Номер 735, страница 165 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

735. Имеется смесь этилового эфира уксусной кислоты и метилового эфира пропионовой кислоты. К смеси добавили $23,7 \text{ см}^3$ 20%-ного по массе раствора КОН (плотность $1,18 \text{ г/см}^3$) и нагревали до полного гидролиза сложных эфиров. Для нейтрализации избытка щелочи потребовалось $13,9 \text{ см}^3$ 10%-ной по массе соляной кислоты (плотность $1,05 \text{ г/см}^3$). Найдите массу смеси сложных эфиров.

Дано:

Смесь: этиловый эфир уксусной кислоты ($CH_3COOC_2H_5$) и метиловый эфир пропионовой кислоты ($C_2H_5COOCH_3$)

$V(\text{р-ра } KOH) = 23,7 \text{ см}^3$

$\omega(KOH) = 20\% = 0,20$

$\rho(\text{р-ра } KOH) = 1,18 \text{ г/см}^3$

$V(\text{р-ра } HCl) = 13,9 \text{ см}^3$

$\omega(HCl) = 10\% = 0,10$

$\rho(\text{р-ра } HCl) = 1,05 \text{ г/см}^3$

Найти:

$m(\text{смеси сложных эфиров}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения химических реакций. Этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат) и метиловый эфир пропионовой кислоты (метилпропионат) являются изомерами, их общая химическая формула $C_4H_8O_2$.

Реакции щелочного гидролиза (омыления) сложных эфиров:

$CH_3COOC_2H_5 + KOH \rightarrow CH_3COOK + C_2H_5OH$

$C_2H_5COOCH_3 + KOH \rightarrow C_2H_5COOK + CH_3OH$

Из уравнений видно, что оба сложных эфира реагируют с гидроксидом калия в мольном соотношении 1:1.

Реакция нейтрализации избытка щелочи соляной кислотой:

$KOH_{изб.} + HCl \rightarrow KCl + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:

$M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

$M(C_4H_8O_2) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 88 \text{ г/моль}$

3. Определим массу и количество вещества (моль) гидроксида калия, изначально добавленного к смеси.

Масса раствора $KOH$: $m_{р-ра}(KOH) = V \cdot \rho = 23,7 \text{ см}^3 \cdot 1,18 \text{ г/см}^3 = 27,966 \text{ г}$

Масса чистого $KOH$: $m_{общ}(KOH) = m_{р-ра}(KOH) \cdot \omega(KOH) = 27,966 \text{ г} \cdot 0,20 = 5,5932 \text{ г}$

Количество вещества $KOH$: $n_{общ}(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{5,5932 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} \approx 0,09988 \text{ моль}$

4. Определим массу и количество вещества соляной кислоты, которая пошла на нейтрализацию избытка щелочи.

Масса раствора $HCl$: $m_{р-ра}(HCl) = V \cdot \rho = 13,9 \text{ см}^3 \cdot 1,05 \text{ г/см}^3 = 14,595 \text{ г}$

Масса чистого $HCl$: $m(HCl) = m_{р-ра}(HCl) \cdot \omega(HCl) = 14,595 \text{ г} \cdot 0,10 = 1,4595 \text{ г}$

Количество вещества $HCl$: $n(HCl) = \frac{m(HCl)}{M(HCl)} = \frac{1,4595 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,0400 \text{ моль}$

5. Из уравнения реакции нейтрализации следует, что количество вещества избыточного $KOH$ равно количеству вещества $HCl$.

$n_{изб}(KOH) = n(HCl) \approx 0,0400 \text{ моль}$

6. Найдем количество вещества $KOH$, которое прореагировало со смесью сложных эфиров.

$n_{реаг}(KOH) = n_{общ}(KOH) - n_{изб}(KOH) = 0,09988 \text{ моль} - 0,0400 \text{ моль} = 0,05988 \text{ моль}$

7. Так как оба эфира реагируют с $KOH$ в соотношении 1:1, общее количество вещества смеси эфиров равно количеству вещества $KOH$, вступившего в реакцию гидролиза.

$n(\text{смеси эфиров}) = n_{реаг}(KOH) = 0,05988 \text{ моль}$

8. Найдем массу исходной смеси сложных эфиров. Поскольку они являются изомерами, их молярная масса одинакова.

$m(\text{смеси эфиров}) = n(\text{смеси эфиров}) \cdot M(C_4H_8O_2) = 0,05988 \text{ моль} \cdot 88 \text{ г/моль} \approx 5,27 \text{ г}$

Ответ: масса смеси сложных эфиров составляет 5,27 г.