Номер 699, страница 155 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

699. Соль А окрашивает пламя горелки в желтый цвет. При взаимодействии соли А с серной кислотой образуется органическое вещество Б. При взаимодействии Б с этиловым спиртом в присутствии серной кислоты образуется органическое вещество В, обладающее приятным запахом. 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:

1. Соль А окрашивает пламя в желтый цвет (присутствуют ионы $Na^+$).

2. Схема превращений: А $\xrightarrow{H_2SO_4}$ Б $\xrightarrow{C_2H_5OH, H_2SO_4}$ В.

3. Б — органическое вещество (кислота).

4. В — органическое вещество (сложный эфир с приятным запахом).

5. $n(CO_2)_{\text{из В}} = 1.5 \cdot n(CO_2)_{\text{из Б}}$ при условии, что количества веществ $n(В) = n(Б)$.

Найти:

Формулы веществ А, Б, В и уравнения реакций.

Решение:

1. Из условия, что соль А окрашивает пламя горелки в желтый цвет, делаем вывод, что в её состав входит катион натрия ($Na^+$).

2. При взаимодействии соли А с серной кислотой образуется органическое вещество Б. Это реакция обмена, в которой сильная нелетучая серная кислота вытесняет более слабую летучую кислоту из её соли. Следовательно, А — это натриевая соль карбоновой кислоты, а Б — сама карбоновая кислота.

3. При взаимодействии вещества Б (карбоновой кислоты) с этиловым спиртом ($C_2H_5OH$) в присутствии серной кислоты образуется вещество В с приятным запахом. Это реакция этерификации, а вещество В — сложный эфир (этиловый эфир кислоты Б).

4. Установим молекулярную формулу кислоты Б. Пусть в молекуле кислоты Б содержится $n_Б$ атомов углерода. Уравнение её полного сгорания для 1 моль вещества в общем виде:

$C_{n_Б}H_yO_z + O_2 \rightarrow n_Б CO_2 + \frac{y}{2} H_2O$

Вещество В является этиловым эфиром кислоты Б, поэтому его молекула содержит на 2 атома углерода больше, чем молекула кислоты (за счет этильной группы $-C_2H_5$). Число атомов углерода в В равно $n_В = n_Б + 2$.

По условию, при сгорании равных молярных количеств веществ, из В образуется в 1,5 раза больше углекислого газа, чем из Б. Это означает, что количество атомов углерода в молекуле В в 1,5 раза больше, чем в молекуле Б.

$n_В = 1.5 \cdot n_Б$

Мы получили систему из двух уравнений:

$\begin{cases} n_В = n_Б + 2 \\ n_В = 1.5 \cdot n_Б \end{cases}$

Приравняем правые части уравнений:

$n_Б + 2 = 1.5 \cdot n_Б$

$0.5 \cdot n_Б = 2$

$n_Б = \frac{2}{0.5} = 4$

Следовательно, вещество Б — это карбоновая кислота, содержащая 4 атома углерода. Это бутановая (масляная) кислота, формула которой $CH_3CH_2CH_2COOH$.

Тогда вещество А — это натриевая соль бутановой кислоты, бутаноат натрия: $CH_3CH_2CH_2COONa$.

Вещество В — это этиловый эфир бутановой кислоты, этилбутаноат: $CH_3CH_2CH_2COOC_2H_5$. Проверим: в его молекуле $4 + 2 = 6$ атомов углерода, что согласуется с расчетом ($n_В = 1.5 \cdot n_Б = 1.5 \cdot 4 = 6$).

5. Запишем уравнения химических реакций:

1) Получение бутановой кислоты (Б) из бутаноата натрия (А):

$2CH_3CH_2CH_2COONa + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3CH_2CH_2COOH + Na_2SO_4$

2) Получение этилбутаноата (В) из бутановой кислоты (Б) и этилового спирта (реакция этерификации):

$CH_3CH_2CH_2COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3CH_2CH_2COOC_2H_5 + H_2O$

Ответ:

Формулы веществ:
А — бутаноат натрия, $CH_3CH_2CH_2COONa$.
Б — бутановая кислота, $CH_3CH_2CH_2COOH$.
В — этилбутаноат, $CH_3CH_2CH_2COOC_2H_5$.
Уравнения реакций:
1) $2CH_3CH_2CH_2COONa + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3CH_2CH_2COOH + Na_2SO_4$
2) $CH_3CH_2CH_2COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_3CH_2CH_2COOC_2H_5 + H_2O$