Номер 532, страница 119 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

532. Смесь фенола и гомолога бензола в мольном соотношении 2 : 1 (масса смеси 7,35 г) обработали избытком бромной воды и получили 16,55 г 2,4,6-трибромфенола. Определите молекулярную формулу гомолога бензола и напишите структурные формулы всех веществ, имеющих такую молекулярную формулу и удовлетворяющих условию задачи.

Определите молекулярную формулу гомолога бензола

Дано:

Мольное соотношение $n(\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}) : n(\text{гомолога}) = 2 : 1$
Масса смеси $m(\text{смеси}) = 7,35 \text{ г}$
Масса 2,4,6-трибромфенола $m(\text{C}_6\text{H}_2\text{Br}_3\text{OH}) = 16,55 \text{ г}$

Найти:

Молекулярная формула гомолога бензола - ?

Решение:

1. При обработке смеси фенола и гомолога бензола избытком бромной воды в реакцию вступает только фенол. Гомологи бензола (алкилбензолы) в этих условиях не реагируют. Уравнение реакции бромирования фенола:

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

2. Рассчитаем количество вещества (моль) образовавшегося 2,4,6-трибромфенола ($C_6H_2Br_3OH$).

Молярная масса 2,4,6-трибромфенола:

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

Количество вещества 2,4,6-трибромфенола:

$n(C_6H_2Br_3OH) = \frac{m(C_6H_2Br_3OH)}{M(C_6H_2Br_3OH)} = \frac{16,55 \text{ г}}{331 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества фенола в смеси равно количеству вещества 2,4,6-трибромфенола:

$n(C_6H_5OH) = n(C_6H_2Br_3OH) = 0,05 \text{ моль}$

4. Найдем массу фенола в исходной смеси. Молярная масса фенола $M(C_6H_5OH) = 94 \text{ г/моль}$.

$m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,05 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 4,7 \text{ г}$

5. Найдем массу гомолога бензола в смеси:

$m(\text{гомолога}) = m(\text{смеси}) - m(C_6H_5OH) = 7,35 \text{ г} - 4,7 \text{ г} = 2,65 \text{ г}$

6. Найдем количество вещества гомолога бензола, используя заданное мольное соотношение (фенол : гомолог = 2:1):

$n(\text{гомолога}) = \frac{1}{2} \cdot n(C_6H_5OH) = \frac{1}{2} \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,025 \text{ моль}$

7. Рассчитаем молярную массу гомолога бензола:

$M(\text{гомолога}) = \frac{m(\text{гомолога})}{n(\text{гомолога})} = \frac{2,65 \text{ г}}{0,025 \text{ моль}} = 106 \text{ г/моль}$

8. Установим молекулярную формулу гомолога бензола. Общая формула гомологов бензола - $C_nH_{2n-6}$. Их молярная масса выражается формулой $M = 12n + (2n-6) = 14n - 6$.

Приравняем молярную массу к найденному значению и решим уравнение:

$14n - 6 = 106$

$14n = 112$

$n = \frac{112}{14} = 8$

Следовательно, молекулярная формула гомолога бензола - $C_8H_{2 \cdot 8 - 6}$, то есть $C_8H_{10}$.

Ответ: Молекулярная формула гомолога бензола - $C_8H_{10}$.

напишите структурные формулы всех веществ, имеющих такую молекулярную формулу и удовлетворяющих условию задачи

Решение:

Вещества с молекулярной формулой $C_8H_{10}$, удовлетворяющие условию задачи, должны являться гомологами бензола. Это означает, что их структура включает бензольное кольцо с алкильными заместителями. Суммарный состав заместителей должен быть $-C_2H_5$. Возможны следующие изомеры:

1. Один заместитель — этильная группа ($-C_2H_5$). Вещество — этилбензол.

2. Два заместителя — метильные группы ($-CH_3$). Существует три варианта их взаимного расположения в бензольном кольце: орто- (1,2), мета- (1,3) и пара- (1,4). Вещества — о-ксилол, м-ксилол и п-ксилол.

Ответ:

1. Этилбензол ($C_6H_5-CH_2-CH_3$)

2. орто-Ксилол (1,2-диметилбензол)

3. мета-Ксилол (1,3-диметилбензол)

4. пара-Ксилол (1,4-диметилбензол)