Номер 881, страница 209 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

881. К водному раствору, содержащему 0,5 моль вещества, формула которого

$\stackrel{\ominus}{\text{Cl}}\text{H}_3\stackrel{\oplus}{\text{N}}\text{—CH}_2\text{—COOCH}_3$,

прибавили 2 моль гидроксида натрия. Смесь прокипятили до завершения реакции. Полученный раствор выпарили досуха. Укажите количество (моль) веществ в твердом остатке.

Дано:

Количество вещества хлорида метилового эфира глицина, $n(Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3) = 0,5 \text{ моль}$

Количество вещества гидроксида натрия, $n(NaOH) = 2 \text{ моль}$

Найти:

Количества веществ (моль) в твердом остатке.

Решение:

Вещество с формулой $Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3$ представляет собой хлорид метилового эфира глицина. В его молекуле есть две функциональные группы, которые будут реагировать с гидроксидом натрия при кипячении: протонированная аминогруппа (аммонийная группа, $-N^{\oplus}H_3$) и сложноэфирная группа ($-COOCH_3$).

Протекают две последовательные реакции:

1. Нейтрализация аммонийной группы (кислотно-основное взаимодействие):

$Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3 + NaOH \rightarrow H_2N-CH_2-COOCH_3 + NaCl + H_2O$

2. Щелочной гидролиз (омыление) сложноэфирной группы:

$H_2N-CH_2-COOCH_3 + NaOH \xrightarrow{t} H_2N-CH_2-COONa + CH_3OH$

Суммарное уравнение реакции можно записать как:

$Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3 + 2 NaOH \xrightarrow{t} H_2N-CH_2-COONa + NaCl + CH_3OH + H_2O$

Из суммарного уравнения видно, что на 1 моль исходного вещества расходуется 2 моль гидроксида натрия. Рассчитаем, какое количество $NaOH$ необходимо для полной реакции с 0,5 моль хлорида метилового эфира глицина:

$n_{расх}(NaOH) = 2 \times n(Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3) = 2 \times 0,5 \text{ моль} = 1,0 \text{ моль}$

По условию задачи было взято 2,0 моль $NaOH$. Поскольку фактическое количество гидроксида натрия ($2,0 \text{ моль}$) больше, чем теоретически необходимое ($1,0 \text{ моль}$), $NaOH$ находится в избытке. Расчет количества продуктов реакции следует вести по недостатку, то есть по хлориду метилового эфира глицина.

Количество избыточного гидроксида натрия, который останется после реакции:

$n_{изб}(NaOH) = n_{исх}(NaOH) - n_{расх}(NaOH) = 2,0 \text{ моль} - 1,0 \text{ моль} = 1,0 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем количества продуктов реакции, образовавшихся из 0,5 моль исходного вещества, согласно стехиометрии суммарного уравнения:

Количество глицината натрия ($H_2N-CH_2-COONa$):

$n(H_2N-CH_2-COONa) = n(Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3) = 0,5 \text{ моль}$

Количество хлорида натрия ($NaCl$):

$n(NaCl) = n(Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3) = 0,5 \text{ моль}$

Количество метанола ($CH_3OH$):

$n(CH_3OH) = n(Cl^{\ominus}H_3N^{\oplus}-CH_2-COOCH_3) = 0,5 \text{ моль}$

По условию, полученный раствор выпарили досуха. Это означает, что все летучие компоненты (вода $H_2O$ и метанол $CH_3OH$) были удалены. В твердом остатке остаются только нелетучие вещества: образовавшиеся соли (глицинат натрия и хлорид натрия) и избыток реагента (гидроксид натрия).

Ответ:

В твердом остатке содержатся: 0,5 моль глицината натрия ($H_2N-CH_2-COONa$), 0,5 моль хлорида натрия ($NaCl$) и 1,0 моль гидроксида натрия ($NaOH$).