Номер 231, страница 60 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

231. Пропилен объемом 11,2 дм³ (н. у.) пропустили через холодный 5 %-ный раствор перманганата калия. Рассчитайте массу полученного органического вещества и массу выпавшего осадка. Схема протекающей реакции (коэффициенты не расставлены!):

$CH_2=CH-CH_3 + KMnO_4 + H_2O \rightarrow CH_2(OH)-CH(OH)-CH_3 + MnO_2\downarrow + KOH$

Дано:

$V(C_3H_6) = 11,2$ дм³ (н. у.)

Найти:

$m(C_3H_8O_2) - ?$

$m(MnO_2) - ?$

Решение:

Первым шагом является составление и уравнивание уравнения химической реакции. Пропилен вступает в реакцию мягкого окисления с холодным раствором перманганата калия (реакция Вагнера). Происходит разрыв π-связи и образование двухатомного спирта — пропан-1,2-диола. Марганец восстанавливается до оксида марганца(IV), который выпадает в виде бурого осадка.

Уравняем реакцию методом электронного баланса:

$C_3H_6 - 2e^- \rightarrow C_3H_8O_2$ | 3 (процесс окисления)

$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$ | 2 (процесс восстановления)

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

$3CH_2=CH-CH_3 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3CH_2(OH)-CH(OH)-CH_3 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Далее найдем количество вещества (моль) пропилена, вступившего в реакцию. Поскольку газ находится при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ дм³/моль.

$n(C_3H_6) = \frac{V(C_3H_6)}{V_m} = \frac{11,2 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,5$ моль.

Теперь, используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, рассчитаем массы продуктов.

Масса полученного органического вещества

Органическим продуктом реакции является пропан-1,2-диол ($C_3H_8O_2$).

Согласно уравнению реакции, мольное соотношение пропилена и пропан-1,2-диола составляет $n(C_3H_6) : n(C_3H_8O_2) = 3 : 3 = 1 : 1$.

Следовательно, количество вещества образовавшегося пропан-1,2-диола:

$n(C_3H_8O_2) = n(C_3H_6) = 0,5$ моль.

Рассчитаем молярную массу пропан-1,2-диола:

$M(C_3H_8O_2) = 3 \times Ar(C) + 8 \times Ar(H) + 2 \times Ar(O) = 3 \times 12 + 8 \times 1 + 2 \times 16 = 76$ г/моль.

Теперь можем найти массу пропан-1,2-диола:

$m(C_3H_8O_2) = n(C_3H_8O_2) \times M(C_3H_8O_2) = 0,5 \text{ моль} \times 76 \text{ г/моль} = 38$ г.

Ответ: масса полученного органического вещества (пропан-1,2-диола) составляет 38 г.

Масса выпавшего осадка

Осадком в данной реакции является оксид марганца(IV) ($MnO_2$).

Согласно уравнению реакции, мольное соотношение пропилена и оксида марганца(IV) составляет $n(C_3H_6) : n(MnO_2) = 3 : 2$.

Следовательно, количество вещества образовавшегося оксида марганца(IV):

$n(MnO_2) = \frac{2}{3} \times n(C_3H_6) = \frac{2}{3} \times 0,5 \text{ моль} = \frac{1}{3}$ моль.

Рассчитаем молярную массу оксида марганца(IV):

$M(MnO_2) = Ar(Mn) + 2 \times Ar(O) = 55 + 2 \times 16 = 87$ г/моль.

Теперь можем найти массу оксида марганца(IV):

$m(MnO_2) = n(MnO_2) \times M(MnO_2) = \frac{1}{3} \text{ моль} \times 87 \text{ г/моль} = 29$ г.

Ответ: масса выпавшего осадка (оксида марганца(IV)) составляет 29 г.