не полностью

Тип 5

примеси: вещество содержит примеси

Тип 6

кристаллогидраты: соль + вода

Тип 7

электролиз + расчёт

Органика в задании 34: чаще всего — сгорание (тип 1) или реакция органического вещества с известным реагентом. Решение всегда начинается с определения формулы.

АлгоритмУниверсальный

Прочитай задачу внимательно. Что дано, что найти?
Напиши уравнения всех реакций. Даже если кажется, что не нужно.
Переведи всё в моли. Массы, объёмы (газы — через 22,4), количество вещества.
Определи, что в избытке, что в недостатке. Расчёт ведём по недостатку.
Найди количество продукта/реагента по пропорции.
Переведи обратно в массу или объём.
Проверь: соответствует ли ответ физическому смыслу?

Главное правило: всё через моли. Масса → моль → моль → масса (или объём). Никаких прямых пропорций по массе.

ФормулыЧто нужно помнить

n = m / M (количество вещества) n = V / 22,4 (для газов при н.у.) n = N / Nₐ (через число частиц) m = n · M (масса) V = n · 22,4 (объём газа при н.у.) ω = m(в-ва) / m(р-ра) (массовая доля) ω = m(в-ва) / m(р-ра) · 100% (в процентах) m(р-ра) = m(в-ва) + m(воды) (масса раствора) ρ = m / V (плотность) M = ρ · 22,4 (молярная масса газа через плотность)

Выход реакции: η = m(практ) / m(теор) · 100%. Если выход 80% — умножаем теоретическую массу на 0,8.

Примеси: если вещество содержит 10% примесей, чистое вещество = 90%. m(чист) = m(общ) · 0,9.

Пример 1Сгорание органики + определение формулы

Условие: При сгорании 4,6 г органического вещества получили 4,48 л CO₂ (н.у.) и 5,4 г H₂O. Плотность по водороду = 23. Найдите формулу вещества. Напишите уравнение реакции горения.

Шаг 1. Количества CO₂ и H₂O

n(CO₂) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль → n(C) = 0,2 моль n(H₂O) = 5,4 / 18 = 0,3 моль → n(H) = 0,6 моль

Шаг 2. Массы C и H

m(C) = 0,2 · 12 = 2,4 г m(H) = 0,6 · 1 = 0,6 г

Шаг 3. Проверка кислорода

m(O) = 4,6 − 2,4 − 0,6 = 1,6 г n(O) = 1,6 / 16 = 0,1 моль

Шаг 4. Простейшая формула

C : H : O = 0,2 : 0,6 : 0,1 = 2 : 6 : 1 → C₂H₆O

Шаг 5. Истинная M

M = D(H₂) · 2 = 23 · 2 = 46 г/моль M(C₂H₆O) = 46 г/моль

Совпадает. Формула C₂H₆O.

Шаг 6. Структурная формула

C₂H₆O — два изомера: этанол CH₃CH₂OH и диметиловый эфир CH₃OCH₃. Если в условии сказано «реагирует с Na» — это этанол.

Шаг 7. Уравнение горения

C₂H₆O + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

Ответ: C₂H₆O (этанол).

Пример 2Сгорание + расчёт объёма O₂

Условие: Какой объём кислорода (н.у.) потребуется для полного сгорания 5,6 л пропана (н.у.)?

Шаг 1. Уравнение горения

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

Шаг 2. Пропорция по объёмам (для газов)

1 моль C₃H₈ : 5 моль O₂ 5,6 л C₃H₈ : x л O₂ x = 5,6 · 5 / 1 = 28 л

Ответ: 28 л O₂.

Лайфхак: для газов коэффициенты = отношение объёмов. Можно решать пропорцией без молей.

Пример 3Спирт + натрий + расчёт

Условие: 0,74 г предельного одноатомного спирта реагирует с избытком Na, выделяется 112 мл H₂ (н.у.). Найдите спирт.

Шаг 1. Уравнение

2R-OH + 2Na → 2R-ONa + H₂↑

2 моль спирта дают 1 моль H₂.

Шаг 2. Количество H₂

n(H₂) = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль n(спирта) = 2 · 0,005 = 0,01 моль

Шаг 3. Молярная масса

M = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль

Шаг 4. Формула

14n + 18 = 74 14n = 56 n = 4

Ответ: C₄H₉OH (бутанол).

Пример 4Массовая доля после реакции

Условие: 6,5 г цинка растворили в 100 г 10%-го раствора HCl. Найдите массовую долю соли в полученном растворе.

Шаг 1. Уравнение

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Шаг 2. Количества реагентов

n(Zn) = 6,5 / 65 = 0,1 моль m(HCl) = 100 · 0,1 = 10 г n(HCl) = 10 / 36,5 ≈ 0,274 моль

Шаг 3. Что в избытке?

По уравнению: 1 моль Zn : 2 моль HCl 0,1 моль Zn требует 0,2 моль HCl HCl у нас 0,274 > 0,2 → HCl в избытке, Zn в недостатке

Расчёт ведём по недостатку — по цинку.

Шаг 4. Количество соли и водорода

n(ZnCl₂) = n(Zn) = 0,1 моль m(ZnCl₂) = 0,1 · 136 = 13,6 г n(H₂) = n(Zn) = 0,1 моль m(H₂) = 0,1 · 2 = 0,2 г

Шаг 5. Масса конечного раствора

m(р-ра) = m(Zn) + m(р-ра HCl) − m(H₂) = 6,5 + 100 − 0,2 = 106,3 г

Шаг 6. Массовая доля соли

ω(ZnCl₂) = 13,6 / 106,3 ≈ 0,128 = 12,8%

Ответ: ω(ZnCl₂) ≈ 12,8%.

Ловушка: газ H₂ улетает — его массу надо вычесть из массы раствора!

Пример 5Раствор + органика

Условие: К 200 г 10%-го раствора уксусной кислоты добавили 50 г воды. Найдите массовую долю кислоты в новом растворе.

Шаг 1. Масса кислоты (не меняется)

m(CH₃COOH) = 200 · 0,1 = 20 г

Шаг 2. Новая масса раствора

m(р-ра) = 200 + 50 = 250 г

Шаг 3. Новая массовая доля

ω = 20 / 250 = 0,08 = 8%

Ответ: 8%.

Пример 6Выход реакции

Условие: При окислении 92 г этанола получили 80 г уксусной кислоты. Найдите выход реакции.

Шаг 1. Уравнение

C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (кат.)

Шаг 2. Количество спирта

n(C₂H₅OH) = 92 / 46 = 2 моль

Шаг 3. Теоретическая масса кислоты

n(CH₃COOH) = n(C₂H₅OH) = 2 моль m(теор) = 2 · 60 = 120 г

Шаг 4. Выход

η = m(практ) / m(теор) = 80 / 120 = 0,667 = 66,7%

Ответ: 66,7%.

Пример 7Примеси

Условие: Технический карбид кальция массой 100 г содержит 10% примесей. Какой объём ацетилена (н.у.) получится при обработке водой?

Шаг 1. Масса чистого CaC₂

ω(CaC₂) = 100% − 10% = 90% m(CaC₂) = 100 · 0,9 = 90 г

Шаг 2. Уравнение

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂

Шаг 3. Количество CaC₂

n(CaC₂) = 90 / 64 = 1,406 моль

Шаг 4. Объём ацетилена

n(C₂H₂) = n(CaC₂) = 1,406 моль V = 1,406 · 22,4 ≈ 31,5 л

Ответ: ≈ 31,5 л C₂H₂.

Ловушка: примеси не реагируют. Работай с массой чистого вещества.

ТипКристаллогидраты

Кристаллогидраты — соли, содержащие в составе молекулы воды (CuSO₄·5H₂O, Na₂CO₃·10H₂O). В расчётах важно отделять массу соли от массы воды.

Медный купорос

CuSO₄·5H₂O, M = 250 г/моль

Безводный CuSO₄

M = 160 г/моль

Глауберова соль

Na₂SO₄·10H₂O, M = 322 г/моль

Безводный Na₂SO₄

M = 142 г/моль

Ключевая формула:
m(соли) = m(гидрата) · M(соли) / M(гидрата)
m(воды в гидрате) = m(гидрата) − m(соли)

Ловушка: если растворили кристаллогидрат, вода из него тоже входит в массу раствора!

Пример 8Раствор из кристаллогидрата

Условие: В 250 г воды растворили 50 г медного купороса CuSO₄·5H₂O. Найдите массовую долю CuSO₄ в полученном растворе.

Шаг 1. Масса безводной соли

m(CuSO₄) = 50 · 160 / 250 = 32 г

Шаг 2. Масса раствора

m(р-ра) = 250 + 50 = 300 г

Кристаллогидрат целиком входит в раствор — и соль, и вода из него.

Шаг 3. Массовая доля

ω(CuSO₄) = 32 / 300 ≈ 0,107 = 10,7%

Ответ: ≈ 10,7%.

Пример 9Кристаллогидрат + расчёт

Условие: Какую массу медного купороса CuSO₄·5H₂O надо растворить в 200 г воды, чтобы получить 16%-й раствор CuSO₄?

Шаг 1. Обозначим массу гидрата за x

m(CuSO₄) = x · 160/250 = 0,64x m(р-ра) = x + 200

Шаг 2. Уравнение массовой доли

0,64x / (x + 200) = 0,16 0,64x = 0,16x + 32 0,48x = 32 x ≈ 66,7 г

Ответ: ≈ 66,7 г CuSO₄·5H₂O.

ТипЭлектролиз + расчёт

В задании 34 встречается расчёт продуктов электролиза по массе, объёму или массовой доле. Ключ — знать, что выделяется на катоде и аноде, и уметь считать по уравнению.

Закон Фарадея:
m = M · I · t / (n · F), где F = 96500 Кл/моль

На катоде

Me (неактивные) или H₂ (активные)

На аноде

O₂ (кислородсодержащие) или Hal₂ (Hal⁻)

Пример 10Электролиз раствора CuSO₄

Условие: Через раствор CuSO₄ пропускали ток 2 А в течение 30 минут. Найдите массу меди, выделившейся на катоде.

Шаг 1. Полуреакция

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu⁰ (n = 2)

Шаг 2. Время в секундах

t = 30 · 60 = 1800 с

Шаг 3. Масса меди

m = (64 · 2 · 1800) / (2 · 96500) = 230400 / 193000 ≈ 1,19 г

Ответ: ≈ 1,19 г Cu.

Пример 11Комбинированная: сгорание + расчёт

Условие: При сгорании 3 г органического вещества получили 3,36 л CO₂ (н.у.) и 3,6 г H₂O. D по водороду = 30. Найдите формулу. Какой объём O₂ (н.у.) потребовался для сгорания?

Шаг 1. Количества

n(CO₂) = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль → n(C) = 0,15 n(H₂O) = 3,6 / 18 = 0,2 моль → n(H) = 0,4

Шаг 2. Массы

m(C) = 0,15 · 12 = 1,8 г m(H) = 0,4 · 1 = 0,4 г m(O) = 3 − 1,8 − 0,4 = 0,8 г n(O) = 0,8 / 16 = 0,05 моль

Шаг 3. Простейшая формула

C : H : O = 0,15 : 0,4 : 0,05 = 3 : 8 : 1 → C₃H₈O

Шаг 4. Истинная M

M = 30 · 2 = 60 г/моль M(C₃H₈O) = 60 г/моль

Совпадает. Формула C₃H₈O (пропанол или изопропанол).

Шаг 5. Уравнение горения

C₃H₈O + 4,5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

Шаг 6. Объём кислорода

n(C₃H₈O) = 3 / 60 = 0,05 моль n(O₂) = 4,5 · 0,05 = 0,225 моль V(O₂) = 0,225 · 22,4 ≈ 5,04 л

Ответ: C₃H₈O, V(O₂) ≈ 5,04 л.

Пример 12Смесь газов

Условие: Смесь метана и этилена объёмом 20 л (н.у.) пропустили через бромную воду. Масса склянки увеличилась на 7 г. Найдите объёмные доли газов в смеси.

Шаг 1. Что реагирует с бромной водой?

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br

С бромной водой реагирует только этилен. Метан — нет.

Шаг 2. Масса этилена

m(C₂H₄) = 7 г (это то, что поглотилось) n(C₂H₄) = 7 / 28 = 0,25 моль

Шаг 3. Объём этилена

V(C₂H₄) = 0,25 · 22,4 = 5,6 л

Шаг 4. Объём метана и доли

V(CH₄) = 20 − 5,6 = 14,4 л φ(C₂H₄) = 5,6 / 20 = 0,28 = 28% φ(CH₄) = 14,4 / 20 = 0,72 = 72%

Ответ: 28% этилена, 72% метана.

Пример 13Нейтрализация + расчёт

Условие: Какой объём 20%-го раствора NaOH (ρ = 1,22 г/мл) потребуется для нейтрализации 100 г 9,8%-го раствора H₂SO₄?

Шаг 1. Масса кислоты

m(H₂SO₄) = 100 · 0,098 = 9,8 г n(H₂SO₄) = 9,8 / 98 = 0,1 моль

Шаг 2. Уравнение

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

n(NaOH) = 2 · 0,1 = 0,2 моль m(NaOH) = 0,2 · 40 = 8 г

Шаг 3. Масса раствора NaOH

m(р-ра) = 8 / 0,2 = 40 г

Шаг 4. Объём раствора

V = m / ρ = 40 / 1,22 ≈ 32,8 мл

Ответ: ≈ 32,8 мл.

Пример 14Карбоновая кислота + NaHCO₃

Условие: Предельная одноосновная карбоновая кислота массой 14,8 г реагирует с избытком NaHCO₃, выделяется 4,48 л CO₂ (н.у.). Найдите формулу кислоты.

Шаг 1. Уравнение реакции

CₙH₂ₙ₊₁COOH + NaHCO₃ → CₙH₂ₙ₊₁COONa + CO₂↑ + H₂O

Кислота + гидрокарбонат натрия = соль + углекислый газ + вода. 1 моль кислоты даёт 1 моль CO₂.

Шаг 2. Количество CO₂

n(CO₂) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль n(кислоты) = n(CO₂) = 0,2 моль

Шаг 3. Молярная масса кислоты

M = 14,8 / 0,2 = 74 г/моль

Шаг 4. Формула

CₙH₂ₙ₊₁COOH: M = 14n + 46 14n + 46 = 74 14n = 28 n = 2

Ответ: C₂H₅COOH (пропионовая кислота).

Проверка: M(C₂H₅COOH) = 3·12 + 6·1 + 2·16 = 74 г/моль ✓

ЛовушкиТоп-10 ошибок в задании 34

Не через моли. Пытаются считать пропорцией по массе — ошибаются на коэффициентах.
Забывают уравнение реакции. Без него не видно коэффициентов.
Не определяют избыток-недостаток. Считают по тому, что дано первым.
Забывают вычесть газ из массы раствора (H₂, CO₂ улетают).
Путают выход реакции — умножают вместо деления.
Не учитывают примеси — берут общую массу вместо чистой.
Забывают про воду в кристаллогидрате. Она входит в массу раствора.
Путают M и Mr. Численно совпадают, но M в г/моль.
Не проверяют ответ — не смотрят, сходится ли баланс.
Округляют слишком рано. Округляй только в конце.

ИтогУниверсальный чек-лист

Прочитал задачу? Что дано, что найти?
Написал уравнения? Все реакции.
Перевёл в моли? Массы → моли, объёмы → моли.
Определил избыток/недостаток? Если даны два реагента.
Расчёт по недостатку? Правильно.
Учёл газ, примеси, выход? Если есть.
Перевёл в массу или объём? Как требует задача.
Проверил ответ? Сходится ли баланс, разумна ли цифра.

Что спросят: задание 34 — комбинированная задача. Обычно требует 4–6 шагов решения. Главное — не спешить и всё делать через моли.

Совет для 90+: решай задание 34 в конце экзамена, когда остальные сделаны. На него уходит 15–20 минут, но именно оно даёт 4 первичных балла — больше, чем любое другое задание второй части.