Номер 2, страница 331 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Задания для повторения. Параграф 57. Шестичленные гетероциклы. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 2, страница 331.

Условие.

2. При сгорании 0,9 г органического вещества выделилось 0,896 л углекислого газа (н. у.), 1,26 г воды и 0,224 л азота (н. у.). Плотность паров вещества по азоту равна 1,607. Назовите это вещество и предложите способ получения из него этанола в одну стадию.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$m(\text{вещества}) = 0,9 \text{ г}$

$V(\text{CO}_2) = 0,896 \text{ л (н. у.)}$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 1,26 \text{ г}$

$V(\text{N}_2) = 0,224 \text{ л (н. у.)}$

$D_{\text{N}_2}(\text{вещества}) = 1,607$

Перевод в СИ:
$m(\text{вещества}) = 0,0009 \text{ кг}$
$V(\text{CO}_2) = 0,000896 \text{ м}^3$
$m(\text{H}_2\text{O}) = 0,00126 \text{ кг}$
$V(\text{N}_2) = 0,000224 \text{ м}^3$

Найти:

1. Название и формулу вещества.

2. Способ получения этанола из этого вещества в одну стадию.

Решение:

Название и формула вещества

1. Сначала определим элементный состав вещества. Продукты сгорания (углекислый газ, вода, азот) указывают на то, что в состав вещества входят углерод (C), водород (H) и азот (N). Возможно также наличие кислорода (O). Общая формула: $C_xH_yN_zO_k$.

2. Найдем количества вещества (моль) продуктов сгорания, используя молярный объем газа при нормальных условиях $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ и молярную массу воды $M(\text{H}_2\text{O}) = 18 \text{ г/моль}$.

$n(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V_m} = \frac{0,896 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,04 \text{ моль}$

$n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{1,26 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,07 \text{ моль}$

$n(\text{N}_2) = \frac{V(\text{N}_2)}{V_m} = \frac{0,224 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,01 \text{ моль}$

3. По количествам продуктов сгорания найдем количества вещества атомов C, H, N в исходной навеске.

$n(\text{C}) = n(\text{CO}_2) = 0,04 \text{ моль}$

$n(\text{H}) = 2 \cdot n(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 0,07 \text{ моль} = 0,14 \text{ моль}$

$n(\text{N}) = 2 \cdot n(\text{N}_2) = 2 \cdot 0,01 \text{ моль} = 0,02 \text{ моль}$

4. Вычислим массы элементов и проверим наличие кислорода.

$m(\text{C}) = n(\text{C}) \cdot M(\text{C}) = 0,04 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 0,48 \text{ г}$

$m(\text{H}) = n(\text{H}) \cdot M(\text{H}) = 0,14 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0,14 \text{ г}$

$m(\text{N}) = n(\text{N}) \cdot M(\text{N}) = 0,02 \text{ моль} \cdot 14 \text{ г/моль} = 0,28 \text{ г}$

Суммарная масса: $m(\text{C}) + m(\text{H}) + m(\text{N}) = 0,48 + 0,14 + 0,28 = 0,9 \text{ г}$.

Эта масса совпадает с исходной массой вещества, значит, кислород в его составе отсутствует.

5. Определим простейшую (эмпирическую) формулу вещества, найдя соотношение молей атомов:

$x : y : z = n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{N}) = 0,04 : 0,14 : 0,02$

Для получения целочисленного соотношения разделим все значения на наименьшее (0,02):

$x : y : z = \frac{0,04}{0,02} : \frac{0,14}{0,02} : \frac{0,02}{0,02} = 2 : 7 : 1$

Таким образом, простейшая формула вещества – $C_2H_7N$.

6. Установим истинную (молекулярную) формулу. Для этого вычислим молярную массу вещества по его относительной плотности по азоту:

$M(\text{вещества}) = D_{\text{N}_2} \cdot M(\text{N}_2) = 1,607 \cdot 28 \text{ г/моль} \approx 45 \text{ г/моль}$

Молярная масса вещества, соответствующая простейшей формуле $C_2H_7N$, равна:

$M(C_2H_7N) = 2 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 45 \text{ г/моль}$

Так как молярные массы совпадают, молекулярная формула вещества – $C_2H_7N$.

Формуле $C_2H_7N$ могут соответствовать два изомера: первичный амин этиламин ($CH_3CH_2NH_2$) и вторичный амин диметиламин ($(CH_3)_2NH$). Учитывая вторую часть задания (получение этанола), можно однозначно определить, что вещество является первичным амином, так как только они вступают в реакцию с азотистой кислотой с образованием спиртов.

Ответ: Искомое вещество – этиламин, его молекулярная формула $C_2H_7N$, структурная формула $CH_3CH_2NH_2$.

Способ получения этанола

Получить этанол ($CH_3CH_2OH$) из этиламина в одну стадию можно с помощью реакции с азотистой кислотой ($HNO_2$). Азотистая кислота является неустойчивым соединением, поэтому её обычно получают непосредственно в реакционной смеси (in situ) путем добавления сильной кислоты (например, соляной $HCl$) к раствору нитрита щелочного металла (например, $NaNO_2$).

Уравнение реакции:

$CH_3CH_2NH_2 + HNO_2 \rightarrow CH_3CH_2OH + N_2\uparrow + H_2O$

Ответ: Действие на этиламин азотистой кислоты ($HNO_2$).