Номер 854, страница 201 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

854. Смесь массой 14,94 г, содержащую уксусную кислоту и гидросульфат амина, разделили на две равные части. Первую часть смеси обработали 72,7 мл 10%-ного (по массе) раствора гидроксида натрия (плотность 1,1 г/мл). Полученный раствор нагревали до полного удаления амина. После этого для нейтрализации раствора потребовалось 27,8 мл 10%-ной (по массе) соляной кислоты (плотность 1,05 г/мл). При обработке второй части смеси уксусной кислоты и гидросульфата амина избытком водного раствора нитрата бария выделился осадок массой 6,99 г. Установите молекулярную формулу амина и напишите уравнения реакций.

Дано:

$m(смеси_{общ}) = 14,94 \text{ г}$
Состав смеси: уксусная кислота ($CH_3COOH$) и гидросульфат амина ($RNH_3HSO_4$)
Смесь разделена на 2 равные части.
Для первой части:
$V(р-ра \text{ } NaOH) = 72,7 \text{ мл}$
$\omega(NaOH) = 10\%$
$\rho(р-ра \text{ } NaOH) = 1,1 \text{ г/мл}$
$V(р-ра \text{ } HCl) = 27,8 \text{ мл}$
$\omega(HCl) = 10\%$
$\rho(р-ра \text{ } HCl) = 1,05 \text{ г/мл}$
Для второй части:
$m(осадка) = 6,99 \text{ г}$

Найти:

Молекулярную формулу амина ($RNH_2$)
Уравнения реакций

Решение:

1. Найдем массу каждой из двух равных частей смеси:

$m(части) = m(смеси_{общ}) / 2 = 14,94 \text{ г} / 2 = 7,47 \text{ г}$

2. Проанализируем эксперимент со второй частью смеси. При добавлении избытка раствора нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$) к смеси уксусной кислоты и гидросульфата амина, в осадок выпадает только сульфат бария ($BaSO_4$):

$RNH_3HSO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + RNH_3NO_3 + HNO_3$

Найдем количество вещества ($n$) выпавшего осадка $BaSO_4$:

$M(BaSO_4) = 137,3 + 32,1 + 4 \cdot 16,0 = 233,4 \text{ г/моль}$

$n(BaSO_4) = m(BaSO_4) / M(BaSO_4) = 6,99 \text{ г} / 233,4 \text{ г/моль} \approx 0,03 \text{ моль}$

Из уравнения реакции следует, что количество вещества гидросульфата амина в одной части смеси также равно 0,03 моль:

$n(RNH_3HSO_4) = n(BaSO_4) = 0,03 \text{ моль}$

3. Проанализируем эксперимент с первой частью смеси. Вычислим количество вещества добавленного гидроксида натрия ($NaOH$) и соляной кислоты ($HCl$).

Количество вещества $NaOH$:

$m(р-ра \text{ } NaOH) = V \cdot \rho = 72,7 \text{ мл} \cdot 1,1 \text{ г/мл} = 79,97 \text{ г}$

$m(NaOH) = m(р-ра) \cdot \omega = 79,97 \text{ г} \cdot 0,10 = 7,997 \text{ г}$

$M(NaOH) = 23,0 + 16,0 + 1,0 = 40,0 \text{ г/моль}$

$n(NaOH)_{добавлено} = m / M = 7,997 \text{ г} / 40,0 \text{ г/моль} \approx 0,2 \text{ моль}$

Количество вещества $HCl$, пошедшего на нейтрализацию избытка $NaOH$:

$m(р-ра \text{ } HCl) = V \cdot \rho = 27,8 \text{ мл} \cdot 1,05 \text{ г/мл} = 29,19 \text{ г}$

$m(HCl) = m(р-ра) \cdot \omega = 29,19 \text{ г} \cdot 0,10 = 2,919 \text{ г}$

$M(HCl) = 1,0 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

$n(HCl) = m / M = 2,919 \text{ г} / 36,5 \text{ г/моль} \approx 0,08 \text{ моль}$

Из уравнения реакции нейтрализации $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$ следует:

$n(NaOH)_{избыток} = n(HCl) = 0,08 \text{ моль}$

4. Найдем количество вещества $NaOH$, прореагировавшего с компонентами смеси:

$n(NaOH)_{прореаг} = n(NaOH)_{добавлено} - n(NaOH)_{избыток} = 0,2 - 0,08 = 0,12 \text{ моль}$

Гидроксид натрия реагирует как с уксусной кислотой, так и с гидросульфатом амина:

(1) $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

(2) $RNH_3HSO_4 + 2NaOH \rightarrow RNH_2 \uparrow + Na_2SO_4 + 2H_2O$

Количество $NaOH$, вступившего в реакцию (2):

$n(NaOH)_{(2)} = 2 \cdot n(RNH_3HSO_4) = 2 \cdot 0,03 \text{ моль} = 0,06 \text{ моль}$

Тогда количество $NaOH$, вступившего в реакцию (1), равно:

$n(NaOH)_{(1)} = n(NaOH)_{прореаг} - n(NaOH)_{(2)} = 0,12 - 0,06 = 0,06 \text{ моль}$

Из уравнения (1) следует, что количество вещества уксусной кислоты в одной части смеси:

$n(CH_3COOH) = n(NaOH)_{(1)} = 0,06 \text{ моль}$

Установите молекулярную формулу амина

Зная количественный состав одной части смеси ($0,06 \text{ моль } CH_3COOH$ и $0,03 \text{ моль } RNH_3HSO_4$), найдем молярную массу амина.

Масса уксусной кислоты в смеси:

$M(CH_3COOH) = 12,0 \cdot 2 + 1,0 \cdot 4 + 16,0 \cdot 2 = 60,0 \text{ г/моль}$

$m(CH_3COOH) = n \cdot M = 0,06 \text{ моль} \cdot 60,0 \text{ г/моль} = 3,60 \text{ г}$

Масса гидросульфата амина в смеси:

$m(RNH_3HSO_4) = m(части) - m(CH_3COOH) = 7,47 \text{ г} - 3,60 \text{ г} = 3,87 \text{ г}$

Молярная масса гидросульфата амина:

$M(RNH_3HSO_4) = m / n = 3,87 \text{ г} / 0,03 \text{ моль} = 129 \text{ г/моль}$

Молярная масса гидросульфата амина равна сумме молярных масс амина и серной кислоты ($M(RNH_3HSO_4) = M(RNH_2) + M(H_2SO_4)$):

$M(H_2SO_4) = 1,0 \cdot 2 + 32,1 + 16,0 \cdot 4 = 98,1 \text{ г/моль}$

$M(RNH_2) = M(RNH_3HSO_4) - M(H_2SO_4) = 129 \text{ г/моль} - 98,1 \text{ г/моль} \approx 31 \text{ г/моль}$

Для предельных первичных аминов общая формула $C_nH_{2n+1}NH_2$, а молярная масса $14n + 17$.

$14n + 17 = 31 \Rightarrow 14n = 14 \Rightarrow n = 1$

Следовательно, искомый амин - метиламин ($CH_3NH_2$).

Ответ: Молекулярная формула амина $CH_5N$ (структурная формула $CH_3NH_2$, метиламин).

и напишите уравнения реакций.

Зная, что амин - это метиламин, запишем все уравнения реакций.

Реакции для первой части смеси:

1. $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

2. $CH_3NH_3HSO_4 + 2NaOH \rightarrow CH_3NH_2 \uparrow + Na_2SO_4 + 2H_2O$

3. $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Реакция для второй части смеси:

4. $CH_3NH_3HSO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + CH_3NH_3NO_3 + HNO_3$

Ответ:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
$CH_3NH_3HSO_4 + 2NaOH \rightarrow CH_3NH_2 \uparrow + Na_2SO_4 + 2H_2O$
$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$
$CH_3NH_3HSO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + CH_3NH_3NO_3 + HNO_3$