Формула уксусной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Уксусная кислота (этановая кислота, метанкарбоновая кислота) — органическое вещество с формулой $CH_{3}COOH$ . Слабая, предельная одноосно́вная карбоновая кислота.

Химическая и структурная формулы уксусной кислоты

Химическая формула: CH₃COOH

Брутто-формула: C₂H₄O₂

Структурная формула:

Структурная и химическая формула уксусной кислоты

Молярная масса: 60,05 г/моль.

Уксусная кислота – предельная одноосновная карбоновая кислота. Образует соли – ацетаты.

Слабая кислота, константа диссоциации K_a=1,75 •10^–5, рК_а = 4,76.

Физические свойства уксусной кислоты

Уксусная кислота — бесцветная жидкость с резким характерным запахом, кислым вкусом. Гигроскопична, неограниченно растворяется в воде. Существует в виде димеров. Безводная уксусная кислота называется ледяной, поскольку при замерзании образует льдовидную массу.

Химические свойства уксусной кислоты

Уксусная кислота проявляет все основные свойствами карбоновых кислот.

Взаимодействует с активными металлами с образованием водорода и соответствующих солей (ацетатов):

$Mg + 2CH_{3}COOH = (CH_{3}COO)_{2}Mg + H_{2} \uparrow$
Взаимодействует с оксидами металлов:
$CaO + 2CH_{3}COOH = (CH_{3}COO)_{2}Ca + H_{2}O$
Взаимодействует с гидроксидами металлов:
$NaOH + CH_{3}COOH \to CH_{3}COONa + H_{2}O$
В присутствии серной кислоты вступает в реакцию этерификации с образованием сложных эфиров:
$CH_{3}COOH + С_{2}H_{5}ОН \to CH_{3}COOC_{2}H_{5} + 2H_{2}O$
Вступает в реакции галогенирования с образованием галогенуксусных кислот:
$CH_{3}COOH + Cl_{2} \to CH_{2}ClCOOH + HCl$
Реакция горения:
$CH_{3}COOH + O_{2} \to CO_{2} + 2H_{2}O$

Качественной реакцией на соли уксусной кислоты является взаимодействие с сильными кислотами. Уксусная кислота слабая и вытесняется сильными кислотами из растворов солей, при этом появляется ее характерный запах:

$CH_{3}COO^{-} + H^{+} \to CH_{3}COOH$

Получение. Наиболее экономически выгодный промышленный способ получения уксусной кислоты – карбонилирование метанола моноксидом углерода, катализатор – соли родия, промотор – иодид-ионы:

$CH_{3}OH + CO \to CH_{3}COOH$

Биохимический способ – окисление этанола:

$CH_{3}CH_{2}OH + O_{2} \to CH_{3}COOH + H_{2}O$

Водные растворы уксусной кислоты используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260), бытовой кулинарии, и консервировании. Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, в качестве растворителя.

Концентрированная уксусная кислота (с концентрацией более 30%) способна вызывать химические ожоги. Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Вычислите рН раствора уксусной кислоты с молярной концентрацией 1 моль/л, константа диссоциации которой равна 1,75 • 10^–5.

Решение

Запишем уравнение диссоциации уксусной кислоты:

$CH_{3}COOH \leftrightarrow CH_{3}COO^{-} + H^{+}$

Константа диссоциации кислоты:

$K_a=\frac{[CH_3COO^-][H^+]}{[CH_3COOH]}$

Обозначим за х концентрацию ионов водорода х = [H⁺], тогда выражение для константы диссоциации примет вид:

$K_a=\frac{x^2}{C-x}$

Отсюда

$x=\sqrt{K_a(C-x)}$

Поскольку уксусная кислота – слабая, то x << C, то полученное выражение можно упростить:

$x=\sqrt{K_aC}=\sqrt{1,75 \cdot 10^{-5} \cdot 1}=0,004183$ моль/л

pH – отрицательный десятичный логарифм равновесной концентрации ионов водорода Н⁺. Поскольку х = [H⁺], то

$pH = - lg [H^{+}] = - lg (0,004183) = 2,38$

Ответ

рН раствора равен 2,38

ПРИМЕР 2

Задание

Вычислить pH раствора, полученного при добавлении к 10 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты 5 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия. Константа диссоциации уксусной кислоты K_а = 1,75 •10^–5.

Решение

Суммарный объем раствора будет равен:

$V = V$ _исх $(CH_{3}COOH) + V$ _исх $(NaOH) = 10 + 5 = 15$ мл

При сливании растворов протекает реакция:

$CH_{3}COOH + NaOH = CH_{3}COONa + H_{2}O$

Рассчитаем количества вещества уксусной кислоты и гидроксида натрия:

$n$ _исх $(CH_{3}COOH) = C_{M}$ _исх $(CH_{3}COOH) \cdot V$ _исх $(CH_{3}COOH) = 0,1 \cdot 0,01 = 0,001$ моль

$n$ _исх $(NaOH) = C_{M}$ _исх $(NaOH) \cdot V$ _исх $(NaOH) = 0,1 \cdot 0,005 = 0,0005$ моль

По уравнению реакции n(CH₃COOH) = n(NaOH), а в нашем случае n(CH₃COOH) > n(NaOH), следовательно, уксусная кислота взята в избытке. После протекания реакции в растворе будут находиться уксусная кислота и ацетат натрия, т.е. мы получили буферную систему.

Рассчитаем концентрацию ацетата натрия в полученном растворе:

$n(CH_{3}COONa) = n(NaOH) = 0,0005$ моль