Номер 666, страница 147 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

666. Из определенного количества насыщенного одноатомного спирта можно получить либо 18 г альдегида, либо 14 г алкена. Какую массу сложного эфира можно получить из указанного количества спирта и уксусной кислоты массой 12 г, если выход продукта реакции составит 86 %?

Дано:

$m(\text{альдегид}) = 18 \text{ г}$

$m(\text{алкен}) = 14 \text{ г}$

$m(\text{уксусная кислота}) = 12 \text{ г}$

$\eta = 86 \%$

$m(\text{альдегид}) = 0.018 \text{ кг}$

$m(\text{алкен}) = 0.014 \text{ кг}$

$m(\text{уксусная кислота}) = 0.012 \text{ кг}$

$\eta = 0.86$

Найти:

$m_{\text{практ.}}(\text{сложный эфир}) - ?$

Решение:

1. Сначала установим формулу неизвестного насыщенного одноатомного спирта. Общая формула таких спиртов - $C_nH_{2n+1}OH$.

При окислении первичных спиртов образуются альдегиды. Общая формула альдегида, полученного из спирта $C_nH_{2n+1}OH$, будет $C_nH_{2n}O$. Молярная масса альдегида: $M(\text{альдегид}) = 12n + 2n \cdot 1 + 16 = (14n + 16)$ г/моль.

При внутримолекулярной дегидратации спиртов образуются алкены. Общая формула алкена - $C_nH_{2n}$. Молярная масса алкена: $M(\text{алкен}) = 12n + 2n \cdot 1 = 14n$ г/моль.

Из уравнений реакций (окисления и дегидратации) следует, что из 1 моль спирта образуется 1 моль альдегида или 1 моль алкена. Это означает, что количество вещества (в молях) полученного альдегида равно количеству вещества полученного алкена:

$\nu(\text{альдегид}) = \nu(\text{алкен})$

Используя формулу $\nu = \frac{m}{M}$, подставим известные значения и составим уравнение:

$\frac{18}{14n + 16} = \frac{14}{14n}$

Решим это уравнение:

$18 \cdot 14n = 14 \cdot (14n + 16)$

$252n = 196n + 224$

$252n - 196n = 224$

$56n = 224$

$n = \frac{224}{56} = 4$

Следовательно, исходный спирт имеет формулу $C_4H_9OH$ (бутанол).

2. Рассчитаем количество вещества исходного спирта, используя данные для алкена ($C_4H_8$):

$M(C_4H_8) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 56$ г/моль.

$\nu(\text{алкен}) = \frac{m(\text{алкен})}{M(\text{алкен})} = \frac{14 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$.

Поскольку $\nu(\text{спирт}) = \nu(\text{алкен})$, то $\nu(C_4H_9OH) = 0.25$ моль.

3. Напишем уравнение реакции этерификации между бутанолом и уксусной кислотой ($CH_3COOH$) и определим, какой из реагентов находится в недостатке.

$C_4H_9OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOC_4H_9 + H_2O$

Найдем количество вещества уксусной кислоты:

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60$ г/моль.

$\nu(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{12 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$.

Сравниваем количество вещества реагентов: $\nu(C_4H_9OH) = 0.25$ моль, а $\nu(CH_3COOH) = 0.2$ моль. Согласно уравнению, реагенты взаимодействуют в соотношении 1:1, поэтому уксусная кислота находится в недостатке и дальнейшие расчеты ведутся по ней.

4. Рассчитаем теоретическую массу сложного эфира (бутилацетата, $CH_3COOC_4H_9$).

Теоретическое количество вещества эфира равно количеству вещества реагента в недостатке:

$\nu_{\text{теор.}}(\text{эфир}) = \nu(CH_3COOH) = 0.2$ моль.

Найдем молярную массу бутилацетата ($C_6H_{12}O_2$):

$M(CH_3COOC_4H_9) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 116$ г/моль.

Теперь вычислим теоретическую массу эфира:

$m_{\text{теор.}}(\text{эфир}) = \nu_{\text{теор.}}(\text{эфир}) \cdot M(\text{эфир}) = 0.2 \text{ моль} \cdot 116 \text{ г/моль} = 23.2$ г.

5. Рассчитаем практическую массу сложного эфира, учитывая выход продукта 86%.

$m_{\text{практ.}}(\text{эфир}) = m_{\text{теор.}}(\text{эфир}) \cdot \eta = 23.2 \text{ г} \cdot 0.86 = 19.952$ г.

Ответ: масса сложного эфира, которую можно получить, составляет 19.952 г.