Номер 722, страница 163 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

722. Молярная масса сложного эфира равна 116 г/моль. При его гидролизе избытком гидроксида натрия образуются соль А с массовой долей натрия, равной 24,0 %, и спирт Б. При окислении спирта Б дихроматом натрия в кислой среде образуется кетон с тем же числом атомов углерода в молекуле. Установите формулу сложного эфира. Напишите уравнения реакций.

Дано:

$M(сложного\ эфира) = 116 \ г/моль$
$w(Na \ в\ соли\ A) = 24.0 \% = 0.24$

Найти:

Формулу сложного эфира, уравнения реакций.

Решение:

Общая формула сложного эфира: $R-COO-R'$, где R и R' - углеводородные радикалы.

При щелочном гидролизе сложного эфира образуются соль карбоновой кислоты (соль А) и спирт (спирт Б):
$R-COO-R' + NaOH \rightarrow R-COONa \ (соль \ А) + R'-OH \ (спирт \ Б)$

Установите формулу сложного эфира.

1. Определим строение соли А ($R-COONa$).
Известно, что массовая доля натрия в соли А составляет 24,0%. Используя относительные атомные массы $A_r(C) = 12, A_r(H) = 1, A_r(O) = 16, A_r(Na) = 23$, найдем молярную массу соли А:
$w(Na) = \frac{A_r(Na)}{M(R-COONa)} = 0.24$
$M(R-COONa) = \frac{A_r(Na)}{w(Na)} = \frac{23}{0.24} \approx 95.83 \ г/моль$. Округлим до 96 г/моль.
Молярная масса функциональной группы $-COONa$ равна:
$M(-COONa) = A_r(C) + 2 \cdot A_r(O) + A_r(Na) = 12 + 2 \cdot 16 + 23 = 67 \ г/моль$.
Теперь найдем молярную массу радикала R:
$M(R) = M(R-COONa) - M(-COONa) = 96 - 67 = 29 \ г/моль$.
Для алкильного радикала $C_n H_{2n+1}$ молярная масса выражается формулой $14n + 1$.
$14n + 1 = 29 \implies 14n = 28 \implies n = 2$.
Следовательно, радикал R – это этил ($C_2H_5-$).
Таким образом, соль А - это пропионат натрия ($CH_3-CH_2-COONa$), а кислота, из которой образован сложный эфир, - пропановая (пропионовая) кислота ($CH_3-CH_2-COOH$).

2. Определим строение спирта Б ($R'-OH$).
По условию, при окислении спирта Б образуется кетон с тем же числом атомов углерода. Это указывает на то, что спирт Б является вторичным.
Формула сложного эфира теперь может быть записана как $CH_3-CH_2-COO-R'$. Его молярная масса равна 116 г/моль. Найдем молярную массу радикала R':
$M(R') = M(эфира) - M(CH_3-CH_2-COO-) = 116 - (3 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 2 \cdot 16) = 116 - (36 + 5 + 32) = 116 - 73 = 43 \ г/моль$.
Для алкильного радикала $C_m H_{2m+1}$:
$14m + 1 = 43 \implies 14m = 42 \implies m = 3$.
Следовательно, радикал R' – это пропил ($C_3H_7-$), а спирт Б имеет формулу $C_3H_7OH$.
Так как спирт Б является вторичным, из двух возможных изомеров (пропан-1-ол и пропан-2-ол) нам подходит пропан-2-ол: $CH_3-CH(OH)-CH_3$.
Радикал R' соответственно - изопропил $-CH(CH_3)_2$.

3. Установим окончательную формулу сложного эфира.
Эфир образован пропановой кислотой и пропан-2-олом. Его структурная формула:
$CH_3-CH_2-COO-CH(CH_3)_2$
Это изопропилпропионат. Проверим его молярную массу: $M(C_6H_{12}O_2) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 72 + 12 + 32 = 116 \ г/моль$. Значение совпадает с данным в условии.

Напишите уравнения реакций.

1. Реакция щелочного гидролиза (омыления) изопропилпропионата:
$CH_3-CH_2-COO-CH(CH_3)_2 + NaOH \rightarrow CH_3-CH_2-COONa + CH_3-CH(OH)-CH_3$

2. Реакция окисления спирта Б (пропан-2-ола) дихроматом натрия в кислой среде с образованием кетона (пропанона):
$3CH_3-CH(OH)-CH_3 + Na_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3-C(O)-CH_3 + Cr_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + 7H_2O$

Ответ:
Формула сложного эфира: $CH_3-CH_2-COO-CH(CH_3)_2$ (изопропилпропионат).
Уравнения реакций:
$CH_3-CH_2-COO-CH(CH_3)_2 + NaOH \rightarrow CH_3-CH_2-COONa + CH_3-CH(OH)-CH_3$
$3CH_3-CH(OH)-CH_3 + Na_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3-C(O)-CH_3 + Cr_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + 7H_2O$