Номер 176, страница 116 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.176. К 71,1 мл 30%-го раствора одноосновной карбоновой кислоты (плотность 1,04 г/мл) добавили избыток гидрокарбоната натрия. При этом выделилось 6,72 л газа (н. у.). Определите строение кислоты.

Дано:

$V(\text{р-ра кислоты}) = 71,1 \text{ мл}$

$\omega(\text{кислоты}) = 30\% = 0,3$

$\rho(\text{р-ра}) = 1,04 \text{ г/мл}$

$V(\text{газа}) = 6,72 \text{ л (н. у.)}$

Найти:

Строение кислоты - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции одноосновной карбоновой кислоты (обозначим ее общую формулу как $R-COOH$) с гидрокарбонатом натрия ($NaHCO_3$). В результате реакции выделяется углекислый газ ($CO_2$):

$R-COOH + NaHCO_3 \rightarrow R-COONa + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Найдем количество вещества выделившегося газа ($CO_2$). Так как газ измерен при нормальных условиях (н. у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, количество вещества кислоты и углекислого газа соотносятся как 1:1. Следовательно, количество вещества кислоты в растворе также равно 0,3 моль:

$n(R-COOH) = n(CO_2) = 0,3 \text{ моль}$

4. Определим массу раствора кислоты, используя его объем и плотность:

$m(\text{р-ра}) = V(\text{р-ра}) \cdot \rho(\text{р-ра}) = 71,1 \text{ мл} \cdot 1,04 \text{ г/мл} = 73,944 \text{ г}$

5. Найдем массу чистой карбоновой кислоты в растворе, используя массовую долю:

$m(R-COOH) = m(\text{р-ра}) \cdot \omega(R-COOH) = 73,944 \text{ г} \cdot 0,3 = 22,1832 \text{ г}$

6. Теперь, зная массу и количество вещества кислоты, можем вычислить ее молярную массу ($M$):

$M(R-COOH) = \frac{m(R-COOH)}{n(R-COOH)} = \frac{22,1832 \text{ г}}{0,3 \text{ моль}} = 73,944 \text{ г/моль} \approx 74 \text{ г/моль}$

7. Установим формулу кислоты. Молярная масса карбоксильной группы $-COOH$ равна $12 + 16 \cdot 2 + 1 = 45 \text{ г/моль}$. Найдем молярную массу радикала R:

$M(R) = M(R-COOH) - M(COOH) = 74 \text{ г/моль} - 45 \text{ г/моль} = 29 \text{ г/моль}$

Предположим, что R - это алкильный радикал с общей формулой $C_nH_{2n+1}$. Его молярная масса равна $12n + (2n+1) = 14n + 1$.

$14n + 1 = 29$

$14n = 28$

$n = 2$

Таким образом, радикал R - это $C_2H_5-$ (этил). Искомая кислота - пропионовая (пропановая) кислота с формулой $C_2H_5COOH$.

Ее структурная формула: $CH_3-CH_2-COOH$.

Ответ: строение кислоты - $CH_3-CH_2-COOH$ (пропионовая кислота).