Номер 85, страница 148 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.85. На нейтрализацию смеси массой 80 г, состоящей из бензола, 4-метилфенола и анилина, пошло 49,7 мл 17%-й соляной кислоты (плотность 1,08). При взаимодействии такого же количества смеси с избытком бромной воды образовался осадок массой 135,7 г. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.

Дано:

Смесь: бензол ($C_6H_6$), 4-метилфенол ($CH_3C_6H_4OH$), анилин ($C_6H_5NH_2$).

$m_{смеси} = 80 \text{ г}$

$V_{р-ра(HCl)} = 49,7 \text{ мл}$

$\omega_{(HCl)} = 17\% = 0,17$

$\rho_{р-ра(HCl)} = 1,08 \text{ г/мл}$

$m_{осадка} = 135,7 \text{ г}$

$m_{смеси} = 0,08 \text{ кг}$

$V_{р-ра(HCl)} = 4,97 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$\rho_{р-ра(HCl)} = 1080 \text{ кг/м}^3$

$m_{осадка} = 0,1357 \text{ кг}$

Найти:

$\omega(C_6H_6) - ?$

$\omega(CH_3C_6H_4OH) - ?$

$\omega(C_6H_5NH_2) - ?$

Решение:

1. Взаимодействие с соляной кислотой.

Из трех компонентов смеси с соляной кислотой реагирует только анилин, так как он обладает основными свойствами. Бензол и 4-метилфенол (являющийся слабой кислотой) с $HCl$ не взаимодействуют.

Уравнение реакции нейтрализации анилина:

$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]Cl$

По уравнению реакции, $n(C_6H_5NH_2) = n(HCl)$.

2. Расчет массы и количества вещества анилина.

Найдем массу раствора соляной кислоты:

$m_{р-ра(HCl)} = V_{р-ра(HCl)} \cdot \rho_{р-ра(HCl)} = 49,7 \text{ мл} \cdot 1,08 \text{ г/мл} = 53,676 \text{ г}$

Найдем массу чистого хлороводорода:

$m_{(HCl)} = m_{р-ра(HCl)} \cdot \omega_{(HCl)} = 53,676 \text{ г} \cdot 0,17 = 9,12492 \text{ г}$

Молярная масса $HCl$ равна $M(HCl) = 36,5 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества $HCl$:

$n(HCl) = \frac{m_{(HCl)}}{M(HCl)} = \frac{9,12492 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} \approx 0,25 \text{ моль}$

Следовательно, количество вещества анилина в смеси также равно $0,25 \text{ моль}$.

$n(C_6H_5NH_2) = 0,25 \text{ моль}$

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

Найдем массу анилина в смеси:

$m(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0,25 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 23,25 \text{ г}$

3. Взаимодействие с бромной водой.

С избытком бромной воды реагируют анилин и 4-метилфенол, образуя нерастворимые в воде осадки. Бензол не реагирует.

Реакция с анилином (образуется 2,4,6-триброманилин):

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

Реакция с 4-метилфенолом (образуется 2,6-дибром-4-метилфенол):

$CH_3C_6H_4OH + 2Br_2 \rightarrow CH_3C_6H_2Br_2OH \downarrow + 2HBr$

Общая масса осадка: $m_{осадка} = m(C_6H_2Br_3NH_2) + m(CH_3C_6H_2Br_2OH) = 135,7 \text{ г}$.

4. Расчет массы 4-метилфенола.

Найдем массу 2,4,6-триброманилина, образовавшегося из анилина. По уравнению реакции $n(C_6H_2Br_3NH_2) = n(C_6H_5NH_2) = 0,25 \text{ моль}$.

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

Масса 2,4,6-триброманилина:

$m(C_6H_2Br_3NH_2) = 0,25 \text{ моль} \cdot 330 \text{ г/моль} = 82,5 \text{ г}$

Теперь найдем массу второго осадка — 2,6-дибром-4-метилфенола:

$m(CH_3C_6H_2Br_2OH) = m_{осадка} - m(C_6H_2Br_3NH_2) = 135,7 \text{ г} - 82,5 \text{ г} = 53,2 \text{ г}$

Найдем количество вещества 2,6-дибром-4-метилфенола. Его молярная масса $M(CH_3C_6H_2Br_2OH) = 7 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 80 + 16 = 266 \text{ г/моль}$.

$n(CH_3C_6H_2Br_2OH) = \frac{53,2 \text{ г}}{266 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

По уравнению реакции $n(CH_3C_6H_4OH) = n(CH_3C_6H_2Br_2OH) = 0,2 \text{ моль}$.

Молярная масса 4-метилфенола $CH_3C_6H_4OH$ равна $M(CH_3C_6H_4OH) = 7 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 16 = 108 \text{ г/моль}$.

Масса 4-метилфенола в смеси:

$m(CH_3C_6H_4OH) = 0,2 \text{ моль} \cdot 108 \text{ г/моль} = 21,6 \text{ г}$

5. Расчет массы бензола и массовых долей.

Массу бензола найдем по разности:

$m(C_6H_6) = m_{смеси} - m(C_6H_5NH_2) - m(CH_3C_6H_4OH) = 80 \text{ г} - 23,25 \text{ г} - 21,6 \text{ г} = 35,15 \text{ г}$

Рассчитаем массовые доли компонентов в исходной смеси:

$\omega(C_6H_5NH_2) = \frac{m(C_6H_5NH_2)}{m_{смеси}} = \frac{23,25 \text{ г}}{80 \text{ г}} = 0,290625$ или $29,0625\%$

$\omega(CH_3C_6H_4OH) = \frac{m(CH_3C_6H_4OH)}{m_{смеси}} = \frac{21,6 \text{ г}}{80 \text{ г}} = 0,27$ или $27,0\%$

$\omega(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{m_{смеси}} = \frac{35,15 \text{ г}}{80 \text{ г}} = 0,439375$ или $43,9375\%$

Ответ: Массовая доля анилина в смеси составляет 29,06%, массовая доля 4-метилфенола - 27,00%, массовая доля бензола - 43,94%.