Номер 714, страница 161 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

714. Диэтиловый эфир щавелевой кислоты массой 7,3 г кипятили с 24,6 мл 20%-ного по массе раствора NaOH (плотность 1,22 г/мл). После полного гидролиза сложного эфира смесь выпарили досуха. Найдите массу полученного твердого остатка.

Дано:

масса диэтилового эфира щавелевой кислоты ($C_2H_5OOC-COOC_2H_5$) = 7,3 г

объем раствора $NaOH$ = 24,6 мл

массовая доля $NaOH$ = 20%

плотность раствора $NaOH$ = 1,22 г/мл

Найти:

массу твердого остатка ($m_{остатка}$) - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции щелочного гидролиза (омыления) диэтилового эфира щавелевой кислоты (диэтилоксалата):

$C_2H_5OOC-COOC_2H_5 + 2NaOH \rightarrow NaOOC-COONa + 2C_2H_5OH$

Продуктами реакции являются оксалат натрия ($Na_2C_2O_4$) и этиловый спирт ($C_2H_5OH$).

2. Рассчитаем количество вещества (в молях) реагентов.

Химическая формула диэтилоксалата - $C_6H_{10}O_4$. Найдем его молярную массу, используя целочисленные атомные массы (Ar(C)=12, Ar(H)=1, Ar(O)=16):

$M(C_6H_{10}O_4) = 6 \cdot 12 + 10 \cdot 1 + 4 \cdot 16 = 72 + 10 + 64 = 146 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества диэтилоксалата:

$n(C_6H_{10}O_4) = \frac{m}{M} = \frac{7,3 \text{ г}}{146 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем количество вещества гидроксида натрия ($NaOH$).

Сначала найдем массу раствора $NaOH$:

$m_{р-ра}(NaOH) = V \cdot \rho = 24,6 \text{ мл} \cdot 1,22 \text{ г/мл} = 30,012 \text{ г}$

Затем найдем массу чистого $NaOH$ в растворе:

$m(NaOH) = m_{р-ра}(NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 30,012 \text{ г} \cdot 0,20 = 6,0024 \text{ г}$

Найдем молярную массу $NaOH$ (Ar(Na)=23):

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества $NaOH$:

$n(NaOH) = \frac{m}{M} = \frac{6,0024 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} \approx 0,15 \text{ моль}$

3. Определим, какое из веществ находится в избытке.

Согласно уравнению реакции, на 1 моль сложного эфира требуется 2 моль $NaOH$. Следовательно, для реакции с 0,05 моль диэтилоксалата необходимо:

$n_{необх.}(NaOH) = 2 \cdot n(C_6H_{10}O_4) = 2 \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,10 \text{ моль}$

В наличии имеется 0,15 моль $NaOH$. Так как $0,15 \text{ моль} > 0,10 \text{ моль}$, гидроксид натрия находится в избытке, а диэтилоксалат является лимитирующим реагентом и прореагирует полностью.

4. Рассчитаем состав твердого остатка после выпаривания.

После полного гидролиза и последующего выпаривания смеси досуха в твердом остатке останутся только нелетучие вещества: образовавшийся оксалат натрия ($Na_2C_2O_4$) и избыток гидроксида натрия ($NaOH$). Этиловый спирт и вода испарятся.

Рассчитаем количество вещества избыточного $NaOH$:

$n_{изб.}(NaOH) = n_{исх.}(NaOH) - n_{прореаг.}(NaOH) = 0,15 \text{ моль} - 0,10 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$

Рассчитаем массу избыточного $NaOH$:

$m_{изб.}(NaOH) = n_{изб.}(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,05 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 2,0 \text{ г}$

По уравнению реакции, из 1 моль сложного эфира образуется 1 моль оксалата натрия. Значит, из 0,05 моль эфира образуется 0,05 моль соли.

$n(Na_2C_2O_4) = n(C_6H_{10}O_4) = 0,05 \text{ моль}$

Найдем молярную массу оксалата натрия ($Na_2C_2O_4$):

$M(Na_2C_2O_4) = 2 \cdot 23 + 2 \cdot 12 + 4 \cdot 16 = 46 + 24 + 64 = 134 \text{ г/моль}$

Рассчитаем массу образовавшегося оксалата натрия:

$m(Na_2C_2O_4) = n(Na_2C_2O_4) \cdot M(Na_2C_2O_4) = 0,05 \text{ моль} \cdot 134 \text{ г/моль} = 6,7 \text{ г}$

5. Найдем общую массу твердого остатка.

Масса твердого остатка равна сумме масс оксалата натрия и избытка гидроксида натрия:

$m_{остатка} = m(Na_2C_2O_4) + m_{изб.}(NaOH) = 6,7 \text{ г} + 2,0 \text{ г} = 8,7 \text{ г}$

Ответ: 8,7 г.