Номер 534, страница 119 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

534. Имеется 21,8 г смеси бензола, фенола и н-гептана. Количества (моль) всех веществ в смеси равны. Смесь обработали избытком водного раствора KOH. Жидкий органический слой отделили. Определите его массу.

Дано:

$m_{смеси}(\text{C}_6\text{H}_6, \text{C}_6\text{H}_5\text{OH}, \text{C}_7\text{H}_{16}) = 21,8 \text{ г}$

$n(\text{C}_6\text{H}_6) = n(\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}) = n(\text{C}_7\text{H}_{16})$

Найти:

$m(\text{орг. слоя}) - ?$

Решение:

1. Определим молярные массы веществ, входящих в состав смеси. Для расчетов используем относительные атомные массы: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса бензола ($C_6H_6$):

$M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78$ г/моль

Молярная масса фенола ($C_6H_5OH$):

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

Молярная масса н-гептана ($C_7H_{16}$):

$M(C_7H_{16}) = 7 \cdot 12 + 16 \cdot 1 = 100$ г/моль

2. По условию задачи, количества (моль) всех веществ в смеси равны. Обозначим это количество как $n$. Тогда общая масса смеси может быть выражена формулой:

$m_{смеси} = n \cdot M(C_6H_6) + n \cdot M(C_6H_5OH) + n \cdot M(C_7H_{16})$

$m_{смеси} = n \cdot (M(C_6H_6) + M(C_6H_5OH) + M(C_7H_{16}))$

Подставим известные значения и найдем $n$:

$21,8 \text{ г} = n \cdot (78 + 94 + 100) \text{ г/моль}$

$21,8 = n \cdot 272$

$n = \frac{21,8}{272} = 0,08$ моль

Таким образом, в исходной смеси содержалось по 0,08 моль каждого компонента.

3. При обработке смеси избытком водного раствора гидроксида калия ($KOH$) происходит химическая реакция. Фенол, обладая кислотными свойствами, реагирует со щелочью:

$C_6H_5OH + KOH \rightarrow C_6H_5OK + H_2O$

Бензол и н-гептан, как представители углеводородов (ароматического и алкана соответственно), со щелочами не взаимодействуют.

4. В результате реакции образуется фенолят калия ($C_6H_5OK$) — соль, которая хорошо растворима в воде и переходит в водный слой. Бензол и н-гептан нерастворимы в воде и образуют отдельный жидкий органический слой.

5. Масса органического слоя будет равна сумме масс бензола и н-гептана, которые не вступили в реакцию.

Масса бензола:

$m(C_6H_6) = n \cdot M(C_6H_6) = 0,08 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} = 6,24 \text{ г}$

Масса н-гептана:

$m(C_7H_{16}) = n \cdot M(C_7H_{16}) = 0,08 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 8,00 \text{ г}$

Масса органического слоя:

$m(\text{орг. слоя}) = m(C_6H_6) + m(C_7H_{16}) = 6,24 \text{ г} + 8,00 \text{ г} = 14,24 \text{ г}$

Другой способ расчета — вычесть из общей массы смеси массу прореагировавшего фенола:

$m(C_6H_5OH) = n \cdot M(C_6H_5OH) = 0,08 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 7,52 \text{ г}$

$m(\text{орг. слоя}) = m_{смеси} - m(C_6H_5OH) = 21,8 \text{ г} - 7,52 \text{ г} = 14,28 \text{ г}$

Небольшое расхождение (0,04 г) возникает из-за округления значения $n$. Используем более точное значение $n = 21,8/272$ моль:

$m(\text{орг. слоя}) = n \cdot (M(C_6H_6) + M(C_7H_{16})) = \frac{21,8}{272} \cdot (78 + 100) = \frac{21,8 \cdot 178}{272} \approx 14,27 \text{ г}$

Ответ: масса жидкого органического слоя составляет 14,27 г.