Номер 830, страница 196 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

830. Газообразное при н. у. органическое вещество А (массовая доля углерода 38,7 %) изменяет окраску водного раствора фенолфталеина (рис. 25). Вещество А образует соли при взаимодействии с кислотами. При сгорании А в избытке кислорода образуются газы (н. у.) Б и В. Газ Б вызывает помутнение известковой воды, а газ В — нет. Предложите формулы веществ А—В. Напишите уравнения реакций.

Рис. 25

Дано:

Вещество А - газообразное при н. у. органическое вещество
$ω(C) = 38,7\%$
Водный раствор А дает щелочную реакцию (изменение цвета фенолфталеина)
Вещество А реагирует с кислотами
$А + O_2 \rightarrow Б(газ) + В(газ)$
Газ Б + $Ca(OH)_2 \rightarrow$ помутнение
Газ В + $Ca(OH)_2 \rightarrow$ нет реакции

Найти:

Формулы веществ А, Б, В.
Уравнения реакций.

Решение:

1. Анализ данных:

Вещество А — органическое, газообразное при н.у. Его водный раствор имеет щелочную среду (фенолфталеин становится малиновым, как на рис. 25), и оно реагирует с кислотами, образуя соли. Эти свойства характерны для аминов — органических оснований, содержащих азот (N).

Продукты сгорания А — газы Б и В.

Газ Б вызывает помутнение известковой воды. Это качественная реакция на углекислый газ, $CO_2$. Значит, Б — это $CO_2$. Наличие $CO_2$ как продукта сгорания подтверждает, что в веществе А есть углерод (C).

Так как А — органическое вещество, оно также содержит водород (H). Предположив, что А — амин, оно содержит азот (N). Тогда продуктами полного сгорания будут $CO_2$, $H_2O$ и $N_2$.

Газ В, по условию, является газом при н.у. и не реагирует с известковой водой. Этим требованиям удовлетворяет азот, $N_2$. Вода ($H_2O$) при н.у. является жидкостью. Следовательно, В — это $N_2$.

2. Вывод формулы вещества А:
Мы установили, что А — это амин с общей формулой $C_xH_yN_z$. Найдем его формулу, используя массовую долю углерода $ω(C) = 38,7\%$.

Простейший способ — предположить простейший состав и проверить его. Пусть в молекуле А один атом углерода ($x=1$). Тогда его молярную массу можно рассчитать по формуле: $M(A) = \frac{x \cdot A_r(C)}{ω(C)} = \frac{1 \cdot 12}{0,387} \approx 31$ г/моль.

Для молярной массы 31 г/моль и состава $C_xH_yN_z$:

Масса углерода: $12 \cdot x = 12 \cdot 1 = 12$ г/моль.

Масса азота: должна быть меньше 31, что позволяет содержать только один атом азота ($z=1$), $14 \cdot 1 = 14$ г/моль.

Масса водорода: $M(A) - M(C) - M(N) = 31 - 12 - 14 = 5$ г/моль, что соответствует 5 атомам водорода ($y=5$).

Таким образом, молекулярная формула вещества А — $CH_5N$.

Единственная возможная структурная формула для $CH_5N$ — это метиламин, $CH_3NH_2$. Проверим его свойства:

Газ при н.у. (т. кип. = –6,3 °C) — соответствует.

Органическое основание — соответствует.

Массовая доля углерода $ω(C) = \frac{12}{31} \cdot 100\% \approx 38,7\%$ — соответствует.

Все условия задачи выполняются.

Формулы веществ А—В

Вещество А: метиламин, $CH_3NH_2$.
Вещество Б: углекислый газ, $CO_2$.
Вещество В: азот, $N_2$.

Уравнения реакций

1. Взаимодействие вещества А (метиламина) с водой, обуславливающее щелочную среду:
$CH_3NH_2 + H_2O \rightleftharpoons [CH_3NH_3]^+ + OH^-$

2. Образование соли при взаимодействии вещества А с кислотой (на примере соляной кислоты):
$CH_3NH_2 + HCl \rightarrow [CH_3NH_3]Cl$

3. Сгорание вещества А в избытке кислорода:
$4CH_3NH_2 + 9O_2 \rightarrow 4CO_2 + 10H_2O + 2N_2$

4. Реакция газа Б (углекислого газа) с известковой водой:
$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Ответ:

Формулы веществ: А — метиламин ($CH_3NH_2$); Б — углекислый газ ($CO_2$); В — азот ($N_2$).
Уравнения реакций:
$CH_3NH_2 + H_2O \rightleftharpoons [CH_3NH_3]^+ + OH^- $
$CH_3NH_2 + HCl \rightarrow [CH_3NH_3]Cl $
$4CH_3NH_2 + 9O_2 \rightarrow 4CO_2 + 10H_2O + 2N_2 $
$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$