Номер 698, страница 155 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

698. Соль А окрашивает пламя горелки в фиолетовый цвет. При взаимодействии соли А с серной кислотой образуется органическое вещество Б. При взаимодействии Б с метиловым спиртом в присутствии серной кислоты образуется органическое вещество В. При сгорании вещества В образуется в 1,5 раза больше углекислого газа, чем при сгорании такого же количества (моль) вещества Б. Приведите формулы веществ А—В. Напишите уравнения реакций.

Дано:

Вещество А — соль калия ($K^+$) и органической кислоты.

Вещество Б — органическая кислота.

Вещество В — метиловый эфир кислоты Б.

$n(Б) = n(В)$

$V(CO_2)_В = 1,5 \cdot V(CO_2)_Б$ или $n(CO_2)_В = 1,5 \cdot n(CO_2)_Б$ (при сгорании)

Найти:

Формулы веществ А, Б, В.

Уравнения реакций.

Решение:

1. Соль А окрашивает пламя горелки в фиолетовый цвет, что является качественной реакцией на ионы калия ($K^+$). Следовательно, А — это соль калия.

2. При взаимодействии соли А с серной кислотой ($H_2SO_4$) образуется органическое вещество Б. Это реакция обмена, в которой сильная серная кислота вытесняет более слабую органическую кислоту из её соли. Таким образом, вещество Б — это органическая карбоновая кислота, а А — её калиевая соль.

3. Вещество Б (карбоновая кислота) реагирует с метиловым спиртом ($CH_3OH$) в присутствии серной кислоты. Это реакция этерификации, в результате которой образуется сложный эфир — вещество В.

4. Установим молекулярную формулу кислоты Б. Пусть в молекуле кислоты Б содержится $N_Б$ атомов углерода. Тогда при полном сгорании 1 моль вещества Б образуется $N_Б$ моль углекислого газа ($CO_2$).

Вещество В является метиловым эфиром кислоты Б. Его молекула образуется при замещении атома водорода в одной карбоксильной группе (-COOH) кислоты Б на метильную группу (-CH$_3$). Следовательно, молекула вещества В содержит на один атом углерода больше, чем молекула кислоты Б. Число атомов углерода в В равно $N_В = N_Б + 1$. При сгорании 1 моль вещества В образуется $N_В$ моль $CO_2$.

Согласно условию, при сгорании равных мольных количеств веществ В и Б, углекислого газа из В образуется в 1,5 раза больше:

$N_В = 1,5 \cdot N_Б$

Подставим в это уравнение выражение для $N_В$:

$N_Б + 1 = 1,5 \cdot N_Б$

$1 = 1,5 \cdot N_Б - N_Б$

$1 = 0,5 \cdot N_Б$

$N_Б = \frac{1}{0,5} = 2$

Таким образом, органическая кислота Б содержит 2 атома углерода. Это этановая (уксусная) кислота.

1. Формулы веществ А, Б, В

- Вещество Б — этановая (уксусная) кислота. Формула: $CH_3COOH$.

- Вещество А — калиевая соль этановой кислоты, ацетат калия. Формула: $CH_3COOK$.

- Вещество В — метиловый эфир этановой кислоты, метилацетат. Формула: $CH_3COOCH_3$.

2. Уравнения реакций

- Взаимодействие соли А с серной кислотой с образованием вещества Б:

$2CH_3COOK + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3COOH + K_2SO_4$

- Взаимодействие вещества Б с метиловым спиртом с образованием вещества В (реакция этерификации):

$CH_3COOH + CH_3OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3COOCH_3 + H_2O$

Ответ:
Формулы веществ:
А: $CH_3COOK$ (ацетат калия)
Б: $CH_3COOH$ (этановая кислота)
В: $CH_3COOCH_3$ (метилацетат)
Уравнения реакций:
1. $2CH_3COOK + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3COOH + K_2SO_4$
2. $CH_3COOH + CH_3OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3COOCH_3 + H_2O$