Номер 849, страница 199 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

849. Смесь бензола, фенола и анилина массой 24 г обработали избытком соляной кислоты, при этом масса органического слоя уменьшилась на 5,4 г. При обработке высушенного органического слоя избытком металлического натрия выделилось 896 мл газа (н. у.). Определите массы веществ в исходной смеси. Растворимостью фенола в соляной кислоте пренебречь.

Дано:

$m(\text{смеси}) = 24 \text{ г}$
$\Delta m(\text{орг. слоя}) = 5,4 \text{ г}$
$V(\text{газа}) = 896 \text{ мл}$

$V(\text{газа}) = 896 \text{ мл} = 0,896 \text{ л}$

Найти:

$m(\text{C}_6\text{H}_6) - ?$
$m(\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}) - ?$
$m(\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2) - ?$

Решение:

Исходная смесь состоит из бензола ($C_6H_6$), фенола ($C_6H_5OH$) и анилина ($C_6H_5NH_2$).

1. При обработке смеси избытком соляной кислоты ($HCl$) происходит реакция только с анилином, так как он обладает основными свойствами. Бензол и фенол (слабая кислота) с соляной кислотой не реагируют.
Уравнение реакции анилина с соляной кислотой:
$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]Cl$
Образующийся хлорид фениламмония — это соль, растворимая в воде (в водном растворе HCl), поэтому анилин переходит из органического слоя в водный. Уменьшение массы органического слоя соответствует массе прореагировавшего анилина.
Следовательно, масса анилина в исходной смеси:
$m(C_6H_5NH_2) = \Delta m(\text{орг. слоя}) = 5,4 \text{ г}$

2. После отделения водного слоя органический слой, содержащий бензол и фенол, высушили и обработали избытком металлического натрия ($Na$). С натрием будет реагировать только фенол, так как у него есть подвижный атом водорода в гидроксильной группе. Бензол с натрием не реагирует.
Уравнение реакции фенола с натрием:
$2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2\uparrow$
Выделившийся газ — это водород ($H_2$). Найдем его количество вещества (в молях) по объему, выделившемуся при нормальных условиях (н. у.).
Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.
$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{0,896 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,04 \text{ моль}$
По уравнению реакции, из 2 моль фенола образуется 1 моль водорода. Следовательно, количество вещества фенола в два раза больше количества вещества водорода:
$n(C_6H_5OH) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 0,04 \text{ моль} = 0,08 \text{ моль}$
Теперь найдем массу фенола. Молярная масса фенола:
$M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 94 \text{ г/моль}$
$m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,08 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 7,52 \text{ г}$

3. Массу бензола найдем, вычитая из общей массы смеси массы анилина и фенола.
$m(C_6H_6) = m(\text{смеси}) - m(C_6H_5NH_2) - m(C_6H_5OH)$
$m(C_6H_6) = 24 \text{ г} - 5,4 \text{ г} - 7,52 \text{ г} = 11,08 \text{ г}$

Ответ: масса анилина в смеси составляет 5,4 г, масса фенола — 7,52 г, масса бензола — 11,08 г.