Номер 528, страница 118 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

528. Раствор фенола в этаноле (масса раствора 19,34 г) разделили на две равные части. При добавлении избытка бромной воды к одной части получили 3,31 г осадка. Какой объем (н. у.) углекислого газа выделится при полном сжигании второй части раствора?

Дано:

$m(\text{раствора}) = 19,34 \text{ г}$

$m(\text{осадка}) = 3,31 \text{ г}$

Раствор состоит из фенола ($C_6H_5OH$) и этанола ($C_2H_5OH$).

Найти:

$V(CO_2)$ (н. у.) — ?

Решение:

1. Исходный раствор был разделен на две равные части. Найдем массу каждой части:

$m_{\text{части}} = \frac{m(\text{раствора})}{2} = \frac{19,34 \text{ г}}{2} = 9,67 \text{ г}$

2. К одной части раствора добавили избыток бромной воды. При этом фенол вступает в реакцию, образуя нерастворимый в воде осадок — 2,4,6-трибромфенол. Этанол в данной реакции не участвует.

Уравнение реакции:

$C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH \downarrow + 3HBr$

3. Вычислим количество вещества (в молях) образовавшегося осадка, 2,4,6-трибромфенола ($C_6H_2Br_3OH$). Для этого сначала найдем его молярную массу:

$M(C_6H_2Br_3OH) = 6 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 3 \cdot 80 + 16 = 331 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества:

$n(C_6H_2Br_3OH) = \frac{m(\text{осадка})}{M(C_6H_2Br_3OH)} = \frac{3,31 \text{ г}}{331 \text{ г/моль}} = 0,01 \text{ моль}$

4. Согласно стехиометрии реакции, количество вещества фенола, вступившего в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося 2,4,6-трибромфенола:

$n(C_6H_5OH) = n(C_6H_2Br_3OH) = 0,01 \text{ моль}$

5. Найдем массу фенола в одной части раствора. Молярная масса фенола ($C_6H_5OH$):

$M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 94 \text{ г/моль}$

Масса фенола:

$m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,01 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 0,94 \text{ г}$

6. Зная массу одной части раствора и массу фенола в ней, найдем массу этанола:

$m(C_2H_5OH) = m_{\text{части}} - m(C_6H_5OH) = 9,67 \text{ г} - 0,94 \text{ г} = 8,73 \text{ г}$

7. Вторая часть раствора имеет точно такой же состав: 0,94 г фенола и 8,73 г этанола. При полном сжигании этой части в кислороде оба вещества сгорят до углекислого газа и воды. Требуется найти общий объем выделившегося $CO_2$.

Уравнения реакций горения:

Горение фенола: $C_6H_5OH + 7O_2 \rightarrow 6CO_2 + 3H_2O$

Горение этанола: $C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$

8. Рассчитаем количество вещества $CO_2$, образовавшегося при сгорании 0,01 моль фенола:

$n_1(CO_2) = 6 \cdot n(C_6H_5OH) = 6 \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,06 \text{ моль}$

9. Рассчитаем количество вещества $CO_2$, образовавшегося при сгорании этанола. Сначала найдем количество вещества этанола. Молярная масса этанола ($C_2H_5OH$):

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

$n(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{M(C_2H_5OH)} = \frac{8,73 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 0,1898 \text{ моль}$

Из уравнения горения этанола следует:

$n_2(CO_2) = 2 \cdot n(C_2H_5OH) = 2 \cdot \frac{8,73}{46} \text{ моль} \approx 0,3796 \text{ моль}$

10. Суммарное количество вещества углекислого газа:

$n_{\text{общ}}(CO_2) = n_1(CO_2) + n_2(CO_2) = 0,06 + \frac{2 \cdot 8,73}{46} = 0,06 + \frac{17,46}{46} = \frac{2,76 + 17,46}{46} = \frac{20,22}{46} \text{ моль} \approx 0,4396 \text{ моль}$

11. Найдем объем углекислого газа при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$V(CO_2) = n_{\text{общ}}(CO_2) \cdot V_m = \frac{20,22}{46} \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 9,846 \text{ л}$

Ответ: при сжигании второй части раствора выделится 9,85 л углекислого газа (при округлении до сотых).