Номер 661, страница 146 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

661. 32 г раствора фенола и уксусной кислоты в диэтиловом эфире разделили на две равные части. При добавлении к первой части избытка натрия выделился газ объемом 493 мл (н. у.). Ко второй части добавляли 5%-ный (по массе) раствор гидрокарбоната натрия до прекращения выделения газа. При этом израсходовали 20,16 г раствора. Рассчитайте массовые доли фенола и уксусной кислоты в исходном растворе.

Дано:

$m_{раствора}(C_6H_5OH + CH_3COOH) = 32 \text{ г}$

$V(газа_1) = 493 \text{ мл}$

$m_{раствора}(NaHCO_3) = 20,16 \text{ г}$

$\omega(NaHCO_3) = 5\%$

$m_{раствора}(C_6H_5OH + CH_3COOH) = 0.032 \text{ кг}$

$V(газа_1) = 0.000493 \text{ м}^3$

$m_{раствора}(NaHCO_3) = 0.02016 \text{ кг}$

$\omega(NaHCO_3) = 0.05$

Найти:

$\omega(C_6H_5OH) - ?$

$\omega(CH_3COOH) - ?$

Решение:

Исходный раствор массой 32 г разделили на две равные части. Масса каждой части составляет:

$m_{части} = \frac{32 \text{ г}}{2} = 16 \text{ г}$

Проанализируем реакции, протекающие с каждой частью раствора.

1. Взаимодействие второй части раствора с гидрокарбонатом натрия.

Из двух веществ, фенола и уксусной кислоты, только уксусная кислота, как более сильная, реагирует с гидрокарбонатом натрия. Фенол не вступает в эту реакцию.

Уравнение реакции:

$CH_3COOH + NaHCO_3 \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow$

Рассчитаем массу и количество вещества гидрокарбоната натрия, вступившего в реакцию:

$m(NaHCO_3) = m_{раствора}(NaHCO_3) \cdot \omega(NaHCO_3) = 20,16 \text{ г} \cdot 0,05 = 1,008 \text{ г}$

Молярная масса $NaHCO_3$ равна $84 \text{ г/моль}$.

$n(NaHCO_3) = \frac{m(NaHCO_3)}{M(NaHCO_3)} = \frac{1,008 \text{ г}}{84 \text{ г/моль}} = 0,012 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, количество вещества уксусной кислоты равно количеству вещества гидрокарбоната натрия:

$n(CH_3COOH) = n(NaHCO_3) = 0,012 \text{ моль}$

Теперь найдем массу уксусной кислоты в одной части раствора. Молярная масса $CH_3COOH$ равна $60 \text{ г/моль}$.

$m(CH_3COOH)_{в\ части} = n(CH_3COOH) \cdot M(CH_3COOH) = 0,012 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 0,72 \text{ г}$

2. Взаимодействие первой части раствора с натрием.

С избытком металлического натрия реагируют оба компонента: и фенол, и уксусная кислота. В обеих реакциях выделяется водород.

Уравнения реакций:

$2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2 \uparrow$

$2CH_3COOH + 2Na \rightarrow 2CH_3COONa + H_2 \uparrow$

Найдем общее количество вещества выделившегося водорода. Объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$V(H_2) = 493 \text{ мл} = 0,493 \text{ л}$

$n_{общ}(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{0,493 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,022 \text{ моль}$

Из уравнений реакций следует, что из 2 моль кислоты или фенола образуется 1 моль водорода. Следовательно, суммарное количество вещества фенола и уксусной кислоты в первой части раствора в два раза больше количества вещества выделившегося водорода.

$n(C_6H_5OH) + n(CH_3COOH) = 2 \cdot n_{общ}(H_2) = 2 \cdot 0,022 \text{ моль} = 0,044 \text{ моль}$

Поскольку обе части раствора одинаковы, количество вещества уксусной кислоты в первой части также равно $0,012 \text{ моль}$. Найдем количество вещества фенола:

$n(C_6H_5OH) = 0,044 \text{ моль} - n(CH_3COOH) = 0,044 \text{ моль} - 0,012 \text{ моль} = 0,032 \text{ моль}$

Рассчитаем массу фенола в одной части раствора. Молярная масса $C_6H_5OH$ равна $94 \text{ г/моль}$.

$m(C_6H_5OH)_{в\ части} = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,032 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 3,008 \text{ г}$

3. Расчет массовых долей в исходном растворе.

Найдем общую массу уксусной кислоты и фенола в исходном растворе (массой 32 г), умножив массы в одной части на 2.

$m_{общ}(CH_3COOH) = m(CH_3COOH)_{в\ части} \cdot 2 = 0,72 \text{ г} \cdot 2 = 1,44 \text{ г}$

$m_{общ}(C_6H_5OH) = m(C_6H_5OH)_{в\ части} \cdot 2 = 3,008 \text{ г} \cdot 2 = 6,016 \text{ г}$

Теперь рассчитаем массовые доли $(\omega)$ фенола и уксусной кислоты в исходном 32 г растворе.

$\omega(CH_3COOH) = \frac{m_{общ}(CH_3COOH)}{m_{раствора}} \cdot 100\% = \frac{1,44 \text{ г}}{32 \text{ г}} \cdot 100\% = 4,5\%$

$\omega(C_6H_5OH) = \frac{m_{общ}(C_6H_5OH)}{m_{раствора}} \cdot 100\% = \frac{6,016 \text{ г}}{32 \text{ г}} \cdot 100\% = 18,8\%$

Ответ: массовая доля уксусной кислоты в исходном растворе составляет 4,5%, массовая доля фенола – 18,8%.