Номер 851, страница 200 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

851. Юный химик Вася остался в лаборатории без присмотра и принялся выполнять странные эксперименты. К водному раствору массой 40 г с массовой долей гидроксида калия 14 % Вася добавлял раствор фенола и анилина в бензоле до завершения реакции. В результате Вася получил 90 г неоднородной смеси. Каким-то непостижимым образом Васе удалось установить, что эта смесь может прореагировать с бромоводородом объемом $3,36\text{ дм}^3$ (н. у.). Вычислите массу бензола в растворе, который Вася добавлял к щелочи.

Дано:

$m_{р-ра}(KOH) = 40 \text{ г}$

$\omega(KOH) = 14 \% = 0.14$

$m_{конечной\;смеси} = 90 \text{ г}$

$V(HBr) = 3,36 \text{ дм}^3 \text{ (н. у.)}$

Найти:

$m(C_6H_6) - ?$

Решение:

1. Определим массу и количество вещества гидроксида калия в исходном растворе.

Масса $KOH$: $m(KOH) = m_{р-ра}(KOH) \cdot \omega(KOH) = 40 \text{ г} \cdot 0.14 = 5.6 \text{ г}$.

Молярная масса $KOH$: $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $KOH$: $n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{5.6 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.1 \text{ моль}$.

2. При добавлении раствора фенола ($C_6H_5OH$) и анилина ($C_6H_5NH_2$) в бензоле к щелочи ($KOH$) происходит реакция нейтрализации между фенолом, обладающим кислотными свойствами, и гидроксидом калия. Анилин является основанием и с щелочью не реагирует. Так как раствор добавляли до завершения реакции, это означает, что весь гидроксид калия прореагировал.

Уравнение реакции:

$C_6H_5OH + KOH \rightarrow C_6H_5OK + H_2O$

По уравнению реакции, количество вещества прореагировавшего фенола и образовавшегося фенолята калия равно количеству вещества гидроксида калия:

$n(C_6H_5OH)_{\text{прореаг.}} = n(C_6H_5OK)_{\text{образ.}} = n(KOH) = 0.1 \text{ моль}$.

3. Масса добавленного раствора (фенол + анилин + бензол) равна разности масс конечной и начальной смесей:

$m_{\text{доб. р-ра}} = m_{конечной\;смеси} - m_{р-ра}(KOH) = 90 \text{ г} - 40 \text{ г} = 50 \text{ г}$.

4. В конечной смеси содержатся: фенолят калия ($C_6H_5OK$), анилин ($C_6H_5NH_2$), бензол, вода. Эта смесь реагирует с бромоводородом ($HBr$). Бромоводород, будучи кислотой, будет реагировать с веществами основного характера в смеси — анилином и фенолятом калия.

Уравнения реакций:

$C_6H_5NH_2 + HBr \rightarrow [C_6H_5NH_3]Br$

$C_6H_5OK + HBr \rightarrow C_6H_5OH + KBr$

5. Найдем общее количество вещества бромоводорода, которое может прореагировать со смесью. Объем $HBr$ дан при нормальных условиях (н. у.), молярный объем газа при н. у. $V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n(HBr)_{\text{общее}} = \frac{V(HBr)}{V_m} = \frac{3.36 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.15 \text{ моль}$.

6. Общее количество вещества $HBr$ расходуется на реакцию с анилином и фенолятом калия:

$n(HBr)_{\text{общее}} = n(C_6H_5NH_2) + n(C_6H_5OK)$

Подставим известные значения и найдем количество вещества анилина:

$0.15 \text{ моль} = n(C_6H_5NH_2) + 0.1 \text{ моль}$

$n(C_6H_5NH_2) = 0.15 \text{ моль} - 0.1 \text{ моль} = 0.05 \text{ моль}$.

7. Теперь, зная количества веществ фенола и анилина в добавленном растворе, найдем их массы.

Молярная масса фенола: $M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 94 \text{ г/моль}$.

Масса фенола: $m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0.1 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 9.4 \text{ г}$.

Молярная масса анилина: $M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 93 \text{ г/моль}$.

Масса анилина: $m(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0.05 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 4.65 \text{ г}$.

8. Масса добавленного раствора ($50 \text{ г}$) складывается из масс фенола, анилина и бензола. Вычислим массу бензола.

$m_{\text{доб. р-ра}} = m(C_6H_5OH) + m(C_6H_5NH_2) + m(C_6H_6)$

$m(C_6H_6) = m_{\text{доб. р-ра}} - m(C_6H_5OH) - m(C_6H_5NH_2)$

$m(C_6H_6) = 50 \text{ г} - 9.4 \text{ г} - 4.65 \text{ г} = 35.95 \text{ г}$.

Ответ: масса бензола в растворе, который Вася добавлял к щелочи, равна $35.95 \text{ г}$.