Номер 726, страница 163 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

726. При нагревании уксусной кислоты массой $15$ г с избытком одноатомного спирта с выходом $80$ % получен сложный эфир. При сжигании сложного эфира в избытке кислорода образовался углекислый газ объемом $13,44$ дм$^3$ (н. у.). Установите строение сложного эфира.

Дано:

$m(CH_3COOH) = 15 \text{ г}$

$\eta = 80 \% = 0.8$

$V(CO_2) = 13.44 \text{ дм}^3$ (н.у.)

Найти:

Строение сложного эфира - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции этерификации уксусной кислоты с неизвестным одноатомным спиртом, общая формула которого $C_nH_{2n+1}OH$. Сложный эфир будет иметь формулу $CH_3COOC_nH_{2n+1}$.

$CH_3COOH + C_nH_{2n+1}OH \rightleftharpoons CH_3COOC_nH_{2n+1} + H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества уксусной кислоты. Молярная масса уксусной кислоты $M(CH_3COOH) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$.

$n(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{15 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

3. Согласно условию, спирт находится в избытке, поэтому уксусная кислота является лимитирующим реагентом. Теоретическое количество вещества сложного эфира, которое могло бы образоваться, равно количеству вещества уксусной кислоты.

$n_{теор}(эфира) = n(CH_3COOH) = 0.25 \text{ моль}$

4. Рассчитаем практическое количество вещества сложного эфира, учитывая, что выход реакции составляет 80%.

$n_{практ}(эфира) = n_{теор}(эфира) \cdot \eta = 0.25 \text{ моль} \cdot 0.8 = 0.20 \text{ моль}$

5. Теперь рассмотрим реакцию сжигания полученного сложного эфира. Общая молекулярная формула эфира $CH_3COOC_nH_{2n+1}$ — это $C_{n+2}H_{2n+4}O_2$. Запишем уравнение горения:

$C_{n+2}H_{2n+4}O_2 + O_2 \rightarrow (n+2)CO_2 + (n+2)H_2O$

6. Вычислим количество вещества углекислого газа, выделившегося в результате сжигания. При нормальных условиях (н.у.) молярный объем газа $V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{13.44 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.6 \text{ моль}$

7. Из уравнения реакции горения видно, что из 1 моль сложного эфира образуется $(n+2)$ моль $CO_2$. Мы знаем практическое количество сгоревшего эфира ($0.20 \text{ моль}$) и количество образовавшегося $CO_2$ ($0.6 \text{ моль}$). Составим соотношение:

$\frac{n_{практ}(эфира)}{1} = \frac{n(CO_2)}{n+2}$

Подставим численные значения:

$\frac{0.20}{1} = \frac{0.6}{n+2}$

8. Решим полученное уравнение относительно $n$, чтобы найти число атомов углерода в спиртовом радикале.

$0.20 \cdot (n+2) = 0.6$

$n+2 = \frac{0.6}{0.20}$

$n+2 = 3$

$n = 3 - 2 = 1$

9. Таким образом, спиртовой радикал — это $-CH_3$, а сам спирт — метанол ($CH_3OH$).

10. Искомый сложный эфир — это продукт реакции уксусной кислоты и метанола, то есть метиловый эфир уксусной кислоты (метилацетат). Его строение:

$CH_3-COO-CH_3$

Ответ:

Строение сложного эфира - метилацетат, $CH_3COOCH_3$.