Номер 3, страница 75 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. При обработке некоторого спирта натрием выделилось 2 л газа (н. у.). Какой объём этиленового углеводорода (н. у.) образуется при дегидратации такой же массы спирта?

Дано:

Объем газа, выделившегося при реакции с натрием, $V(H_2) = 2 \text{ л}$ (н. у.)

Молярный объем газа при нормальных условиях, $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$

Найти:

Объем этиленового углеводорода (алкена), $V(алкен) - ?$

Решение:

Данная задача включает две последовательные химические реакции с участием одного и того же количества спирта. Сначала найдем количество вещества спирта по объему водорода, выделившегося в первой реакции, а затем используем это значение для расчета объема алкена, образующегося во второй реакции.

1. Взаимодействие спирта с натрием. Предполагается, что спирт является одноатомным (содержит одну гидроксогруппу -OH). Такие спирты реагируют с активными металлами, как натрий, с образованием алкоголята и выделением газообразного водорода. Уравнение реакции в общем виде:

$2C_nH_{2n+1}OH + 2Na \rightarrow 2C_nH_{2n+1}ONa + H_2 \uparrow$

По условию, в результате этой реакции выделилось 2 л газа (водорода) при нормальных условиях. Рассчитаем количество вещества водорода $n(H_2)$:

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{2 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = \frac{1}{11.2} \text{ моль} \approx 0.0893 \text{ моль}$

Из стехиометрии уравнения реакции следует, что на 1 моль выделившегося водорода расходуется 2 моль спирта. Таким образом, количество вещества спирта $n(спирт)$ в два раза больше количества вещества водорода:

$n(спирт) = 2 \times n(H_2) = 2 \times \frac{1}{11.2} \text{ моль} = \frac{2}{11.2} \text{ моль} = \frac{1}{5.6} \text{ моль} \approx 0.1786 \text{ моль}$

2. Дегидратация спирта. В условии сказано, что для дегидратации берется такая же масса спирта, а значит, и такое же количество вещества ($n(спирт) = \frac{1}{5.6} \text{ моль}$). При внутримолекулярной дегидратации спиртов образуются этиленовые углеводороды (алкены) и вода. Уравнение реакции в общем виде:

$C_nH_{2n+1}OH \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^\circ C} C_nH_{2n} + H_2O$

Согласно этому уравнению, из 1 моль спирта образуется 1 моль алкена. Следовательно, количество вещества образовавшегося алкена $n(алкен)$ равно количеству вещества спирта:

$n(алкен) = n(спирт) = \frac{1}{5.6} \text{ моль}$

Теперь, зная количество вещества алкена, мы можем найти его объем при нормальных условиях:

$V(алкен) = n(алкен) \times V_m = \frac{1}{5.6} \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = \frac{22.4}{5.6} \text{ л} = 4 \text{ л}$

Ответ: при дегидратации такой же массы спирта образуется 4 л этиленового углеводорода.