Номер 439, страница 100 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

439. При $20 \,^{\circ}\text{C}$ в 1 литре воды растворяется примерно 22 г пентанола-1 и 0,3 г октанола-1.

а) Какой спирт, пентанол-1 или октанол-1, лучше растворяется в воде и почему?

б) Вычислите массовые доли пентанола-1 и октанола-1 в их насыщенных водных растворах при $20 \,^{\circ}\text{C}$.

а) Какой спирт, пентанол-1 или октанол-1, лучше растворяется в воде и почему?

Согласно условию, в 1 литре воды растворяется 22 г пентанола-1 и только 0,3 г октанола-1. Так как масса растворенного пентанола-1 (22 г) значительно больше массы растворенного октанола-1 (0,3 г) в одинаковом объеме воды, можно сделать вывод, что пентанол-1 растворяется в воде лучше.

Это объясняется строением молекул данных спиртов. Молекулы одноатомных спиртов состоят из двух частей: полярной гидрофильной ("любящей воду") гидроксильной группы (-OH) и неполярного гидрофобного ("боящегося воды") углеводородного радикала.

Пентанол-1 имеет формулу $C_5H_{11}OH$.

Октанол-1 имеет формулу $C_8H_{17}OH$.

Растворимость спиртов в воде обеспечивается за счет образования водородных связей между гидроксильной группой спирта и молекулами воды. Однако длинный углеводородный радикал является гидрофобным и препятствует растворению.

У октанола-1 углеводородный радикал ($C_8H_{17}$-) значительно длиннее, чем у пентанола-1 ($C_5H_{11}$-). С увеличением длины углеводородной цепи усиливаются гидрофобные свойства молекулы, и ее растворимость в полярном растворителе, таком как вода, резко падает. Поэтому пентанол-1, обладая более коротким углеводородным радикалом, растворяется в воде значительно лучше.

Ответ: Пентанол-1 растворяется лучше, так как его молекула содержит более короткий углеводородный радикал, что делает ее в целом более полярной и способной к взаимодействию с молекулами воды по сравнению с молекулой октанола-1, имеющей длинный гидрофобный радикал.

б) Вычислите массовые доли пентанола-1 и октанола-1 в их насыщенных водных растворах при 20 °C.

Дано:

$V(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ л}$
$m(\text{пентанола-1}) = 22 \text{ г}$
$m(\text{октанола-1}) = 0,3 \text{ г}$

Примем плотность воды $\rho(\text{H}_2\text{O})$ при 20 °C равной 1000 г/л.

$V(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ л} = 0,001 \text{ м}^3$
$m(\text{пентанола-1}) = 22 \text{ г} = 0,022 \text{ кг}$
$m(\text{октанола-1}) = 0,3 \text{ г} = 0,0003 \text{ кг}$
$\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1000 \text{ г/л} = 1000 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$w(\text{пентанола-1}) - \text{?}$
$w(\text{октанола-1}) - \text{?}$

Решение:

Массовая доля растворенного вещества ($w$) в растворе вычисляется по формуле: $w(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$

Масса раствора ($m(\text{раствора})$) равна сумме масс растворителя ($m(\text{растворителя})$) и растворенного вещества ($m(\text{вещества})$): $m(\text{раствора}) = m(\text{растворителя}) + m(\text{вещества})$

1. Сначала найдем массу растворителя — воды: $m(\text{H}_2\text{O}) = V(\text{H}_2\text{O}) \times \rho(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ л} \times 1000 \text{ г/л} = 1000 \text{ г}$

2. Расчет для насыщенного раствора пентанола-1:

Масса раствора: $m(\text{раствора пентанола-1}) = m(\text{пентанола-1}) + m(\text{H}_2\text{O}) = 22 \text{ г} + 1000 \text{ г} = 1022 \text{ г}$

Массовая доля пентанола-1: $w(\text{пентанола-1}) = \frac{m(\text{пентанола-1})}{m(\text{раствора пентанола-1})} = \frac{22 \text{ г}}{1022 \text{ г}} \approx 0,0215$

Переведем в проценты: $0,0215 \times 100\% = 2,15\%$.

3. Расчет для насыщенного раствора октанола-1:

Масса раствора: $m(\text{раствора октанола-1}) = m(\text{октанола-1}) + m(\text{H}_2\text{O}) = 0,3 \text{ г} + 1000 \text{ г} = 1000,3 \text{ г}$

Массовая доля октанола-1: $w(\text{октанола-1}) = \frac{m(\text{октанола-1})}{m(\text{раствора октанола-1})} = \frac{0,3 \text{ г}}{1000,3 \text{ г}} \approx 0,0002999 \approx 0,0003$

Переведем в проценты: $0,0003 \times 100\% = 0,03\%$.

Ответ: Массовая доля пентанола-1 в насыщенном водном растворе составляет примерно 2,15%, а массовая доля октанола-1 — примерно 0,03%.