Номер 852, страница 200 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

852. Бензольный раствор, содержащий смесь гептанамина-1 и фенола, разделили на две равные порции. При добавлении к первой порции избытка бромной воды выпал белый осадок массой 33,1 г. В стакан со второй порцией смеси пропускали бромоводород до окончания реакции. При этом масса стакана увеличилась на 12,15 г, а в стакане образовалась неоднородная смесь. Вычислите, какая масса водного раствора гидроксида натрия с массовой долей щелочи 8 % сможет прореагировать с этой неоднородной смесью.

Дано:

$m(осадка) = 33,1 \text{ г}$

$\Delta m(стакана) = 12,15 \text{ г}$

$w(NaOH) = 8\% = 0,08$

Найти:

$m_{р-ра}(NaOH) - ?$

Решение:

Исходный бензольный раствор, содержащий смесь гептанамина-1 ($C_7H_{15}NH_2$) и фенола ($C_6H_5OH$), разделили на две равные порции.

1. Рассмотрим первую порцию. При добавлении избытка бромной воды ($Br_2$) фенол вступает в реакцию, образуя белый осадок 2,4,6-трибромфенола. Гептанамина-1, будучи алифатическим амином, с бромной водой в данных условиях не реагирует с образованием осадка.

Уравнение реакции фенола с бромной водой:

$C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH \downarrow + 3HBr$

Вычислим молярную массу 2,4,6-трибромфенола ($C_6H_2Br_3OH$):

$M(C_6H_2Br_3OH) = 6 \cdot 12,01 + 3 \cdot 1,008 + 3 \cdot 79,90 + 16,00 \approx 331 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества (моль) выпавшего осадка:

$n(C_6H_2Br_3OH) = \frac{m}{M} = \frac{33,1 \text{ г}}{331 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Согласно стехиометрии реакции, количество вещества фенола в первой порции равно количеству вещества 2,4,6-трибромфенола:

$n(C_6H_5OH) = n(C_6H_2Br_3OH) = 0,1 \text{ моль}$

2. Рассмотрим вторую порцию. Так как порции равны, во второй порции также содержится $0,1 \text{ моль}$ фенола.

Через вторую порцию пропускали бромоводород ($HBr$). Бромоводород является кислотой и реагирует с гептанамина-1, который проявляет основные свойства. Фенол является очень слабой кислотой и с $HBr$ не реагирует. Увеличение массы стакана равно массе поглощенного $HBr$.

Уравнение реакции гептанамина-1 с бромоводородом:

$C_7H_{15}NH_2 + HBr \rightarrow [C_7H_{15}NH_3]Br$

Масса прореагировавшего $HBr$ равна $12,15 \text{ г}$. Вычислим молярную массу $HBr$:

$M(HBr) = 1,008 + 79,90 \approx 81 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества прореагировавшего $HBr$:

$n(HBr) = \frac{m}{M} = \frac{12,15 \text{ г}}{81 \text{ г/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества гептанамина-1 во второй порции равно количеству вещества $HBr$:

$n(C_7H_{15}NH_2) = n(HBr) = 0,15 \text{ моль}$

3. После реакции с $HBr$ во втором стакане образовалась неоднородная смесь, содержащая продукт реакции — бромид гептиламмония ($[C_7H_{15}NH_3]Br$) в количестве $0,15 \text{ моль}$ и непрореагировавший фенол ($C_6H_5OH$) в количестве $0,1 \text{ моль}$.

4. Вычислим массу раствора гидроксида натрия ($NaOH$), который прореагирует с этой смесью. Гидроксид натрия — сильное основание, он будет реагировать и с фенолом (проявляющим кислотные свойства), и с бромидом гептиламмония (солью слабого основания и сильной кислоты).

Реакция с фенолом:

$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$

Для этой реакции потребуется $n_1(NaOH) = n(C_6H_5OH) = 0,1 \text{ моль}$.

Реакция с бромидом гептиламмония:

$[C_7H_{15}NH_3]Br + NaOH \rightarrow C_7H_{15}NH_2 + NaBr + H_2O$

Для этой реакции потребуется $n_2(NaOH) = n([C_7H_{15}NH_3]Br) = 0,15 \text{ моль}$.

Общее количество вещества $NaOH$, необходимое для полной реакции:

$n_{общ}(NaOH) = n_1(NaOH) + n_2(NaOH) = 0,1 \text{ моль} + 0,15 \text{ моль} = 0,25 \text{ моль}$

Вычислим массу чистого $NaOH$. Молярная масса $M(NaOH) = 22,99 + 16,00 + 1,008 \approx 40 \text{ г/моль}$.

$m(NaOH) = n_{общ} \cdot M = 0,25 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 10 \text{ г}$

Теперь вычислим массу 8% раствора $NaOH$, содержащего 10 г щелочи:

$m_{р-ра}(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{w(NaOH)} = \frac{10 \text{ г}}{0,08} = 125 \text{ г}$

Ответ: 125 г.