Номер 715, страница 161 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

715. Сложные эфиры масляной кислоты используются для приготовления фруктовых эссенций. Например, этиловый эфир масляной кислоты называют ананасной эссенцией. Какую массу ананасной эссенции можно получить при нагревании $24\text{ см}^3$ спирта (плотность $0,8\text{ г/см}^3$, массовая доля этанола $96\%$) и $55\text{ см}^3$ масляной кислоты (плотность $0,96\text{ г/см}^3$), если выход продукта реакции равен $75\%$?

$V_{р-ра(спирта)} = 24 \text{ см}^3$

$\rho_{р-ра(спирта)} = 0,8 \text{ г/см}^3$

$w(C_2H_5OH) = 96\% = 0,96$

$V_{кислоты} = 55 \text{ см}^3$

$\rho_{кислоты} = 0,96 \text{ г/см}^3$

$\eta = 75\% = 0,75$

$m_{практ}(этилбутирата) - ?$

1. Запишем уравнение реакции этерификации для получения этилового эфира масляной кислоты (ананасной эссенции) из этанола и масляной (бутановой) кислоты. Реакция является обратимой и протекает при нагревании в присутствии катализатора (обычно сильной кислоты).

$C_3H_7COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons C_3H_7COOC_2H_5 + H_2O$

2. Рассчитаем массы чистых веществ (реагентов), вступающих в реакцию.

Сначала найдем массу 96%-го раствора этанола:

$m_{р-ра(спирта)} = V_{р-ра(спирта)} \cdot \rho_{р-ра(спирта)} = 24 \text{ см}^3 \cdot 0,8 \text{ г/см}^3 = 19,2 \text{ г}$

Теперь определим массу чистого этанола ($C_2H_5OH$) в этом растворе:

$m(C_2H_5OH) = m_{р-ра(спирта)} \cdot w(C_2H_5OH) = 19,2 \text{ г} \cdot 0,96 = 18,432 \text{ г}$

Рассчитаем массу масляной кислоты ($C_3H_7COOH$):

$m(C_3H_7COOH) = V_{кислоты} \cdot \rho_{кислоты} = 55 \text{ см}^3 \cdot 0,96 \text{ г/см}^3 = 52,8 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы реагентов и продукта реакции (этилбутирата), используя относительные атомные массы: $Ar(C)=12, Ar(H)=1, Ar(O)=16$.

Молярная масса этанола $M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

Молярная масса масляной кислоты $M(C_3H_7COOH) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 88 \text{ г/моль}$

Молярная масса этилбутирата $M(C_3H_7COOC_2H_5) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 116 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) для каждого из реагентов.

$n(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{M(C_2H_5OH)} = \frac{18,432 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 0,4007 \text{ моль}$

$n(C_3H_7COOH) = \frac{m(C_3H_7COOH)}{M(C_3H_7COOH)} = \frac{52,8 \text{ г}}{88 \text{ г/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

5. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение реагентов составляет 1:1. Сравним количество молей реагентов:

$n(C_2H_5OH) = 0,4007 \text{ моль}$

$n(C_3H_7COOH) = 0,6 \text{ моль}$

Поскольку $0,4007 < 0,6$, этанол находится в недостатке, и он полностью вступит в реакцию. Масляная кислота взята в избытке. Расчет продукта будем вести по лимитирующему реагенту, то есть по этанолу.

6. Рассчитаем теоретически возможную массу продукта (этилбутирата), которая образовалась бы при 100% выходе реакции.

Из уравнения реакции следует, что количество вещества этилбутирата равно количеству вещества прореагировавшего этанола:

$n_{теор}(C_3H_7COOC_2H_5) = n(C_2H_5OH) \approx 0,4007 \text{ моль}$

Теперь найдем теоретическую массу этилбутирата. Для большей точности используем не округленное значение молей этанола:

$m_{теор}(C_3H_7COOC_2H_5) = n(C_2H_5OH) \cdot M(C_3H_7COOC_2H_5) = \frac{18,432}{46} \text{ моль} \cdot 116 \text{ г/моль} \approx 46,48 \text{ г}$

7. Рассчитаем практическую массу продукта, учитывая, что выход реакции составляет 75%.

$m_{практ}(C_3H_7COOC_2H_5) = m_{теор}(C_3H_7COOC_2H_5) \cdot \eta = 46,48 \text{ г} \cdot 0,75 = 34,86 \text{ г}$

масса ананасной эссенции, которую можно получить в данных условиях, составляет 34,86 г.