Муравьиная кислота

Характеристики и физические свойства муравьиной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Муравьиная кислота – бесцветная жидкость (строение молекулы приведено на рис. 1). Хорошо растворяется в ацетоне, бензоле, глицерине, толуоле.

Смешивается с водой, диэтиловым эфиром, этанолом.

Рис. 1. Строение молекулы муравьиной кислоты.

Таблица 1. Физические свойства муравьиной кислоты.

Молекулярная формула	H-COOH
Молярная масса	46
Плотность (20^oС), г/см³	1,2196
Температура плавления, ^oС	8,25
Температура кипения, ^oС	100,7

Получение муравьиной кислоты

Основной способ получения муравьиной кислоты — окисление предельных метана (1), метилового спирта (2), формальдегида (метановый альдегид) (3):

CH₄ + 3[O] → H-COOH + H₂O (t = 150 – 200^oC, p = 30 – 60 atm) (1);

CH₃-OH + [O] → H-COOH (2);

H-C(O)H + [O] → HCOOH (3).

Химические свойства муравьиной кислоты

В водном растворе муравьиная кислота способна диссоциировать на ионы:

H-COOH↔H-COO^— + H⁺.

Муравьиная кислота обладает химическими свойствами, характерными для растворов неорганических кислот, т.е. взаимодействует с металлами (1), их оксидами (2), гидроксидами (3) и слабыми солями (4):

2H-COOH + Zn → (HCOO)₂Zn + H₂↑ (1);

2H-COOH + CuO → (HCOO)₂Cu + H₂O (2);

H-COOH + KOH → H-COOK + H₂O (3);

2H-COOH + NaHCO₃→ HCOONa + H₂O + CO₂↑ (4).

При нагревании и в присутствии концентрированной серной кислоты муравьиная кислота взаимодействует со спиртами с образованием сложных эфиров:

H-COOH + C₂H₅OH ↔H-C(O)-O-C₂H₅ + H₂O.

Применение муравьиной кислоты

Муравьиная кислота широко применяется для получения сложных эфиров, используемых в парфюмерии, в кожевенном деле (дубление кож), текстильной промышленности (как протрава при крашении), в качестве растворителя и консерванта.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При каталитическом гидрировании 35 г метаналя образовалась муравьиная кислота. Рассчитайте какая масса кислоты была получена.

Решение

Запишем уравнение реакции каталитического окисления метаналя:

H-C(O)H + [O] → HCOOH.

Вычислим количество вещества метаналя (молярная масса равна 30 г/моль):

n = m/ M;

n(HCOH) = m(HCOH) / M(HCOH);

n(HCOH) = 35 / 30 = 1,2 моль.

Согласно уравнению реакции n(HCOH) : n(HCOOH) = 1:1, т.е.

n(HCOOH) = n(HCOH) = 1,2 моль.

Тогда масса муравьиной кислоты будет равна (молярная масса – 46 г/моль):

m = n× M;

m(HCOOH) =1,2 × 46 = 55,2 г.

Ответ

Масса муравьиной кислоты равна 55,2 г.

ПРИМЕР 2

Задание

Муравьиную кислоту массой 5,40 г поместили в сосуд объемом 4,50 л и нагрели до температуры 200 °С. Давление паров при этом составило 43,7 кПа. Определите число молекул димера муравьиной кислоты в газовой фазе.

Решение

В парах муравьиная кислота находится частично в виде димеров, а частично в виде отдельных молекул:

2HCOOH → (HCOOH)₂.

Исходное количество муравьиной кислоты:

n(HCOOH) = m(HCOOH)/ M(HCOOH) = 5,4 / 60 = 0,09 моль.

Пусть в реакцию димеризации вступило х моль HCOOH, тогда образовалось х/2 моль димера (HCOOH)₂и осталось (0,09 — х) моль HCOOH. Общее количество веществ в газовой фазе равно:

n = PV / (RT) = 43,7 × 4,50 / (8,31 × 473) = 0,05 = х/2 + (0,09 – х),

откуда х = 0,08 моль.

Число молекул димера муравьиной кислоты в газовой фазе равно:

N[(HCOOH)₂] = n × N_A = 0,08 / 2 × 6,02×10²³ = 2,408×10²².