Номер 7, страница 248 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 45. Многоатомные спирты. Глава 4. Кислородсодержащие органические соединения - номер 7, страница 248.

Условие.

7. При взаимодействии 6,2 г этиленгликоля с натрием выделилось 1,68 л газа (н. у.). Какие вещества и в каких количествах присутствуют в конечной смеси?

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(C_2H_4(OH)_2) = 6,2 \ г$

$V(газа) = 1,68 \ л$ (н.у.)

Найти:

Вещества и их количества в конечной смеси - ?

Решение:

При взаимодействии этиленгликоля (двухатомного спирта) с активным металлом натрием происходит замещение атомов водорода в гидроксогруппах на атомы натрия с выделением водорода. Реакция может протекать в две стадии:

1. Образование моногликолята натрия (натрия 2-гидроксиэтоксида):
$2HO-CH_2-CH_2-OH + 2Na \rightarrow 2NaO-CH_2-CH_2-OH + H_2 \uparrow$

2. Образование дигликолята натрия (этиленгликолята натрия):
$HO-CH_2-CH_2-OH + 2Na \rightarrow NaO-CH_2-CH_2-ONa + H_2 \uparrow$

Сначала определим количество вещества (моль) исходного этиленгликоля. Его химическая формула $C_2H_6O_2$.
Молярная масса этиленгликоля:
$M(C_2H_6O_2) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 62 \ г/моль$.

Количество вещества этиленгликоля:
$n(C_2H_6O_2) = \frac{m(C_2H_6O_2)}{M(C_2H_6O_2)} = \frac{6,2 \ г}{62 \ г/моль} = 0,1 \ моль$.

Теперь определим количество вещества выделившегося газа (водорода $H_2$) при нормальных условиях (н.у.), где молярный объем газа $V_m = 22,4 \ л/моль$.
$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{1,68 \ л}{22,4 \ л/моль} = 0,075 \ моль$.

Сравним теоретически возможное количество водорода с фактически выделившимся.

Если бы реакция шла только по первой стадии (прореагировала только одна гидроксогруппа у каждой молекулы этиленгликоля), то из 0,1 моль этиленгликоля выделилось бы:
$n_1(H_2) = \frac{1}{2} n(C_2H_6O_2) = \frac{1}{2} \cdot 0,1 \ моль = 0,05 \ моль$.

Если бы реакция дошла до конца с образованием только дигликолята (прореагировали обе гидроксогруппы у каждой молекулы), то выделилось бы:
$n_2(H_2) = n(C_2H_6O_2) = 0,1 \ моль$.

Фактически выделилось 0,075 моль водорода. Так как $0,05 \ моль < 0,075 \ моль < 0,1 \ моль$, это означает, что в реакцию вступил весь этиленгликоль, и часть его прореагировала с образованием моногликолята, а другая часть — с образованием дигликолята. Точнее, весь этиленгликоль прореагировал по первой ступени, и часть образовавшегося моногликолята прореагировала дальше.

Рассмотрим реакции последовательно:
(I) $HO-CH_2-CH_2-OH + Na \rightarrow NaO-CH_2-CH_2-OH + \frac{1}{2}H_2$
(II) $NaO-CH_2-CH_2-OH + Na \rightarrow NaO-CH_2-CH_2-ONa + \frac{1}{2}H_2$

Весь исходный этиленгликоль ($0,1 \ моль$) вступил в реакцию (I). При этом образовалось:
$n(H_2 \text{ из I}) = \frac{1}{2} n(C_2H_6O_2) = \frac{1}{2} \cdot 0,1 = 0,05 \ моль$ водорода.
$n(\text{моногликолята})_\text{обр.} = n(C_2H_6O_2) = 0,1 \ моль$.

Оставшийся водород выделился в реакции (II):
$n(H_2 \text{ из II}) = n(H_2)_\text{общ} - n(H_2 \text{ из I}) = 0,075 \ моль - 0,05 \ моль = 0,025 \ моль$.

По уравнению реакции (II) найдем количество прореагировавшего моногликолята и образовавшегося дигликолята:
$n(\text{моногликолята})_\text{прореаг.} = 2 \cdot n(H_2 \text{ из II}) = 2 \cdot 0,025 \ моль = 0,05 \ моль$.
$n(\text{дигликолята})_\text{обр.} = 2 \cdot n(H_2 \text{ из II}) = 2 \cdot 0,025 \ моль = 0,05 \ моль$.

Таким образом, в конечной смеси находятся:

• Этиленгликоль: полностью прореагировал, его количество равно 0.

• Моногликолят натрия ($NaO-CH_2-CH_2-OH$): образовалось 0,1 моль, из них прореагировало 0,05 моль. Осталось:
  $n(\text{моногликолята})_\text{конеч.} = 0,1 \ моль - 0,05 \ моль = 0,05 \ моль$.

• Дигликолят натрия ($NaO-CH_2-CH_2-ONa$): образовалось 0,05 моль.

Ответ: В конечной смеси присутствуют два вещества: 0,05 моль натрия 2-гидроксиэтоксида ($NaO-CH_2-CH_2-OH$) и 0,05 моль этиленгликолята натрия ($NaO-CH_2-CH_2-ONa$).