Номер 527, страница 118 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

527. Смесь содержит бензиловый спирт и фенол. Эту смесь разделили на две равные части. К одной части добавили избыток натрия и получили $784 \text{ см}^3$ (н. у.) газа. При взаимодействии другой части с избытком бромной воды было получено 6,62 г осадка. Определите массу бензилового спирта в смеси.

Дано:

Смесь: бензиловый спирт ($C₆H₅CH₂OH$) и фенол ($C₆H₅OH$).

Объем газа ($H₂$) при реакции с $Na$ (на одну часть смеси): $V(H₂) = 784 \text{ см}^3$ (н.у.)

Масса осадка при реакции с бромной водой (на другую часть смеси): $m(\text{осадка}) = 6,62 \text{ г}$

Перевод в СИ:

Найти:

$m_{общ}(C₆H₅CH₂OH)$ - массу бензилового спирта в исходной смеси.

Решение:

Исходную смесь разделили на две равные части. Это означает, что состав и количество веществ в каждой части одинаковы. Решение задачи сводится к определению количества веществ в одной из частей и последующему расчету массы бензилового спирта для всей смеси.

1. Рассмотрим реакцию второй части смеси с избытком бромной воды. В этой реакции участвует только фенол, образуя белый осадок 2,4,6-трибромфенола. Бензиловый спирт с бромной водой не реагирует.

Уравнение реакции:

$C₆H₅OH + 3Br₂ \rightarrow C₆H₂Br₃OH \downarrow + 3HBr$

Рассчитаем молярную массу 2,4,6-трибромфенола ($C₆H₂Br₃OH$):

$M(C₆H₂Br₃OH) = 6 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 3 \cdot 80 + 16 = 331 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества образовавшегося осадка:

$\nu(C₆H₂Br₃OH) = \frac{m}{M} = \frac{6,62 \text{ г}}{331 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества фенола в этой части смеси равно количеству вещества осадка:

$\nu(C₆H₅OH) = \nu(C₆H₂Br₃OH) = 0,02 \text{ моль}$

2. Теперь рассмотрим реакцию первой части смеси с избытком натрия. Оба компонента, фенол и бензиловый спирт, содержат подвижный атом водорода в гидроксильной группе и реагируют с натрием с выделением водорода.

Уравнения реакций:

$2C₆H₅OH + 2Na \rightarrow 2C₆H₅ONa + H₂ \uparrow$

$2C₆H₅CH₂OH + 2Na \rightarrow 2C₆H₅CH₂ONa + H₂ \uparrow$

Найдем общее количество вещества выделившегося водорода. Объем газа дан при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ или $22400 \text{ см}^3/\text{моль}$.

$\nu_{общ}(H₂) = \frac{V(H₂)}{V_m} = \frac{784 \text{ см}^3}{22400 \text{ см}^3/\text{моль}} = 0,035 \text{ моль}$

Из уравнений реакций видно, что из 2 моль спирта или фенола образуется 1 моль водорода, то есть $\nu(H₂) = \frac{1}{2}\nu(\text{гидроксисоединения})$. Общее количество водорода равно сумме количеств, выделившихся в каждой из двух реакций:

$\nu_{общ}(H₂) = \frac{1}{2}\nu(C₆H₅OH) + \frac{1}{2}\nu(C₆H₅CH₂OH)$

Так как первая часть смеси идентична второй, она также содержит 0,02 моль фенола. Подставим известные значения в уравнение:

$0,035 \text{ моль} = \frac{1}{2} \cdot 0,02 \text{ моль} + \frac{1}{2} \cdot \nu(C₆H₅CH₂OH)$

$0,035 = 0,01 + 0,5 \cdot \nu(C₆H₅CH₂OH)$

$0,5 \cdot \nu(C₆H₅CH₂OH) = 0,035 - 0,01 = 0,025 \text{ моль}$

$\nu(C₆H₅CH₂OH) = \frac{0,025 \text{ моль}}{0,5} = 0,05 \text{ моль}$

Таким образом, в одной части смеси содержится 0,05 моль бензилового спирта.

3. Рассчитаем массу бензилового спирта в исходной смеси. Сначала найдем его массу в одной части.

Молярная масса бензилового спирта ($C₆H₅CH₂OH$, или $C₇H₈O$):

$M(C₆H₅CH₂OH) = 7 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 16 = 108 \text{ г/моль}$

Масса бензилового спирта в одной части смеси:

$m_{1/2}(C₆H₅CH₂OH) = \nu(C₆H₅CH₂OH) \cdot M(C₆H₅CH₂OH) = 0,05 \text{ моль} \cdot 108 \text{ г/моль} = 5,4 \text{ г}$

Поскольку исходная смесь состояла из двух равных частей, общая масса бензилового спирта в ней вдвое больше:

$m_{общ}(C₆H₅CH₂OH) = 2 \cdot m_{1/2}(C₆H₅CH₂OH) = 2 \cdot 5,4 \text{ г} = 10,8 \text{ г}$

Ответ: масса бензилового спирта в смеси составляет 10,8 г.