Номер 7, страница 310 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 53. Амины. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 7, страница 310.

Условие.

7. При сжигании 118 г неизвестного вещества образовалось 22,4 л $N_2$, 134,4 л $CO_2$ (все объёмы приведены к н. у.) и 162 г $H_2O$. Определите исходное вещество, если известно, что оно реагирует с соляной кислотой и нитритом натрия с образованием маслянистой жидкости светло-жёлтого цвета.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m_{вещества} = 118 \text{ г}$

$V(N_2) = 22,4 \text{ л (н. у.)}$

$V(CO_2) = 134,4 \text{ л (н. у.)}$

$m(H_2O) = 162 \text{ г}$

Вещество реагирует с $HCl$ и $NaNO_2$ с образованием маслянистой жидкости светло-жёлтого цвета.

Найти:

Формулу и название исходного вещества.

Решение:

1. Определим элементный состав неизвестного вещества. Пусть его формула будет $C_xH_yN_zO_k$. Продукты сгорания - углекислый газ, вода и азот, значит в состав вещества входят углерод, водород и азот. Возможно, в состав входит и кислород.

2. Найдем количество вещества каждого из продуктов сгорания. Молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m$) равен $22,4 \text{ л/моль}$. Молярная масса воды ($M(H_2O)$) равна $18 \text{ г/моль}$.

$n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m} = \frac{22,4 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 1 \text{ моль}$

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{134,4 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 6 \text{ моль}$

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{162 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 9 \text{ моль}$

3. Найдем количество вещества и массу атомов углерода, водорода и азота в исходном веществе.

Весь углерод из исходного вещества перешел в $CO_2$, поэтому:

$n(C) = n(CO_2) = 6 \text{ моль}$

$m(C) = n(C) \times M(C) = 6 \text{ моль} \times 12 \text{ г/моль} = 72 \text{ г}$

Весь водород перешел в $H_2O$. В каждой молекуле воды 2 атома водорода:

$n(H) = 2 \times n(H_2O) = 2 \times 9 \text{ моль} = 18 \text{ моль}$

$m(H) = n(H) \times M(H) = 18 \text{ моль} \times 1 \text{ г/моль} = 18 \text{ г}$

Весь азот перешел в $N_2$. В каждой молекуле азота 2 атома азота:

$n(N) = 2 \times n(N_2) = 2 \times 1 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$

$m(N) = n(N) \times M(N) = 2 \text{ моль} \times 14 \text{ г/моль} = 28 \text{ г}$

4. Проверим, есть ли в веществе кислород. Для этого сложим массы найденных элементов и сравним с массой исходного вещества.

$m(C) + m(H) + m(N) = 72 \text{ г} + 18 \text{ г} + 28 \text{ г} = 118 \text{ г}$

Полученная масса равна массе исходного вещества ($118 \text{ г}$), следовательно, кислород в его составе отсутствует. Формула вещества - $C_xH_yN_z$.

5. Найдем простейшую формулу вещества, определив соотношение атомов.

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(N) = 6 : 18 : 2$

Разделим все числа на наименьшее (2), чтобы получить целочисленное соотношение:

$x : y : z = \frac{6}{2} : \frac{18}{2} : \frac{2}{2} = 3 : 9 : 1$

Простейшая формула вещества - $C_3H_9N$.

6. Определим строение вещества на основе его химических свойств. Реакция с соляной кислотой и нитритом натрия ($NaNO_2 + HCl \rightarrow HONO + NaCl$) является качественной реакцией на амины. Образование маслянистой жидкости светло-жёлтого цвета (N-нитрозамина) характерно для вторичных аминов:

$R_2NH + HONO \rightarrow R_2N-N=O + H_2O$

Следовательно, исходное вещество является вторичным амином. Рассмотрим возможные изомеры состава $C_3H_9N$:

• Первичные амины: пропанамин-1 ($CH_3-CH_2-CH_2-NH_2$) и пропанамин-2 ($CH_3-CH(NH_2)-CH_3$). Они бы реагировали с выделением газа азота.
• Вторичный амин: этилметиламин ($CH_3-CH_2-NH-CH_3$). Этот изомер соответствует условию задачи.
• Третичный амин: триметиламин ($(CH_3)_3N$). Он бы образовывал с азотистой кислотой растворимую соль.

Таким образом, единственным веществом, удовлетворяющим всем условиям задачи, является этилметиламин.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH_2-NH-CH_3 + NaNO_2 + HCl \rightarrow CH_3-CH_2-N(N=O)-CH_3 + NaCl + H_2O$

Ответ: Исходное вещество – этилметиламин, структурная формула $CH_3-CH_2-NH-CH_3$.