Номер 579, страница 128 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

579. В результате окисления оксидом меди(II) насыщенного одноатомного спирта массой 3,70 г с выходом 60 % получен альдегид массой 2,16 г. Установите молекулярную формулу альдегида. Приведите структурные формулы всех альдегидов и соответствующих спиртов, удовлетворяющих условию задачи.

Дано:

$m(\text{спирта}) = 3,70 \text{ г}$

$m_{\text{практ.}}(\text{альдегида}) = 2,16 \text{ г}$

$\eta = 60\% = 0,60$

Найти:

Молекулярную формулу альдегида - ?

Структурные формулы всех альдегидов и соответствующих спиртов - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции окисления насыщенного одноатомного спирта оксидом меди(II) в общем виде. Общая формула насыщенного одноатомного спирта — $C_nH_{2n+1}OH$. Альдегиды образуются при окислении первичных спиртов, их общая формула — $C_nH_{2n}O$.

$C_nH_{2n+1}OH + CuO \xrightarrow{t} C_nH_{2n}O + Cu + H_2O$

2. Выразим молярные массы спирта и альдегида через $n$:

$M(C_nH_{2n+1}OH) = 12 \cdot n + 1 \cdot (2n+1) + 16 + 1 = (14n + 18) \text{ г/моль}$

$M(C_nH_{2n}O) = 12 \cdot n + 1 \cdot 2n + 16 = (14n + 16) \text{ г/моль}$

3. Рассчитаем теоретическую массу альдегида, которая образовалась бы при 100% выходе реакции. Практический выход ($\eta$) связан с теоретической ($m_{\text{теор.}}$) и практической ($m_{\text{практ.}}$) массами соотношением:

$\eta = \frac{m_{\text{практ.}}}{m_{\text{теор.}}}$

Отсюда теоретическая масса альдегида:

$m_{\text{теор.}}(\text{альдегида}) = \frac{m_{\text{практ.}}(\text{альдегида})}{\eta} = \frac{2,16 \text{ г}}{0,60} = 3,60 \text{ г}$

4. Согласно уравнению реакции, из 1 моль спирта образуется 1 моль альдегида. Следовательно, количества веществ спирта, вступившего в реакцию, и теоретически образовавшегося альдегида равны:

$n(\text{спирта}) = n_{\text{теор.}}(\text{альдегида})$

Выразим количества веществ через массы и молярные массы:

$\frac{m(\text{спирта})}{M(\text{спирта})} = \frac{m_{\text{теор.}}(\text{альдегида})}{M(\text{альдегида})}$

5. Подставим в пропорцию известные значения и выражения для молярных масс, чтобы найти $n$:

$\frac{3,70}{14n + 18} = \frac{3,60}{14n + 16}$

Решим это уравнение:

$3,70 \cdot (14n + 16) = 3,60 \cdot (14n + 18)$

$51,8n + 59,2 = 50,4n + 64,8$

$51,8n - 50,4n = 64,8 - 59,2$

$1,4n = 5,6$

$n = \frac{5,6}{1,4} = 4$

6. Таким образом, в молекулах спирта и альдегида содержится 4 атома углерода. Молекулярная формула альдегида: $C_4H_{2 \cdot 4}O$, то есть $C_4H_8O$. Соответствующий спирт имеет формулу $C_4H_{10}O$.

7. Условию задачи удовлетворяют два изомерных альдегида и два соответствующих им первичных спирта.

Структурные формулы альдегидов ($C_4H_8O$):

а) Бутаналь: $CH_3-CH_2-CH_2-CHO$

б) 2-Метилпропаналь: $CH_3-CH(CH_3)-CHO$

Структурные формулы соответствующих спиртов ($C_4H_{10}O$):

а) Бутанол-1 (соответствует бутаналю): $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2OH$

б) 2-Метилпропанол-1 (соответствует 2-метилпропаналю): $(CH_3)_2CH-CH_2OH$

Ответ:

Молекулярная формула альдегида — $C_4H_8O$.

Структурные формулы возможных альдегидов и соответствующих им спиртов:

1. Альдегид бутаналь ($CH_3-CH_2-CH_2-CHO$) и спирт бутанол-1 ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_2OH$).

2. Альдегид 2-метилпропаналь ($(CH_3)_2CH-CHO$) и спирт 2-метилпропанол-1 ($(CH_3)_2CH-CH_2OH$).