Номер 834, страница 197 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

834. При полном гидролизе сложного эфира образуются одинаковые количества (моль) веществ $ \mathbf{А} $ и $ \mathbf{Б} $. При полном сгорании вещества $ \mathbf{А} $ образуется 10 г углекислого газа. При полном сгорании вещества $ \mathbf{Б} $ — 15 г углекислого газа. Вещество $ \mathbf{А} $ используется для получения искусственного ацетатного волокна. Вещество $ \mathbf{Б} $ является гомологом метилового спирта. При взаимодействии $ \mathbf{А} $ с раствором гидроксида бария образуется соль $ \mathbf{В} $. Соль $ \mathbf{В} $ в водном растворе реагирует с солью $ \mathbf{Г} $, полученной при пропускании избытка этиламина через водный раствор серной кислоты. При взаимодействии соли $ \mathbf{В} $ с солью $ \mathbf{Г} $ образуются осадок и растворимая соль $ \mathbf{Д} $. Предложите формулы веществ $ \mathbf{А} $—$ \mathbf{Д} $. Напишите уравнения реакций.

Для решения задачи последовательно установим формулы всех веществ, исходя из данных условия.

1. Определение формул веществ А и Б

Из условия известно, что вещество А используется для получения искусственного ацетатного волокна. Это характерное свойство уксусной (этановой) кислоты, поэтому можно предположить, что А — это $CH_3COOH$.

Вещество Б является гомологом метилового спирта ($CH_3OH$), следовательно, Б — это предельный одноатомный спирт с общей формулой $C_kH_{2k+1}OH$.

При гидролизе сложного эфира образуются кислота А и спирт Б в равных мольных количествах ($n(A) = n(B)$). Проверим наши предположения с помощью данных о сгорании.

Дано:

$m(CO_2)_A = 10 \text{ г}$ (из вещества А)
$m(CO_2)_B = 15 \text{ г}$ (из вещества Б)
$n(A) = n(B)$

Найти:

Формулы веществ А и Б.

Решение:

а) Сначала найдем количество вещества А, исходя из предположения, что это уксусная кислота ($CH_3COOH$). В ее молекуле 2 атома углерода.

Уравнение реакции полного сгорания уксусной кислоты:

$CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

Найдем количество вещества углекислого газа, образовавшегося при сгорании А. Молярная масса $CO_2$ равна $44$ г/моль.

$n(CO_2)_A = \frac{m(CO_2)_A}{M(CO_2)} = \frac{10 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} \approx 0,2273 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, $n(A) = \frac{1}{2} n(CO_2)_A$.

$n(A) = \frac{1}{2} \cdot 0,2273 \text{ моль} \approx 0,1136 \text{ моль}$

б) Теперь определим формулу спирта Б ($C_kH_{2k+2}O$).

Уравнение реакции полного сгорания спирта Б в общем виде:

$2C_kH_{2k+2}O + (3k)O_2 \rightarrow 2kCO_2 + 2(k+1)H_2O$

Найдем количество вещества углекислого газа, образовавшегося при сгорании Б.

$n(CO_2)_B = \frac{m(CO_2)_B}{M(CO_2)} = \frac{15 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} \approx 0,3409 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, $n(B) = \frac{2}{2k} n(CO_2)_B = \frac{1}{k} n(CO_2)_B$.

$n(B) = \frac{0,3409}{k} \text{ моль}$

По условию, $n(A) = n(B)$.

$0,1136 = \frac{0,3409}{k}$

$k = \frac{0,3409}{0,1136} \approx 3$

Таким образом, в молекуле спирта Б содержится 3 атома углерода. Его формула — $C_3H_7OH$ (пропанол). Это может быть как пропанол-1, так и пропанол-2.

Итак, вещество А — это уксусная кислота ($CH_3COOH$), а вещество Б — это пропанол ($C_3H_7OH$). Исходный сложный эфир — пропиловый эфир уксусной кислоты (пропилацетат), $CH_3COOC_3H_7$.

2. Определение формул веществ В, Г, Д и написание уравнений реакций

Вещество В образуется при взаимодействии вещества А (уксусной кислоты) с раствором гидроксида бария $Ba(OH)_2$. Происходит реакция нейтрализации с образованием соли — ацетата бария.

Уравнение реакции:

$2CH_3COOH + Ba(OH)_2 \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + 2H_2O$

Следовательно, вещество В — это ацетат бария, $(CH_3COO)_2Ba$.

Вещество Г получают при пропускании избытка этиламина ($C_2H_5NH_2$) через водный раствор серной кислоты ($H_2SO_4$). Этиламин, будучи основанием, реагирует с двухосновной серной кислотой. Так как этиламин в избытке, образуется средняя соль — сульфат этиламмония.

Уравнение реакции:

$2C_2H_5NH_2 + H_2SO_4 \rightarrow (C_2H_5NH_3)_2SO_4$

Следовательно, вещество Г — это сульфат этиламмония, $(C_2H_5NH_3)_2SO_4$.

При взаимодействии соли В (ацетат бария) с солью Г (сульфат этиламмония) в водном растворе происходит реакция ионного обмена. Образуется осадок и растворимая соль Д.

Уравнение реакции:

$(CH_3COO)_2Ba + (C_2H_5NH_3)_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2CH_3COONH_3C_2H_5$

Осадок — это нерастворимый сульфат бария ($BaSO_4$). Растворимая соль Д — это ацетат этиламмония.

Следовательно, вещество Д — это ацетат этиламмония, $CH_3COONH_3C_2H_5$.

Ответ:

Формулы веществ:

А: уксусная кислота, $CH_3COOH$

Б: пропанол, $C_3H_7OH$

В: ацетат бария, $(CH_3COO)_2Ba$

Г: сульфат этиламмония, $(C_2H_5NH_3)_2SO_4$

Д: ацетат этиламмония, $CH_3COONH_3C_2H_5$

Уравнения реакций:

1. Гидролиз сложного эфира (пропилацетата):

$CH_3COOC_3H_7 + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + C_3H_7OH$

2. Получение соли В:

$2CH_3COOH + Ba(OH)_2 \rightarrow (CH_3COO)_2Ba + 2H_2O$

3. Получение соли Г:

$2C_2H_5NH_2 + H_2SO_4 \rightarrow (C_2H_5NH_3)_2SO_4$

4. Взаимодействие солей В и Г:

$(CH_3COO)_2Ba + (C_2H_5NH_3)_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2CH_3COONH_3C_2H_5$