Номер 850, страница 199 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

850. Через 85,0 г смеси бензола, фенола и анилина пропускали сухой бромоводород до окончания реакции, при этом в осадок выпала соль. Осадок отфильтровали.

К фильтрату добавили избыток водного раствора гидроксида натрия. Жидкий органический слой отделили. Его масса составила 40 г. Из водной фазы выделили 37,12 г фенолята натрия. Определите массу соли, которая выпала в осадок в описанном эксперименте.

Дано:

$m(\text{смеси}) = 85,0 \text{ г}$

$m(\text{органического слоя}) = 40 \text{ г}$

$m(C_6H_5ONa) = 37,12 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Проанализируем последовательность химических превращений и составим уравнения реакций. Исходная смесь состоит из бензола ($C_6H_6$), фенола ($C_6H_5OH$) и анилина ($C_6H_5NH_2$).

При пропускании через смесь сухого бромоводорода (HBr) в реакцию вступает только анилин, обладающий основными свойствами. Бензол и фенол с сухим HBr не реагируют. Анилин образует соль — бромид фениламмония, которая в данных условиях выпадает в виде твердого осадка.

Уравнение реакции:

$C_6H_5NH_2 + HBr \rightarrow C_6H_5NH_3Br \downarrow$

Осадок ($C_6H_5NH_3Br$) отфильтровывают. В фильтрате остаются бензол и фенол.

К фильтрату добавляют избыток водного раствора гидроксида натрия (NaOH). Фенол, проявляя кислотные свойства, реагирует с сильным основанием, а бензол — нет.

Уравнение реакции:

$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$

В результате образуются два слоя: водный, содержащий растворимый фенолят натрия ($C_6H_5ONa$), и органический, представляющий собой чистый бензол ($C_6H_6$).

2. Произведем расчеты для определения состава исходной смеси.

Масса отделенного жидкого органического слоя — это масса бензола в исходной смеси. $m(C_6H_6) = 40 \text{ г}$.

Теперь рассчитаем массу фенола, исходя из массы полученного фенолята натрия ($C_6H_5ONa$). Для этого найдем их молярные массы:

$M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 94 \text{ г/моль}$

$M(C_6H_5ONa) = 6 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 16 + 23 = 116 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества (моль) образовавшегося фенолята натрия:

$\nu(C_6H_5ONa) = \frac{m(C_6H_5ONa)}{M(C_6H_5ONa)} = \frac{37,12 \text{ г}}{116 \text{ г/моль}} = 0,32 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции $C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$, вещества реагируют в соотношении 1:1, следовательно, количество вещества фенола в смеси было таким же:

$\nu(C_6H_5OH) = \nu(C_6H_5ONa) = 0,32 \text{ моль}$

Масса фенола в исходной смеси:

$m(C_6H_5OH) = \nu(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,32 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 30,08 \text{ г}$

Зная общую массу смеси и массы бензола и фенола, найдем массу анилина:

$m(C_6H_5NH_2) = m(\text{смеси}) - m(C_6H_6) - m(C_6H_5OH)$

$m(C_6H_5NH_2) = 85,0 \text{ г} - 40 \text{ г} - 30,08 \text{ г} = 14,92 \text{ г}$

3. Рассчитаем массу соли (бромида фениламмония), которая выпала в осадок.

Найдем молярные массы анилина и его соли:

$M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 93 \text{ г/моль}$

$M(C_6H_5NH_3Br) = M(C_6H_5NH_2) + M(HBr) = 93 + (1+80) = 174 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества анилина:

$\nu(C_6H_5NH_2) = \frac{m(C_6H_5NH_2)}{M(C_6H_5NH_2)} = \frac{14,92 \text{ г}}{93 \text{ г/моль}}$

По уравнению реакции $C_6H_5NH_2 + HBr \rightarrow C_6H_5NH_3Br$, количество вещества образовавшейся соли равно количеству вещества прореагировавшего анилина:

$\nu(C_6H_5NH_3Br) = \nu(C_6H_5NH_2) = \frac{14,92}{93} \text{ моль}$

Найдем массу выпавшей в осадок соли:

$m(C_6H_5NH_3Br) = \nu(C_6H_5NH_3Br) \cdot M(C_6H_5NH_3Br) = \frac{14,92}{93} \text{ моль} \cdot 174 \text{ г/моль} = 27,92 \text{ г}$

Ответ: масса соли, которая выпала в осадок, составляет 27,92 г.