Номер 724, страница 163 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

724. Из определенного количества насыщенного одноатомного спирта можно получить либо 18,0 г альдегида, либо 14,0 г алкена. Установите формулу спирта. Какую массу сложного эфира можно получить из этого количества спирта и 12,0 г уксусной кислоты, если выход продукта реакции составит 75 %?

Дано:

$m(\text{альдегида}) = 18.0 \text{ г}$

$m(\text{алкена}) = 14.0 \text{ г}$

$m(CH_3COOH) = 12.0 \text{ г}$

$\eta = 75 \% = 0.75$

Найти:

Формула спирта - ?

$m(\text{сложного эфира})$ - ?

Решение:

Установление формулы спирта

Общая формула насыщенного одноатомного спирта - $C_nH_{2n+1}OH$.

При окислении первичного спирта образуется альдегид, а при внутримолекулярной дегидратации - алкен. Запишем схемы реакций в общем виде, где $n$ - число атомов углерода в молекуле спирта:

1) Окисление спирта до альдегида:

$C_nH_{2n+1}OH + [O] \rightarrow C_nH_{2n}O + H_2O$

Молярная масса альдегида $M(C_nH_{2n}O) = 12 \cdot n + 1 \cdot 2n + 16 = (14n + 16)$ г/моль.

2) Дегидратация спирта до алкена:

$C_nH_{2n+1}OH \xrightarrow{t, H_2SO_4(конц.)} C_nH_{2n} + H_2O$

Молярная масса алкена $M(C_nH_{2n}) = 12 \cdot n + 1 \cdot 2n = 14n$ г/моль.

По условию задачи, из одного и того же количества вещества ($\nu$) спирта получают альдегид и алкен. Следовательно, количества вещества альдегида и алкена равны:

$\nu(\text{альдегида}) = \nu(\text{алкена})$

Используя формулу $\nu = \frac{m}{M}$, составим уравнение:

$\frac{m(\text{альдегида})}{M(\text{альдегида})} = \frac{m(\text{алкена})}{M(\text{алкена})}$

$\frac{18.0}{14n + 16} = \frac{14.0}{14n}$

Решим это уравнение относительно $n$:

$18.0 \cdot 14n = 14.0 \cdot (14n + 16)$

$252n = 196n + 224$

$252n - 196n = 224$

$56n = 224$

$n = \frac{224}{56} = 4$

Таким образом, в молекуле спирта содержится 4 атома углерода. Его формула - $C_4H_9OH$. Так как при окислении образуется альдегид, это первичный спирт (бутанол-1 или 2-метилпропанол-1).

Ответ: Формула спирта $C_4H_9OH$.

Расчет массы сложного эфира

Сначала найдем количество вещества ($ \nu $) исходного спирта $C_4H_9OH$. Его можно вычислить по массе любого из продуктов:

$M(C_4H_8) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 56$ г/моль.

$\nu(C_4H_9OH) = \nu(C_4H_8) = \frac{m(C_4H_8)}{M(C_4H_8)} = \frac{14.0 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0.25$ моль.

Далее происходит реакция этерификации между этим количеством спирта и уксусной кислотой ($CH_3COOH$):

$C_4H_9OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOC_4H_9 + H_2O$

Найдем количество вещества уксусной кислоты:

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60$ г/моль.

$\nu(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{12.0 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.2$ моль.

Сравним количества вещества реагентов: $\nu(C_4H_9OH) = 0.25$ моль, а $\nu(CH_3COOH) = 0.2$ моль. Поскольку они реагируют в соотношении 1:1, уксусная кислота находится в недостатке и является лимитирующим реагентом. Расчет продукта (сложного эфира) будем вести по ней.

Теоретически возможное количество вещества сложного эфира (бутилацетата, $CH_3COOC_4H_9$) равно количеству вещества уксусной кислоты:

$\nu_{\text{теор.}}(CH_3COOC_4H_9) = \nu(CH_3COOH) = 0.2$ моль.

Практический выход продукта составляет 75 %, поэтому практическое количество вещества эфира будет:

$\nu_{\text{практ.}}(CH_3COOC_4H_9) = \nu_{\text{теор.}} \cdot \eta = 0.2 \text{ моль} \cdot 0.75 = 0.15$ моль.

Теперь найдем массу полученного сложного эфира. Сначала вычислим его молярную массу:

$M(CH_3COOC_4H_9) = M(C_6H_{12}O_2) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 72 + 12 + 32 = 116$ г/моль.

Масса сложного эфира:

$m(CH_3COOC_4H_9) = \nu_{\text{практ.}} \cdot M = 0.15 \text{ моль} \cdot 116 \text{ г/моль} = 17.4$ г.

Ответ: Масса сложного эфира составляет 17,4 г.