Номер 269, страница 66 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

269. При дегидратации насыщенного спирта получен алкен, который полностью реагирует с хлороводородом, полученным из 29,25 г хлорида натрия. При сжигании полученного углеводорода образуется $44,8 \text{ дм}^3$ углекислого газа (н. у.).

а) Установите молекулярную формулу спирта.

б) Приведите уравнения всех протекающих реакций.

Дано:

$m(NaCl) = 29,25$ г

$V(CO_2) = 44,8$ дм³ (н. у.)

Найти:

а) Молекулярную формулу спирта - ?

б) Уравнения всех протекающих реакций - ?

Решение:

Запишем последовательность химических превращений. Исходный насыщенный спирт имеет общую формулу $C_nH_{2n+1}OH$.

1. Дегидратация спирта с образованием алкена: $C_nH_{2n+1}OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_nH_{2n} + H_2O$

2. Взаимодействие алкена с хлороводородом ($HCl$) с образованием хлоралкана: $C_nH_{2n} + HCl \rightarrow C_nH_{2n+1}Cl$

3. Сжигание полученного хлоралкана: $C_nH_{2n+1}Cl + O_2 \rightarrow nCO_2 + ...$

Хлороводород был получен из хлорида натрия ($NaCl$). Запишем уравнение его получения (например, действием концентрированной серной кислоты):

$NaCl + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow NaHSO_4 + HCl$

Проведем расчеты для определения $n$.

1. Найдем количество вещества $HCl$, полученного из $NaCl$.

Молярная масса $NaCl$:

$M(NaCl) = M(Na) + M(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5$ г/моль.

Количество вещества $NaCl$:

$n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{29,25 \text{ г}}{58,5 \text{ г/моль}} = 0,5$ моль.

Согласно уравнению реакции получения $HCl$, из 1 моль $NaCl$ образуется 1 моль $HCl$. Следовательно, $n(HCl) = n(NaCl) = 0,5$ моль.

2. Алкен $C_nH_{2n}$ полностью прореагировал с полученным $HCl$. Из уравнения реакции $C_nH_{2n} + HCl \rightarrow C_nH_{2n+1}Cl$ следует, что количества веществ реагентов и продукта соотносятся как 1:1:1. Значит, в реакцию вступило 0,5 моль алкена и образовалось 0,5 моль хлоралкана $C_nH_{2n+1}Cl$.

$n(C_nH_{2n+1}Cl) = n(HCl) = 0,5$ моль.

3. Найдем количество вещества углекислого газа ($CO_2$), образовавшегося при сжигании хлоралкана. Объем дан при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем газа $V_m = 22,4$ дм³/моль.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{44,8 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}} = 2$ моль.

4. Установим связь между количеством вещества хлоралкана и углекислого газа. При сгорании одной молекулы $C_nH_{2n+1}Cl$ образуется $n$ молекул $CO_2$. Следовательно, их количества веществ соотносятся как:

$n(CO_2) = n \cdot n(C_nH_{2n+1}Cl)$.

Подставим известные значения и найдем $n$:

$2 \text{ моль} = n \cdot 0,5 \text{ моль}$

$n = \frac{2}{0,5} = 4$.

Таким образом, в молекуле исходного спирта было 4 атома углерода.

а) Установите молекулярную формулу спирта.

Общая формула насыщенных одноатомных спиртов — $C_nH_{2n+2}O$. Поскольку мы определили, что $n=4$, подставляем это значение в формулу: $C_4H_{2 \cdot 4 + 2}O$, что соответствует $C_4H_{10}O$.

Ответ: Молекулярная формула спирта $C_4H_{10}O$.

б) Приведите уравнения всех протекающих реакций.

Зная, что $n=4$, мы можем записать конкретные уравнения для всех стадий процесса.

1. Получение хлороводорода из хлорида натрия:

$NaCl + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow NaHSO_4 + HCl\uparrow$

2. Дегидратация спирта (бутанола) с образованием алкена (бутена):

$C_4H_9OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} C_4H_8 + H_2O$

3. Присоединение хлороводорода к бутену с образованием хлорбутана:

$C_4H_8 + HCl \rightarrow C_4H_9Cl$

4. Сжигание хлорбутана в кислороде:

$C_4H_9Cl + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O + HCl$

Ответ:

$NaCl + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow NaHSO_4 + HCl\uparrow$

$C_4H_9OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} C_4H_8 + H_2O$

$C_4H_8 + HCl \rightarrow C_4H_9Cl$

$C_4H_9Cl + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O + HCl$