Разложение щавелевой кислоты при нагревании уравнение

Щавелевая кислота

Щавелевая кислота образуется часто при окислении, различных органических веществ. Раньше ее получали окислением древесных опилок кислородом воздуха при нагревании их с расплавленными едкими щелочами. При этом для прохождения реакции обязательно требуется присутствие хотя бы небольшого количества едкого кали; с чистым едким натром получение щавелевой кислоты невозможно. Окисление сахара азотной кислотой в присутствии пятиокиси ванадия как катализатора применяется и теперь для технического получения щавелевой кислоты

(отсюда и произошло в свое время название этой кислоты — «сахарная соль»). Другой промышленный способ получения щавелевой кислоты основан на том, что при быстром нагревании до 360° С формиат натрия (а также калия) отщепляет водород, превращаясь в оксалат натрия. Так как формиат натрия получается из окиси углерода и едких щелочей, то практически щавелевую кислоту можно получить непосредственно из этих веществ.

Существует много способов получения щавелевой кислоты, представляющих теоретический интерес. Например, при взаимодействии щелочных металлов с углекислым газом при 360° С получается соль щавелевой кислоты:

При кристаллизации из воды щавелевая кислота обыкновенно получается в виде гидрата С₂Н₂О₄ ∙ 2Н₂О. Этот гидрат начинает диссоциировать уже выше 30° С. При очень быстром нагревании он плавится при 101,5° С. Безводная кислота в виде ромбических октаэдров может быть получена кристаллизацией из 70%-ной серной кислоты, а также высушиванием при осторожном нагревании (лучше — в вакууме). При возгонке щавелевая кислота получается в двух кристаллических формах: при низких температурах в вакууме — иглы, при более высоких — октаэдры. Безводная кислота плавится при 180° С с разложением.

На этом основано применение щавелевой кислоты и ее солей как восстановителей, а также использование ее в анализе для установления титра растворов перманганата.

При нагревании щавелевая кислота разлагается (особенно легко в присутствии концентрированной серной кислоты) на окись углерода, углекислоту и воду:

Таким образом, теоретически возможный ангидрид щавелевой кислоты оказывается неспособным к существованию.

Щавелевая кислота как двухосновная дает кислые и средние соли (оксалаты). Известны также и молекулярные соединения кислых оксалатов со щавелевой кислотой («тетраоксалаты»), как, например, кисличная соль КНС₂О₄ ∙ Н₂С₂О₄ ∙ 2Н₂О, употребляемая для выведения чернильных пятен.

Из солей щавелевой кислоты растворимы в воде лишь соли щелочных металлов. Щавелевокислый кальций нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в соляной кислоте; эти его свойства используются в качественном и количественном анализе для определения кальция. При обыкновенной температуре он кристаллизуется с одной молекулой воды, при более низких температурах — с тремя молекулами воды.

Щавелевая кислота легко дает комплексные соли, например K₂[Fe(C₂O₄)₂] и K₃[Fe(C₂O₄)₃]. В растворах этих солей содержатся комплексные ионы — двухзарядный ион Fe(C₂O₄)₂ 2– и трехзарядный ион Fe(C₂O₄)₃ 3– . Растворы первой из указанных солей имеют желтый цвет; эта соль применяется в качестве проявителя в фотографии.

Растворы второй соли окрашены в зеленый цвет.

Разложение щавелевой кислоты при нагревании уравнение

Одно из эффективных средств, приводящих к снижению заклещенности пчелиных семей, — муравьиная кислота. Воздействием ее паров на паразита удалось сохранить семьи в период массового распространения варроатоза. Противоварроатозным действием обладают также молочная и лимонная кислоты. Наиболее широко применяется обработка пчел без разборки гнезд парами щавелевой кислоты, однако после этой операции семьи склонны к снижению продуктивности, смене маток, повышается вероятность их гибели.

С целью установления причин такого явления рассмотрим процессы, происходящие при нагревании щавелевой кислоты.

В первую очередь происходит разрушение входящего в состав технической кислоты кристаллогидрата, который плавится при температуре 101,5 о С (чистая кислота — при 189 о С). При 200 о С щавелевая кислота разлагается с образованием муравьиной кислоты и углекислого газа. При более высокой температуре, что часто имеет место при работе на пасеках с использованием простых, нерегулируемых способов нагрева (примуса, паяльной лампы, раскаленных углей), происходит деструкция муравьиной кислоты до воды и окиси углерода (угарного газа). Так как окись углерода—токсичное вещество, то, возможно, ее действие и есть одна из причин гибели маток или ухудшения их качества, приводящих к тихой смене.

Разложение образующейся муравьиной кислоты до воды и окиси углерода можно избежать, если проводить нагрев щавелевой кислоты в глицерине, которая образует с ним моноглицерооксалат, легко декарбоксилирующийся с образованием моноформина и углекислого газа.

Моноформин при избытке щавелевой кислоты образует снова моноглицерооксалат с выделением муравьиной кислоты. Температура кипения муравьиной кислоты 101 о С, и она испаряется не перегреваясь. Из-за наличия в реакционной среде воды моноформин частично гидролизуется до глицерина, который вновь принимает участие в реакции со следующим количеством щавелевой и муравьиной кислот.

Массовое соотношение исходных компонентов в реакционной смеси примерно одинаковое. Уменьшение количества глицерина и возможный перегрев реакционной массы, вероятность которого мала вследствие испарения образующихся высоколетучих веществ (воды, муравьиной кислоты), могут привести к дегидратации глицерина с образованием акролеина — непредельного альдегида, обладающего лакриматорным (слезоточивым) действием.

Таким образом, используя реакцию образования сложного эфира из глицерина и щавелевой кислоты с последующей его деструкцией, можно обработать большое число пчелиных семей образующейся муравьиной кислотой, значительно уменьшив вероятность ее разложения до высокотоксичной окиси углерода, приводящей к гибели маток, снижению их продуктивности или склонности пчел к их смене.

Военный университет радиационной,
химической и биологической защиты
(филиал, г. Тамбов)

Аннотация:
в статье рассказано о реакциях, протекающих при нагревании щавелевой кислоты в процессе обработки пчел от клеща варроа. Применение глицерина позволяет снизить температуру, вызывающую разложение щавелевой кислоты до муравьиной, и предотвратить нежелательные последствия для пчел.

Опыт 5. Разложение муравьиной и щавелевой кислот при нагревании с концентрированной серной кислотой

Лабораторная работа №3.

Тема: Карбоксильные соединения (Карбоновые кислоты).

Цель: исследовать химические свойства карбоксильных соединений: карбоновых кислот и сложных эфиров.

Опыт 1. Кислотные свойства карбоновых кислот.

Реактивы и материалы: уксусная кислота, 0,1 н. раствор; магний (порошок или стружка); карбонат натрия; баритовая вода; метиловый оранжевый, раствор; лакмус синий, раствор; фенолфталеин, 1 %-ный спиртовой раствор.

1.В три пробирки помещают по 1 капле раствора уксусной кислоты. В первую пробирку добавляют 1 каплю метилового оранжевого, во вторую – 1 каплю лакмуса и в третью — 1 каплю фенолфталеина. В пробирке с метиловым оранжевым появляется красное окрашивание, в пробирке с лакмусом — розовое. Фенолфталеин остается бесцветным.

2.В пробирку помещают 2 капли раствора уксусной кислоты и добавляют немного магния. К отверстию пробирки подносят горящую лучинку. При этом наблюдается вспышка, сопровождающаяся резким звуком, характерным для вспышки смеси водорода и воздуха.

3. В пробирку наливают 2-3 капли раствора уксусной кислоты и добавляют несколько крупинок углекислого натрия. К отверстию пробирки подносят горящую лучинку. Лучинка гаснет.

Карбоновые кислоты в водном растворе диссоциируют с образованием карбоксилат-аниона и протона:

R-COOH ↔ RCOO — + H +

Протон гидроксида в карбоксильной группе отщепляется легче, чем в спиртах (влияние полярной карбонильной группы). Образование карбоксилат-аниона является причиной увеличения кислотности карбоновых кислот по сравнению со спиртами.

На легкость отщепления протона влияет также радикал, связанный с карбоксильной группой. Поэтому карбоновые кислоты дают характерное окрашивание с индикаторами, проводят электрический ток, т. е. являются электролитами. Карбоновые кислоты по сравнению с неорганическими — слабые кислоты. Константа диссоциации у них порядка 10 -5 .

Опыт 2. Образование и гидролиз уксуснокислого железа.

Реактивы и материалы: уксуснокислый натрий кристаллический; хлорид железа FeCl₃, 0,1 н. раствор.

В пробирку помещают несколько кристалликов уксуснокислого натрия, 3 капли воды и 2 капли раствора хлорида железа (III). Раствор окрашивается в желтовато-красный цвет в результате образования железной соли уксусной кислоты. Раствор нагревают до кипения. Тотчас же выпадают хлопья основных солей красно-бурого цвета.

Уксусная кислота, как и большинство карбоновых кислот, слабая кислота. Поэтому ее соли легко гидролизуются с образованием основных солей и продуктов водного гидролиза.

Опыт 3. Качественная реакция α-оксикислот с хлоридом железа (III).

Реактивы и материалы: хлорид железа (III), 0,1 н. раствор; фенол, водный раствор; молочная кислота; уксусная кислота концентрированная.

В две пробирки вводят по 1 капле раствора хлорида железа и добавляют по 2 капли раствора фенола. Растворы окрашиваются в фиолетовый цвет. В одну пробирку добавляют 2 капли молочной кислоты, а в другую — столько же капель уксусной кислоты. В пробирке с молочной кислотой появляется зеленовато-желтое окрашивание, в пробирке с уксусной кислотой цвет раствора не изменяется.

α-Оксикислоты вытесняют фенол из комплексного фенолята, и фиолетовая окраска раствора переходит в желтую.

В присутствии молочной кислоты фиолетовый цвет железного комплекса изменяется на зеленовато-желтый вследствие образования лактата железа (молочнокислого железа):

Эта реакция представляет большой интерес и используется в клинической практике для определения молочной кислоты (как патологического продукта) в желудочном соке.

Опыт 4. Цветная реакция салициловой, галловой кислоты и танина с хлоридом железа (III).

Реактивы и материалы: салициловая кислота, насыщенный раствор; этиловый спирт 96%-ный; галловая кислота, танин (насыщенные растворы); хлорид железа (III), 0,1 н. раствор.

В пробирку вводят 2 капли раствора салициловой кислоты и прибавляют I каплю раствора хлорида железа. Раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет, что указывает на наличие в салициловой кислоте фенольного гидроксила. Добавляют к раствору 4 капли этилового спирта; окраска не исчезает (в отличие от фенола).

В одну пробирку вносят 2 капли раствора галловой кислоты, в другую — 2 капли танина, прибавляют в каждую пробирку по капле раствора хлорида железа. Галловая кислота с хлоридом железа дает зеленовато-черное окрашивание, а танин — сине-черное.

Опыт 5. Разложение муравьиной и щавелевой кислот при нагревании с концентрированной серной кислотой.

Реактивы и материалы: муравьиная кислота безводная; серная кислота концентрированная (d == 1,84 г/см 3 ); щавелевая кислота кристаллическая; баритовая вода, насыщенный раствор. Оборудование: газоотводная трубка.

В пробирку приливают 3 капли муравьиной кислоты, 3 капли концентрированной серной кислоты и нагревают смесь в пламени горелки. Бурно выделяется газ. При поджигании газ горит голубоватыми вспышками.

Муравьиная кислота под действием концентрированной серной кислоты разлагается с образованием оксида углерода. Это свойство отличает муравьиную кислоту от остальных карбоновых кислот.

В пробирку помещают несколько кристаллов щавелевой кислоты и добавляют 2 капли серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и нагревают на пламени горелки. Поджигают выделяющийся газ — он горит голубоватыми вспышками. После этого конец газоотводной трубки опускают в баритовую воду. Баритовая вода мутнеет.

Под действием концентрированной серной кислоты щавелевая кислота в отличие от других двухосновных кислот разлагается.