Номер 662, страница 146 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

662. На нейтрализацию 13,3 г смеси уксусной кислоты, ацетальдегида и этанола израсходовано 16,0 г 25%-ного (по массе) раствора гидроксида натрия. При взаимодействии такого же количества смеси с избытком калия выделилось $1,68 \text{ дм}^3$ (н. у.) газа. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

Дано:

$m(\text{смеси}) = 13,3 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } NaOH) = 16,0 \text{ г}$

$\omega(NaOH) = 25\% = 0,25$

$V(H_2) = 1,68 \text{ дм}^3 \text{ (н. у.)}$

Смесь: уксусная кислота ($CH_3COOH$), ацетальдегид ($CH_3CHO$), этанол ($C_2H_5OH$)

Найти:

$\omega(CH_3COOH) - ?$

$\omega(CH_3CHO) - ?$

$\omega(C_2H_5OH) - ?$

Решение:

1. В первом эксперименте происходит реакция нейтрализации. Из всех компонентов смеси с гидроксидом натрия реагирует только уксусная кислота:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

Рассчитаем массу чистого $NaOH$ в растворе:

$m(NaOH) = m(\text{р-ра } NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 16,0 \text{ г} \cdot 0,25 = 4,0 \text{ г}$

Найдем количество вещества $NaOH$. Молярная масса $M(NaOH) = 40 \text{ г/моль}$.

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{4,0 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества уксусной кислоты равно количеству вещества гидроксида натрия:

$n(CH_3COOH) = n(NaOH) = 0,1 \text{ моль}$

Найдем массу уксусной кислоты в смеси. Молярная масса $M(CH_3COOH) = 60 \text{ г/моль}$.

$m(CH_3COOH) = n(CH_3COOH) \cdot M(CH_3COOH) = 0,1 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 6,0 \text{ г}$

2. Во втором эксперименте с избытком калия реагируют вещества, имеющие подвижные атомы водорода в гидроксильных группах, – это уксусная кислота и этанол. Ацетальдегид с калием не взаимодействует. В обеих реакциях выделяется водород:

$2CH_3COOH + 2K \rightarrow 2CH_3COOK + H_2\uparrow$

$2C_2H_5OH + 2K \rightarrow 2C_2H_5OK + H_2\uparrow$

Найдем общее количество вещества выделившегося водорода ($V_m = 22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}$ при н. у.):

$n_{общ}(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{1,68 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3\text{/моль}} = 0,075 \text{ моль}$

Это общее количество водорода складывается из водорода, выделившегося при реакции с кислотой ($n_1(H_2)$) и со спиртом ($n_2(H_2)$).

Зная количество вещества уксусной кислоты ($0,1 \text{ моль}$), найдем, сколько водорода выделилось в реакции с ней:

$n_1(H_2) = \frac{1}{2} n(CH_3COOH) = \frac{1}{2} \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Теперь можно найти количество водорода, выделившегося в реакции с этанолом:

$n_2(H_2) = n_{общ}(H_2) - n_1(H_2) = 0,075 \text{ моль} - 0,05 \text{ моль} = 0,025 \text{ моль}$

По уравнению реакции этанола с калием найдем количество вещества этанола:

$n(C_2H_5OH) = 2 \cdot n_2(H_2) = 2 \cdot 0,025 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Рассчитаем массу этанола. Молярная масса $M(C_2H_5OH) = 46 \text{ г/моль}$.

$m(C_2H_5OH) = n(C_2H_5OH) \cdot M(C_2H_5OH) = 0,05 \text{ моль} \cdot 46 \text{ г/моль} = 2,3 \text{ г}$

3. Зная массы уксусной кислоты и этанола, найдем массу ацетальдегида в смеси:

$m(CH_3CHO) = m(\text{смеси}) - m(CH_3COOH) - m(C_2H_5OH)$

$m(CH_3CHO) = 13,3 \text{ г} - 6,0 \text{ г} - 2,3 \text{ г} = 5,0 \text{ г}$

4. Вычислим массовые доли компонентов в исходной смеси:

$\omega(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{m(\text{смеси})} = \frac{6,0 \text{ г}}{13,3 \text{ г}} \approx 0,4511 \text{ или } 45,1\%$

$\omega(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{m(\text{смеси})} = \frac{2,3 \text{ г}}{13,3 \text{ г}} \approx 0,1729 \text{ или } 17,3\%$

$\omega(CH_3CHO) = \frac{m(CH_3CHO)}{m(\text{смеси})} = \frac{5,0 \text{ г}}{13,3 \text{ г}} \approx 0,3760 \text{ или } 37,6\%$

Ответ: массовая доля уксусной кислоты составляет $45,1\%$, массовая доля этанола – $17,3\%$, массовая доля ацетальдегида – $37,6\%$.