Номер 63, страница 144 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.63. Смесь фенола и анилина может прореагировать с 20 г 28%-го раствора гидроксида калия или с 4,48 л хлороводорода (н. у.). Рассчитайте массовые доли веществ в смеси и массу осадка, который образуется при обработке такого же количества этой смеси избытком бромной воды.

Дано:

$m_{р-ра}(KOH) = 20 \text{ г}$

$\omega(KOH) = 28\% = 0,28$

$V(HCl) = 4,48 \text{ л (н. у.)}$

Найти:

$\omega(C_6H_5OH) - ?$

$\omega(C_6H_5NH_2) - ?$

$m_{осадка} - ?$

Решение:

В смеси находятся фенол ($C_6H_5OH$) и анилин ($C_6H_5NH_2$). Фенол обладает кислотными свойствами и реагирует со щелочами, а анилин – основными свойствами и реагирует с кислотами.

1. Реакция с гидроксидом калия. Реагирует только фенол:

$C_6H_5OH + KOH \rightarrow C_6H_5OK + H_2O$

Найдем массу и количество вещества $KOH$ в растворе:

$m(KOH) = m_{р-ра}(KOH) \cdot \omega(KOH) = 20 \text{ г} \cdot 0,28 = 5,6 \text{ г}$

Молярная масса $KOH$: $M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $KOH$: $n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{5,6 \text{ г}}{56 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$.

По уравнению реакции, количество вещества фенола равно количеству вещества гидроксида калия: $n(C_6H_5OH) = n(KOH) = 0,1 \text{ моль}$.

Найдем массу фенола в смеси:

Молярная масса фенола: $M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 94 \text{ г/моль}$.

Масса фенола: $m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,1 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} = 9,4 \text{ г}$.

2. Реакция с хлороводородом. Реагирует только анилин:

$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]Cl$

Найдем количество вещества $HCl$ (н. у. - нормальные условия):

$n(HCl) = \frac{V(HCl)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

По уравнению реакции, количество вещества анилина равно количеству вещества хлороводорода: $n(C_6H_5NH_2) = n(HCl) = 0,2 \text{ моль}$.

Найдем массу анилина в смеси:

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

Масса анилина: $m(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 18,6 \text{ г}$.

3. Рассчитаем массовые доли веществ в смеси:

Общая масса смеси: $m_{смеси} = m(C_6H_5OH) + m(C_6H_5NH_2) = 9,4 \text{ г} + 18,6 \text{ г} = 28,0 \text{ г}$.

Массовая доля фенола: $\omega(C_6H_5OH) = \frac{m(C_6H_5OH)}{m_{смеси}} = \frac{9,4 \text{ г}}{28,0 \text{ г}} \approx 0,3357$ или $33,57\%$.

Массовая доля анилина: $\omega(C_6H_5NH_2) = \frac{m(C_6H_5NH_2)}{m_{смеси}} = \frac{18,6 \text{ г}}{28,0 \text{ г}} \approx 0,6643$ или $66,43\%$.

4. Рассчитаем массу осадка при реакции с избытком бромной воды. Оба вещества реагируют, образуя осадки: 2,4,6-трибромфенол и 2,4,6-триброманилин.

$C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH\downarrow + 3HBr$

$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$

Из уравнений реакций следует, что $n(C_6H_2Br_3OH) = n(C_6H_5OH) = 0,1 \text{ моль}$ и $n(C_6H_2Br_3NH_2) = n(C_6H_5NH_2) = 0,2 \text{ моль}$.

Найдем массы осадков:

Молярная масса 2,4,6-трибромфенола: $M(C_6H_2Br_3OH) = 6 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 3 \cdot 80 + 16 = 331 \text{ г/моль}$.

Масса 2,4,6-трибромфенола: $m(C_6H_2Br_3OH) = 0,1 \text{ моль} \cdot 331 \text{ г/моль} = 33,1 \text{ г}$.

Молярная масса 2,4,6-триброманилина: $M(C_6H_2Br_3NH_2) = 6 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 3 \cdot 80 + 14 = 330 \text{ г/моль}$.

Масса 2,4,6-триброманилина: $m(C_6H_2Br_3NH_2) = 0,2 \text{ моль} \cdot 330 \text{ г/моль} = 66,0 \text{ г}$.

Общая масса осадка:

$m_{осадка} = m(C_6H_2Br_3OH) + m(C_6H_2Br_3NH_2) = 33,1 \text{ г} + 66,0 \text{ г} = 99,1 \text{ г}$.

Ответ: массовая доля фенола в смеси составляет $33,57\%$, массовая доля анилина – $66,43\%$; масса осадка, образовавшегося при реакции с бромной водой, равна $99,1 \text{ г}$.