Номер 785, страница 184 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

785. Из мальтозы массой 34,2 г получили глюкозу, которую затем подвергли спиртовому брожению. Пары полученного спирта пропустили над раскаленной медной проволокой. Образовавшийся в ходе реакции альдегид окислили дихроматом калия в кислой среде и получили карбоновую кислоту. Напишите уравнения протекавших реакций. Известно, что выходы на 1—4-й стадиях описанного процесса составляют 90 %, 60 %, 75 % и 65 % соответственно. Какой объем раствора гидроксида натрия (массовая доля NaOH 10 %, плотность раствора $1,11 \text{ г}/\text{см}^3$) потребуется для нейтрализации полученной кислоты?

Уравнения протекавших реакций

Процесс состоит из четырех последовательных химических превращений:

Гидролиз мальтозы с образованием глюкозы:

$C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+, t} 2C_6H_{12}O_6$

Спиртовое брожение глюкозы с образованием этанола:

$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2 \uparrow$

Каталитическое окисление паров этанола над раскаленной медью до этаналя (уксусного альдегида):

$C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

Окисление этаналя дихроматом калия в кислой среде до уксусной кислоты:

$3CH_3CHO + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3COOH + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 4H_2O$

Ответ:

1. $C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+, t} 2C_6H_{12}O_6$

2. $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2 \uparrow$

3. $C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$

4. $3CH_3CHO + K_2Cr_2O_7 + 4H_2SO_4 \rightarrow 3CH_3COOH + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 4H_2O$

Расчет объема раствора гидроксида натрия для нейтрализации полученной кислоты

Дано:

$m(C_{12}H_{22}O_{11}) = 34,2 \text{ г}$

$\eta_1 = 90 \% = 0,90$

$\eta_2 = 60 \% = 0,60$

$\eta_3 = 75 \% = 0,75$

$\eta_4 = 65 \% = 0,65$

$w(NaOH) = 10 \% = 0,10$

$\rho(\text{р-ра } NaOH) = 1,11 \text{ г/см}^3$

Найти:

$V(\text{р-ра } NaOH) - ?$

Решение:

1. Вычислим молярную массу мальтозы:

$M(C_{12}H_{22}O_{11}) = 12 \cdot 12 + 22 \cdot 1 + 11 \cdot 16 = 342 \text{ г/моль}$

2. Найдем количество вещества (моль) исходной мальтозы:

$\nu(C_{12}H_{22}O_{11}) = \frac{m(C_{12}H_{22}O_{11})}{M(C_{12}H_{22}O_{11})} = \frac{34,2 \text{ г}}{342 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. Рассчитаем количество вещества конечного продукта — уксусной кислоты ($CH_3COOH$), последовательно учитывая выходы на каждой стадии.

Стадия 1: $C_{12}H_{22}O_{11} \rightarrow 2C_6H_{12}O_6$

Из 1 моль мальтозы теоретически получается 2 моль глюкозы. Практический выход глюкозы:

$\nu_1(C_6H_{12}O_6) = 2 \cdot \nu(C_{12}H_{22}O_{11}) \cdot \eta_1 = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} \cdot 0,90 = 0,18 \text{ моль}$

Стадия 2: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH$

Из 1 моль глюкозы теоретически получается 2 моль этанола. Практический выход этанола:

$\nu_2(C_2H_5OH) = 2 \cdot \nu_1(C_6H_{12}O_6) \cdot \eta_2 = 2 \cdot 0,18 \text{ моль} \cdot 0,60 = 0,216 \text{ моль}$

Стадия 3: $C_2H_5OH \rightarrow CH_3CHO$

Из 1 моль этанола теоретически получается 1 моль этаналя. Практический выход этаналя:

$\nu_3(CH_3CHO) = \nu_2(C_2H_5OH) \cdot \eta_3 = 0,216 \text{ моль} \cdot 0,75 = 0,162 \text{ моль}$

Стадия 4: $CH_3CHO \rightarrow CH_3COOH$ (стехиометрический коэффициент 1:1)

Из 1 моль этаналя теоретически получается 1 моль уксусной кислоты. Практический выход уксусной кислоты:

$\nu(CH_3COOH) = \nu_3(CH_3CHO) \cdot \eta_4 = 0,162 \text{ моль} \cdot 0,65 = 0,1053 \text{ моль}$

4. Рассчитаем объем раствора гидроксида натрия, необходимого для нейтрализации полученной уксусной кислоты.

Уравнение реакции нейтрализации:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

Из уравнения следует, что $\nu(NaOH) = \nu(CH_3COOH) = 0,1053 \text{ моль}$.

5. Найдем массу $NaOH$ и массу его раствора.

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

Масса $NaOH$: $m(NaOH) = \nu(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,1053 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 4,212 \text{ г}$.

Масса раствора $NaOH$:

$m(\text{р-ра } NaOH) = \frac{m(NaOH)}{w(NaOH)} = \frac{4,212 \text{ г}}{0,10} = 42,12 \text{ г}$.

6. Найдем объем раствора $NaOH$.

$V(\text{р-ра } NaOH) = \frac{m(\text{р-ра } NaOH)}{\rho(\text{р-ра } NaOH)} = \frac{42,12 \text{ г}}{1,11 \text{ г/см}^3} \approx 37,946 \text{ см}^3$.

Округляя до трех значащих цифр, получаем $37,9 \text{ см}^3$ (или 37,9 мл).

Ответ: для нейтрализации полученной кислоты потребуется 37,9 см³ раствора гидроксида натрия.