Номер 7, страница 330 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Вопросы и задания. Параграф 57. Шестичленные гетероциклы. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 7, страница 330.

Условие.

7. При сгорании смеси анилина и бензола в избытке кислорода образовалось 11,7 мл воды и 1,12 л газа (н. у.), нерастворимого в растворе щёлочи и не реагирующего с медью. Найдите состав смеси в массовых долях.

$HO$ $CH_3$ $N^+$ $CH_3$ $CH_3$ $CH_3$ $Cl^-$

Рис. 117. Алкалоид мускарин содержится в красном мухоморе

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(H_2O(\text{ж})) = 11,7 \text{ мл}$

$V(\text{газ}) = 1,12 \text{ л (н. у.)}$

Смесь: анилин ($C_6H_5NH_2$) и бензол ($C_6H_6$)

Плотность воды $\rho(H_2O(\text{ж})) \approx 1 \text{ г/мл}$

Перевод в СИ:
$V(H_2O(\text{ж})) = 11,7 \text{ мл} = 11,7 \times 10^{-6} \text{ м}^3$
$V(\text{газ}) = 1,12 \text{ л} = 1,12 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

$\omega(C_6H_5NH_2) - ?$

$\omega(C_6H_6) - ?$

Решение:

Запишем уравнения реакций горения анилина ($C_6H_5NH_2$) и бензола ($C_6H_6$) в избытке кислорода:

$4C_6H_5NH_2 + 31O_2 \rightarrow 24CO_2 + 14H_2O + 2N_2 \quad (1)$

$2C_6H_6 + 15O_2 \rightarrow 12CO_2 + 6H_2O \quad (2)$

Газообразными продуктами реакции являются углекислый газ ($CO_2$) и азот ($N_2$). По условию, образовавшийся газ объемом 1,12 л нерастворим в растворе щёлочи и не реагирует с медью. Углекислый газ поглощается щелочью ($CO_2 + 2OH^- \rightarrow CO_3^{2-} + H_2O$), а азот ($N_2$) инертен в этих условиях. Следовательно, данный газ — это азот $N_2$.

1. Находим количество вещества азота, выделившегося в реакции, используя молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль):

$n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m} = \frac{1,12 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

2. Азот образуется только при сгорании анилина. Используя уравнение реакции (1), находим количество вещества анилина в исходной смеси:

Из стехиометрического соотношения: $n(C_6H_5NH_2) = 2 \cdot n(N_2)$.

$n(C_6H_5NH_2) = 2 \cdot 0,05 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

3. Рассчитываем общее количество вещества воды, образовавшейся в обеих реакциях. Масса воды:

$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 11,7 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 11,7 \text{ г}$

Молярная масса воды $M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.

$n_{общ}(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{11,7 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,65 \text{ моль}$

4. Вода образуется при сгорании и анилина, и бензола. Рассчитаем количество воды, выделившейся при сгорании 0,1 моль анилина ($n_1(H_2O)$):

Из уравнения (1): $n_1(H_2O) = \frac{14}{4} \cdot n(C_6H_5NH_2) = 3,5 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,35 \text{ моль}$.

5. Количество воды, выделившейся при сгорании бензола ($n_2(H_2O)$), равно разности общего количества воды и воды из анилина:

$n_2(H_2O) = n_{общ}(H_2O) - n_1(H_2O) = 0,65 \text{ моль} - 0,35 \text{ моль} = 0,30 \text{ моль}$

6. Используя уравнение (2), находим количество вещества бензола в смеси:

Из стехиометрического соотношения: $n(C_6H_6) = \frac{2}{6} \cdot n_2(H_2O) = \frac{1}{3} \cdot n_2(H_2O)$.

$n(C_6H_6) = \frac{1}{3} \cdot 0,30 \text{ моль} = 0,1 \text{ моль}$

7. Находим массы анилина и бензола в смеси:

Молярная масса анилина $M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 93 \text{ г/моль}$.

$m(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 9,3 \text{ г}$

Молярная масса бензола $M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \text{ г/моль}$.

$m(C_6H_6) = n(C_6H_6) \cdot M(C_6H_6) = 0,1 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} = 7,8 \text{ г}$

8. Рассчитываем общую массу смеси и массовые доли компонентов:

$m_{смеси} = m(C_6H_5NH_2) + m(C_6H_6) = 9,3 \text{ г} + 7,8 \text{ г} = 17,1 \text{ г}$

$\omega(C_6H_5NH_2) = \frac{m(C_6H_5NH_2)}{m_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{9,3 \text{ г}}{17,1 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 54,4\%$

$\omega(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{m_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{7,8 \text{ г}}{17,1 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 45,6\%$

Ответ: массовая доля анилина в смеси составляет 54,4%, массовая доля бензола — 45,6%.