Номер 853, страница 200 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

853. *К смеси фенола, анилина и диэтилового эфира добавляли водный раствор гидроксида натрия до окончания реакции (учтите, что диэтиловый эфир с гидроксидом натрия не реагирует). При этом было затрачено $50 \text{ мл}$ раствора с концентрацией $\text{NaOH}$ $0,4 \text{ моль/л}$. Органический слой отделили и пропустили через него избыток бромоводорода, при этом выпало $5,22 \text{ г}$ осадка. Осадок отфильтровали, масса фильтрата составила $38,9 \text{ г}$. При добавлении к фильтрату водного раствора нитрата серебра выпало $7,52 \text{ г}$ светло-желтого осадка. Определите массы веществ в исходной смеси.

Дано:

Исходная смесь: фенол ($C_6H_5OH$), анилин ($C_6H_5NH_2$), диэтиловый эфир (($C_2H_5)_2O$).
$V(p-pa~NaOH) = 50 \text{ мл}$
$C(NaOH) = 0.4 \text{ моль/л}$
$m_{осадка1} = 5.22 \text{ г}$
$m_{фильтрата} = 38.9 \text{ г}$
$m_{осадка2} = 7.52 \text{ г}$

$V(p-pa~NaOH) = 50 \text{ мл} = 0.05 \text{ л}$

Найти:

$m(C_6H_5OH) - ?$
$m(C_6H_5NH_2) - ?$
$m((C_2H_5)_2O) - ?$

Решение:

Запишем уравнения реакций, происходящих в ходе эксперимента, и проанализируем каждый этап.

1. При добавлении водного раствора гидроксида натрия к исходной смеси, только фенол, обладающий кислотными свойствами, вступает в реакцию. Анилин (слабое основание) и диэтиловый эфир (нейтральное вещество) не реагируют с $NaOH$.

$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$

Образующийся фенолят натрия ($C_6H_5ONa$) является солью и хорошо растворим в воде, поэтому он переходит в водный слой. В органическом слое остаются анилин и диэтиловый эфир.

2. Органический слой, содержащий анилин и диэтиловый эфир, отделяют и пропускают через него избыток бромоводорода ($HBr$). Анилин, как основание, реагирует с кислотой с образованием соли.

$C_6H_5NH_2 + HBr \rightarrow C_6H_5NH_3Br \downarrow$

Выпавший осадок – это бромид фениламмония ($C_6H_5NH_3Br$). Его масса составляет 5,22 г.

3. После фильтрования осадка, в фильтрате остаются диэтиловый эфир и избыток бромоводорода, который не прореагировал с анилином. При добавлении к фильтрату водного раствора нитрата серебра ($AgNO_3$) происходит качественная реакция на бромид-ион:

$HBr + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + HNO_3$

Выпавший светло-желтый осадок – это бромид серебра ($AgBr$). Его масса составляет 7,52 г.

На основе этих данных проведем расчеты для определения масс каждого компонента исходной смеси.

1. Определение массы фенола ($C_6H_5OH$)

Массу фенола находим, исходя из количества гидроксида натрия, вступившего в реакцию.

Найдем количество вещества $NaOH$ в растворе:

$n(NaOH) = C(NaOH) \cdot V(p-pa~NaOH) = 0.4 \text{ моль/л} \cdot 0.05 \text{ л} = 0.02 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции $C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$, вещества реагируют в мольном соотношении 1:1, следовательно:

$n(C_6H_5OH) = n(NaOH) = 0.02 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу фенола:

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

Найдем массу фенола в исходной смеси:

$m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0.02 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 1.88 \text{ г}$

Ответ: масса фенола в исходной смеси составляет 1,88 г.

2. Определение массы анилина ($C_6H_5NH_2$)

Массу анилина найдем из массы образовавшегося осадка бромида фениламмония ($C_6H_5NH_3Br$), которая по условию равна 5,22 г.

Вычислим молярную массу бромида фениламмония:

$M(C_6H_5NH_3Br) = 6 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 14 + 80 = 174 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества бромида фениламмония:

$n(C_6H_5NH_3Br) = \frac{m(C_6H_5NH_3Br)}{M(C_6H_5NH_3Br)} = \frac{5.22 \text{ г}}{174 \text{ г/моль}} = 0.03 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции $C_6H_5NH_2 + HBr \rightarrow C_6H_5NH_3Br$, вещества реагируют в мольном соотношении 1:1, следовательно:

$n(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_3Br) = 0.03 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу анилина:

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

Найдем массу анилина в исходной смеси:

$m(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0.03 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 2.79 \text{ г}$

Ответ: масса анилина в исходной смеси составляет 2,79 г.

3. Определение массы диэтилового эфира (($C_2H_5)_2O$)

Массу диэтилового эфира найдем из массы фильтрата. Фильтрат массой 38,9 г состоит из диэтилового эфира и избытка бромоводорода ($HBr$).

$m_{фильтрата} = m((C_2H_5)_2O) + m_{изб.}(HBr)$

Массу избыточного $HBr$ определим по массе осадка бромида серебра ($AgBr$), которая по условию равна 7,52 г.

Вычислим молярную массу бромида серебра:

$M(AgBr) = 108 + 80 = 188 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества $AgBr$:

$n(AgBr) = \frac{m(AgBr)}{M(AgBr)} = \frac{7.52 \text{ г}}{188 \text{ г/моль}} = 0.04 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции $HBr + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + HNO_3$, вещества реагируют в мольном соотношении 1:1, следовательно, количество вещества избыточного $HBr$ равно количеству вещества $AgBr$:

$n_{изб.}(HBr) = n(AgBr) = 0.04 \text{ моль}$

Вычислим молярную массу $HBr$:

$M(HBr) = 1 + 80 = 81 \text{ г/моль}$

Найдем массу избыточного $HBr$ в фильтрате:

$m_{изб.}(HBr) = n_{изб.}(HBr) \cdot M(HBr) = 0.04 \text{ моль} \cdot 81 \text{ г/моль} = 3.24 \text{ г}$

Теперь можем найти массу диэтилового эфира, вычитая массу избыточного $HBr$ из общей массы фильтрата:

$m((C_2H_5)_2O) = m_{фильтрата} - m_{изб.}(HBr) = 38.9 \text{ г} - 3.24 \text{ г} = 35.66 \text{ г}$

Ответ: масса диэтилового эфира в исходной смеси составляет 35,66 г.