Номер 537, страница 120 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

537. Металлический натрий массой 4,6 г полностью прореагировал со смесью, содержащей этиленгликоль, бензиловый спирт и фенол. Какой объем (н. у.) газа выделился при этом?

Дано:

Масса металлического натрия $m(\text{Na}) = 4,6 \text{ г}$

Найти:

Объем выделившегося газа $V(\text{H}_2)$

Решение:

Металлический натрий является активным металлом и реагирует с веществами, содержащими подвижный атом водорода, в частности с гидроксильными группами (-ОН), которые есть у всех трех компонентов смеси: этиленгликоля, бензилового спирта и фенола. В результате этих реакций замещается атом водорода в гидроксогруппе и выделяется газообразный водород ($H_2$).

Запишем уравнения протекающих реакций:

1. Реакция натрия с этиленгликолем (двухатомный спирт):

$\text{HO–CH}_2\text{–CH}_2\text{–OH} + 2\text{Na} \rightarrow \text{NaO–CH}_2\text{–CH}_2\text{–ONa} + \text{H}_2 \uparrow$

2. Реакция натрия с бензиловым спиртом (одноатомный спирт):

$2\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{OH} + 2\text{Na} \rightarrow 2\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_2\text{ONa} + \text{H}_2 \uparrow$

3. Реакция натрия с фенолом:

$2\text{C}_6\text{H}_5\text{OH} + 2\text{Na} \rightarrow 2\text{C}_6\text{H}_5\text{ONa} + \text{H}_2 \uparrow$

Из всех уравнений видно, что стехиометрическое соотношение между прореагировавшим натрием и выделившимся водородом одинаково во всех случаях: на 2 моль натрия выделяется 1 моль водорода. Таким образом, для решения задачи не нужно знать состав исходной смеси, так как весь натрий прореагировал полностью.

Соотношение количеств веществ: $n(\text{H}_2) = \frac{1}{2} n(\text{Na})$

1. Рассчитаем количество вещества металлического натрия. Молярная масса натрия $M(\text{Na}) = 23 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Na}) = \frac{m(\text{Na})}{M(\text{Na})} = \frac{4,6 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

2. Рассчитаем количество вещества водорода, выделившегося в ходе реакции.

$n(\text{H}_2) = \frac{1}{2} \times n(\text{Na}) = \frac{1}{2} \times 0,2 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

3. Рассчитаем объем выделившегося водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$V(\text{H}_2) = n(\text{H}_2) \times V_m = 0,1 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$

Ответ: выделился газ объемом 2,24 л.