Номер 716, страница 161 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

716. Сложные эфиры используются для приготовления фруктовых эссенций. Например, сложный эфир изоамилового спирта (3-метилбутанола-1) и уксусной кислоты называют грушевой эссенцией. Смесь изоамилового спирта и уксусной кислоты (масса смеси 50 г) разделили на две равные части. Первую часть обработали избытком гидрокарбоната калия и получили 4,93 л (н. у.) газа. При нагревании второй части смеси в присутствии катализатора было получено 10,8 г грушевой эссенции. Определите выход реакции этерификации.

Дано:

Масса смеси (изоамиловый спирт + уксусная кислота), $m_{смеси} = 50 \text{ г}$
Смесь разделена на 2 равные части.
Объем газа (из 1-й части), $V(CO_2) = 4,93 \text{ л}$ (н.у.)
Масса практическая эфира (из 2-й части), $m_{практ}(эфира) = 10,8 \text{ г}$

Найти:

Выход реакции этерификации, $\eta$ - ?

Решение:

1. Исходную смесь массой 50 г разделили на две равные части. Найдем массу каждой части:
$m_{части} = \frac{m_{смеси}}{2} = \frac{50 \text{ г}}{2} = 25 \text{ г}$

2. Первую часть смеси обработали избытком гидрокарбоната калия. С гидрокарбонатом калия реагирует только уксусная кислота, изоамиловый спирт в реакцию не вступает. Выделяется углекислый газ.
Уравнение реакции:
$CH_3COOH + KHCO_3 \rightarrow CH_3COOK + H_2O + CO_2\uparrow$

3. Найдем количество вещества выделившегося углекислого газа, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ л/моль}$):
$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{4,93 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,22 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, количество вещества уксусной кислоты равно количеству вещества углекислого газа:
$n(CH_3COOH) = n(CO_2) = 0,22 \text{ моль}$

5. Найдем массу уксусной кислоты в первой (а значит, и во второй) части смеси. Молярная масса уксусной кислоты $M(CH_3COOH) = 60 \text{ г/моль}$.
$m(CH_3COOH) = n(CH_3COOH) \cdot M(CH_3COOH) = 0,22 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} = 13,2 \text{ г}$

6. Теперь найдем массу и количество вещества изоамилового спирта (3-метилбутанола-1, $C_5H_{11}OH$) в каждой части смеси.
$m(C_5H_{11}OH) = m_{части} - m(CH_3COOH) = 25 \text{ г} - 13,2 \text{ г} = 11,8 \text{ г}$
Молярная масса изоамилового спирта $M(C_5H_{11}OH) = 88 \text{ г/моль}$.
$n(C_5H_{11}OH) = \frac{m(C_5H_{11}OH)}{M(C_5H_{11}OH)} = \frac{11,8 \text{ г}}{88 \text{ г/моль}} \approx 0,134 \text{ моль}$

7. Вторую часть смеси нагрели для проведения реакции этерификации с целью получения грушевой эссенции (изоамилацетата).
Уравнение реакции:
$CH_3COOH + C_5H_{11}OH \rightleftharpoons CH_3COOC_5H_{11} + H_2O$

8. Определим, какой из реагентов находится в недостатке. Для реакции требуется 1 моль кислоты на 1 моль спирта.
У нас есть $n(CH_3COOH) \approx 0,22 \text{ моль}$ и $n(C_5H_{11}OH) \approx 0,134 \text{ моль}$.
Так как $0,134 < 0,22$, изоамиловый спирт находится в недостатке. Расчет теоретического выхода продукта ведем по реагенту в недостатке.

9. По уравнению реакции, теоретически возможное количество вещества сложного эфира (изоамилацетата) равно количеству вещества спирта:
$n_{теор}(эфира) = n(C_5H_{11}OH) \approx 0,134 \text{ моль}$

10. Найдем теоретическую массу эфира. Молярная масса изоамилацетата $M(CH_3COOC_5H_{11}) = 130 \text{ г/моль}$.
$m_{теор}(эфира) = n_{теор}(эфира) \cdot M(эфира) = 0,134 \text{ моль} \cdot 130 \text{ г/моль} \approx 17,42 \text{ г}$

11. Найдем выход реакции этерификации ($\eta$), зная практическую массу полученного эфира ($m_{практ}(эфира) = 10,8 \text{ г}$).
$\eta = \frac{m_{практ}(эфира)}{m_{теор}(эфира)} \cdot 100\% = \frac{10,8 \text{ г}}{17,42 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 62\%$

Ответ: выход реакции этерификации составляет 62%.