Номер 565, страница 126 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

565. В результате окисления гомолога уксусного альдегида массой 0,75 г гидроксидом меди(II) (избыток) при нагревании получен красный осадок массой 7,20 г. Установите формулу альдегида.

Дано:

$m(\text{альдегида}) = 0,75 \text{ г}$

$m(Cu_2O) = 7,20 \text{ г}$

Найти:

Формулу альдегида - ?

Решение:

Гомологи уксусного альдегида ($CH_3CHO$) — это предельные одноатомные альдегиды с общей формулой $C_nH_{2n}O$.

При окислении альдегидов гидроксидом меди(II) (реактив Фелинга) образуется красный осадок оксида меди(I) ($Cu_2O$).

1. Найдем количество вещества образовавшегося оксида меди(I):

Молярная масса оксида меди(I) $M(Cu_2O) = 2 \cdot 64 + 16 = 144 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $\nu(Cu_2O) = \frac{m(Cu_2O)}{M(Cu_2O)} = \frac{7,20 \text{ г}}{144 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$.

2. Стандартное уравнение реакции окисления альдегида:

$R-CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} R-COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

Из этого уравнения следует, что $\nu(\text{альдегида}) : \nu(Cu_2O) = 1:1$. Если бы реакция шла по этой схеме, то $\nu(\text{альдегида}) = 0,05 \text{ моль}$.

Тогда молярная масса альдегида была бы равна: $M(\text{альдегида}) = \frac{m}{\nu} = \frac{0,75 \text{ г}}{0,05 \text{ моль}} = 15 \text{ г/моль}$.

Такого альдегида не существует (молярная масса самого легкого альдегида, формальдегида $HCHO$, равна 30 г/моль). Это означает, что стехиометрия реакции отличается от стандартной.

3. Особенностью формальдегида (метаналя, $HCHO$) является то, что он, как очень сильный восстановитель, в избытке окислителя ($Cu(OH)_2$ дан в избытке по условию) окисляется до углекислого газа. Реакция идет в две стадии:

а) Окисление формальдегида до муравьиной кислоты:

$HCHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} HCOOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

б) Окисление муравьиной кислоты (которая сама является восстановителем) до углекислого газа:

$HCOOH + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CO_2 \uparrow + Cu_2O \downarrow + 3H_2O$

Суммарное уравнение реакции полного окисления формальдегида:

$HCHO + 4Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CO_2 \uparrow + 2Cu_2O \downarrow + 5H_2O$

4. Из суммарного уравнения видно, что из 1 моль формальдегида образуется 2 моль оксида меди(I). Таким образом, соотношение количеств веществ: $\nu(HCHO) : \nu(Cu_2O) = 1:2$.

Найдем количество вещества альдегида:

$\nu(\text{альдегида}) = \frac{1}{2} \nu(Cu_2O) = \frac{1}{2} \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,025 \text{ моль}$.

5. Рассчитаем молярную массу искомого альдегида:

$M(\text{альдегида}) = \frac{m(\text{альдегида})}{\nu(\text{альдегида})} = \frac{0,75 \text{ г}}{0,025 \text{ моль}} = 30 \text{ г/моль}$.

6. Определим формулу альдегида. Молярная масса, соответствующая общей формуле $C_nH_{2n}O$, равна $14n + 16$.

$14n + 16 = 30$

$14n = 14$

$n = 1$

Следовательно, искомый альдегид имеет формулу $CH_2O$. Это формальдегид (метаналь). Он является первым членом гомологического ряда альдегидов и, соответственно, гомологом уксусного альдегида.

Ответ: Формула альдегида — $CH_2O$ (формальдегид).