Номер 482, страница 108 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

482. Дегидратацией первичного одноатомного спирта получен алкен. Половина образовавшегося алкена может обесцветить 120 г 20%-ного (по массе) раствора брома в органическом растворителе, а при сжигании второй половины алкена образуется $10,08 \text{ дм}^3$ (н. у.) $\text{CO}_2$. Какой спирт и какой массы был подвергнут дегидратации?

Дано:

$m_{р-ра}(Br_2) = 120$ г

$w(Br_2) = 20\% = 0.20$

$V(CO_2) = 10.08$ дм³ (н. у.)

$m_{р-ра}(Br_2) = 120 \text{ г} = 0.12 \text{ кг}$

$w(Br_2) = 0.20$

$V(CO_2) = 10.08 \text{ дм}^3 = 0.01008 \text{ м}^3$

Найти:

Формулу и массу исходного спирта.

Решение:

1. Запишем общие уравнения реакций, происходящих в задаче. Общая формула первичного одноатомного спирта — $C_nH_{2n+1}OH$, а алкена — $C_nH_{2n}$.

Реакция дегидратации спирта:

$C_nH_{2n+1}OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} C_nH_{2n} + H_2O$

Весь полученный алкен разделили на две равные части. Первая часть прореагировала с бромом.

Реакция бромирования алкена:

$C_nH_{2n} + Br_2 \rightarrow C_nH_{2n}Br_2$

Вторую часть алкена сожгли.

Реакция горения алкена:

$C_nH_{2n} + \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + nH_2O$

2. По данным о реакции с бромом найдем количество вещества алкена в одной половине.

Масса чистого брома в растворе:

$m(Br_2) = m_{р-ра}(Br_2) \cdot w(Br_2) = 120 \text{ г} \cdot 0.20 = 24 \text{ г}$

Молярная масса брома $M(Br_2) = 2 \cdot 80 = 160$ г/моль.

Количество вещества брома:

$\nu(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{24 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0.15 \text{ моль}$

Из уравнения реакции бромирования видно, что алкен и бром реагируют в мольном соотношении 1:1. Следовательно, количество вещества алкена в первой половине равно количеству вещества брома:

$\nu_{1/2}(C_nH_{2n}) = \nu(Br_2) = 0.15 \text{ моль}$

3. По данным о реакции горения найдем количество вещества $CO_2$.

Объем $CO_2$ равен 10,08 дм³ (или 10,08 л) при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22.4$ л/моль.

$\nu(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{10.08 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.45 \text{ моль}$

4. Установим молекулярную формулу алкена, зная количество вещества алкена во второй половине (равное количеству в первой, т.е. 0.15 моль) и количество образовавшегося $CO_2$.

Из уравнения горения следует, что из 1 моль алкена $C_nH_{2n}$ образуется $n$ моль $CO_2$. Составим соотношение:

$n = \frac{\nu(CO_2)}{\nu_{1/2}(C_nH_{2n})} = \frac{0.45 \text{ моль}}{0.15 \text{ моль}} = 3$

Следовательно, формула алкена — $C_3H_6$. Это пропен.

5. Определим, какой спирт и какой массы был подвергнут дегидратации.

Алкен $C_3H_6$ был получен из первичного спирта, значит, это был пропанол-1 с формулой $C_3H_7OH$.

Общее количество вещества полученного алкена равно сумме двух половин:

$\nu_{общ}(C_3H_6) = 2 \cdot \nu_{1/2}(C_3H_6) = 2 \cdot 0.15 \text{ моль} = 0.30 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции дегидратации, мольные соотношения спирта и алкена равны 1:1.

$\nu(C_3H_7OH) = \nu_{общ}(C_3H_6) = 0.30 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу пропанола-1:

$M(C_3H_7OH) = 3 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 16 = 60$ г/моль.

Найдем массу спирта:

$m(C_3H_7OH) = \nu(C_3H_7OH) \cdot M(C_3H_7OH) = 0.30 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 18 \text{ г}$

Ответ: Дегидратации был подвергнут пропанол-1 ($C_3H_7OH$) массой 18 г.