Номер 13, страница 272 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

13. К бензойному альдегиду массой 6,36 г добавили свежеосажденный гидроксид меди(II), полученный из 22,4 г сульфата меди(II). Рассчитайте массу образовавшегося оксида меди(I).

Дано:

$m(C_6H_5CHO) = 6,36 \text{ г}$

$m(CuSO_4) = 22,4 \text{ г}$

Найти:

$m(Cu_2O) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения химических реакций, происходящих в процессе. Сначала гидроксид меди(II) получают из сульфата меди(II) при реакции с щелочью, например, с гидроксидом натрия:

$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$ (1)

Затем полученный гидроксид меди(II) реагирует с бензойным альдегидом при нагревании. Это качественная реакция на альдегидную группу, в ходе которой альдегид окисляется до соответствующей карбоновой кислоты (бензойной кислоты), а медь(II) восстанавливается до оксида меди(I), который выпадает в виде красного осадка:

$C_6H_5CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} C_6H_5COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$ (2)

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$, $Ar(Cu) = 64$, $Ar(S) = 32$.

$M(C_6H_5CHO) = 7 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 106 \text{ г/моль}$

$M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160 \text{ г/моль}$

$M(Cu_2O) = 2 \cdot 64 + 16 = 144 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (моль) исходных реагентов.

Количество вещества бензойного альдегида:

$\nu(C_6H_5CHO) = \frac{m(C_6H_5CHO)}{M(C_6H_5CHO)} = \frac{6,36 \text{ г}}{106 \text{ г/моль}} = 0,06 \text{ моль}$

Количество вещества сульфата меди(II), взятого для получения гидроксида меди(II):

$\nu(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{M(CuSO_4)} = \frac{22,4 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,14 \text{ моль}$

4. Определим количество вещества гидроксида меди(II), полученного в реакции (1).

Из уравнения (1) видно, что соотношение количеств веществ $CuSO_4$ и $Cu(OH)_2$ составляет 1:1. Следовательно, количество вещества полученного гидроксида меди(II) равно количеству вещества исходного сульфата меди(II):

$\nu(Cu(OH)_2) = \nu(CuSO_4) = 0,14 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов в реакции (2) является лимитирующим (находится в недостатке).

Согласно уравнению (2), на 1 моль бензойного альдегида $C_6H_5CHO$ расходуется 2 моль гидроксида меди(II) $Cu(OH)_2$.

У нас есть 0,06 моль $C_6H_5CHO$. Для полной реакции с этим количеством альдегида потребуется следующее количество $Cu(OH)_2$:

$\nu_{теор.}(Cu(OH)_2) = 2 \cdot \nu(C_6H_5CHO) = 2 \cdot 0,06 \text{ моль} = 0,12 \text{ моль}$

Фактически у нас есть 0,14 моль $Cu(OH)_2$. Поскольку $\nu_{факт.}(Cu(OH)_2) > \nu_{теор.}(Cu(OH)_2)$ ($0,14 \text{ моль} > 0,12 \text{ моль}$), гидроксид меди(II) находится в избытке. Расчет продукта реакции следует вести по лимитирующему реагенту — бензойному альдегиду.

6. Рассчитаем количество вещества оксида меди(I), образовавшегося в результате реакции (2).

По уравнению (2), из 1 моль $C_6H_5CHO$ образуется 1 моль $Cu_2O$. Таким образом, их количества веществ равны:

$\nu(Cu_2O) = \nu(C_6H_5CHO) = 0,06 \text{ моль}$

7. Найдем массу образовавшегося оксида меди(I).

$m(Cu_2O) = \nu(Cu_2O) \cdot M(Cu_2O) = 0,06 \text{ моль} \cdot 144 \text{ г/моль} = 8,64 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшегося оксида меди(I) равна 8,64 г.