Номер 9, страница 289 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 50. Функциональные производные карбоновых кислот. Глава 4. Кислородсодержащие органические соединения - номер 9, страница 289.

Условие.

9. При щелочном гидролизе 74 г сложного эфира получили 98 г калийной соли предельной одноосновной кислоты и 32 г спирта. Определите формулу эфира.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{эфира}) = 74 \text{ г}$
$m(\text{соли}) = 98 \text{ г}$
$m(\text{спирта}) = 32 \text{ г}$

Найти:

Формулу сложного эфира.

Решение:

Щелочной гидролиз сложного эфира (омыление) протекает при взаимодействии эфира со щелочью. Поскольку в продуктах реакции образуется калийная соль, гидролиз проводили с использованием гидроксида калия ($KOH$).

Общая формула сложного эфира, образованного предельной одноосновной кислотой ($C_nH_{2n+1}COOH$) и предельным одноатомным спиртом ($C_mH_{2m+1}OH$), выглядит как $C_nH_{2n+1}COOC_mH_{2m+1}$.

Запишем уравнение реакции в общем виде: $C_nH_{2n+1}COOC_mH_{2m+1} + KOH \rightarrow C_nH_{2n+1}COOK + C_mH_{2m+1}OH$

Согласно закону сохранения массы, масса вступивших в реакцию веществ равна массе образовавшихся продуктов: $m(\text{эфира}) + m(KOH) = m(\text{соли}) + m(\text{спирта})$

Из этого соотношения найдем массу гидроксида калия, которая потребовалась для реакции: $m(KOH) = m(\text{соли}) + m(\text{спирта}) - m(\text{эфира})$ $m(KOH) = 98 \text{ г} + 32 \text{ г} - 74 \text{ г} = 56 \text{ г}$

Теперь вычислим количество вещества (в молях) гидроксида калия. Его молярная масса: $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$ Количество вещества: $\nu(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{56 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

Из стехиометрии уравнения реакции следует, что все вещества реагируют в мольном соотношении 1:1:1:1. Следовательно, количество вещества каждого компонента также равно 1 моль: $\nu(\text{эфира}) = \nu(KOH) = \nu(\text{соли}) = \nu(\text{спирта}) = 1 \text{ моль}$

Зная массу и количество вещества спирта и соли, мы можем найти их молярные массы и установить их химические формулы.

1.Определение формулы спирта.
Общая формула предельного одноатомного спирта: $C_mH_{2m+1}OH$. Молярная масса спирта: $M(\text{спирта}) = \frac{m(\text{спирта})}{\nu(\text{спирта})} = \frac{32 \text{ г}}{1 \text{ моль}} = 32 \text{ г/моль}$ Выразим молярную массу через общую формулу: $M(C_mH_{2m+1}OH) = 12 \cdot m + 1 \cdot (2m+1) + 16 + 1 = 14m + 18$ Приравняем полученные значения и найдем $m$: $14m + 18 = 32$ $14m = 14$ $m = 1$ Таким образом, формула спирта - $CH_3OH$ (метанол).

2.Определение формулы калиевой соли.
Общая формула калиевой соли предельной одноосновной кислоты: $C_nH_{2n+1}COOK$. Молярная масса соли: $M(\text{соли}) = \frac{m(\text{соли})}{\nu(\text{соли})} = \frac{98 \text{ г}}{1 \text{ моль}} = 98 \text{ г/моль}$ Выразим молярную массу через общую формулу: $M(C_nH_{2n+1}COOK) = 12 \cdot n + 1 \cdot (2n+1) + 12 + 16 \cdot 2 + 39 = 14n + 84$ Приравняем и найдем $n$: $14n + 84 = 98$ $14n = 14$ $n = 1$ Следовательно, кислотный остаток принадлежит уксусной кислоте ($CH_3COOH$), а формула соли - $CH_3COOK$ (ацетат калия).

3.Определение формулы сложного эфира.
Сложный эфир образован остатком уксусной кислоты ($CH_3COO-$) и радикалом метилового спирта ($-CH_3$). Соединив их, получаем формулу эфира: $CH_3COOCH_3$. Это метилацетат (метиловый эфир уксусной кислоты).

Для проверки рассчитаем молярную массу полученного эфира $CH_3COOCH_3$ (брутто-формула $C_3H_6O_2$): $M(C_3H_6O_2) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 36 + 6 + 32 = 74 \text{ г/моль}$ Масса 1 моль этого эфира равна $1 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 74 \text{ г}$, что в точности совпадает с исходными данными задачи.

Ответ:

Формула сложного эфира - $CH_3COOCH_3$.