Номер 86, страница 148 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.86. Смесь толуола, фенола и анилина, общей массой 12 г, обработали избытком 0,1 М раствора соляной кислоты, при этом масса органического слоя уменьшилась на 3,7 г. При обработке высушенного органического слоя металлическим натрием выделилось 537 мл газа (при температуре 30 °C и давлении 95 кПа). Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Дано:

$m(смеси) = 12 \ г$

$m(смеси) = m(толуол) + m(фенол) + m(анилин)$

$\Delta m_{орг.слоя} = 3.7 \ г$

$V(газа) = 537 \ мл$

$T = 30 \ ^{\circ}C$

$P = 95 \ кПа$

$R = 8.314 \frac{Дж}{моль \cdot К}$

Перевод в систему СИ:

$V(газа) = 537 \cdot 10^{-6} \ м^3 = 0.000537 \ м^3$

$T = 30 + 273 = 303 \ К$

$P = 95 \cdot 10^3 \ Па = 95000 \ Па$

Найти:

$w(толуола) - ?$

$w(фенола) - ?$

$w(анилина) - ?$

Решение:

1. При обработке исходной смеси толуола ($C_6H_5CH_3$), фенола ($C_6H_5OH$) и анилина ($C_6H_5NH_2$) избытком раствора соляной кислоты ($HCl$) в реакцию вступает только анилин, так как он проявляет основные свойства:

$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]^+Cl^-$

Образующийся хлорид фениламмония является солью, растворимой в водном слое. Таким образом, анилин переходит из органического слоя в водный, и уменьшение массы органического слоя соответствует массе анилина в исходной смеси.

$m(анилина) = \Delta m_{орг.слоя} = 3.7 \ г$

2. После отделения водного слоя с солью анилина, оставшийся органический слой (смесь толуола и фенола) обрабатывают металлическим натрием. С натрием реагирует только фенол, обладающий слабыми кислотными свойствами:

$2C_6H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_6H_5ONa + H_2\uparrow$

Выделившийся газ – это водород ($H_2$). Найдем его количество вещества, используя уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):

$PV = nRT \implies n = \frac{PV}{RT}$

$n(H_2) = \frac{95000 \ Па \cdot 0.000537 \ м^3}{8.314 \frac{Дж}{моль \cdot К} \cdot 303 \ К} \approx 0.02025 \ моль$

Согласно уравнению реакции, количество вещества фенола вдвое больше количества вещества выделившегося водорода:

$n(фенола) = 2 \cdot n(H_2) = 2 \cdot 0.02025 \ моль = 0.0405 \ моль$

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

Найдем массу фенола:

$m(фенола) = n(фенола) \cdot M(фенола) = 0.0405 \ моль \cdot 94 \ г/моль = 3.807 \ г \approx 3.81 \ г$

3. Массу толуола в исходной смеси найдем по разности:

$m(толуола) = m(смеси) - m(анилина) - m(фенола) = 12 \ г - 3.7 \ г - 3.81 \ г = 4.49 \ г$

4. Теперь определим массовые доли ($w$) каждого компонента в исходной смеси:

$w(анилина) = \frac{m(анилина)}{m(смеси)} = \frac{3.7 \ г}{12 \ г} \approx 0.3083 \ или \ 30.83\%$

$w(фенола) = \frac{m(фенола)}{m(смеси)} = \frac{3.81 \ г}{12 \ г} = 0.3175 \ или \ 31.75\%$

$w(толуола) = \frac{m(толуола)}{m(смеси)} = \frac{4.49 \ г}{12 \ г} \approx 0.3742 \ или \ 37.42\%$

Ответ: Массовая доля анилина в смеси составляет 30.83%, фенола – 31.75%, толуола – 37.42%.