Номер 87, страница 148 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.87. Через 100 г бензольного раствора, содержащего анилин и фенол, пропустили сухой хлороводород. При этом образовалось 51,8 г осадка, который отфильтровали. Фильтрат обработали бромной водой, при этом получили 19,9 г осадка. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Дано:

$m(\text{раствора}) = 100 \text{ г}$
$m(\text{осадка 1}) = 51.8 \text{ г}$
$m(\text{осадка 2}) = 19.9 \text{ г}$
Раствор содержит анилин ($C_6H_5NH_2$) и фенол ($C_6H_5OH$) в бензоле.

Все данные представлены в единицах, удобных для расчетов (граммы), и не требуют перевода в систему СИ.

Найти:

$\omega(C_6H_5NH_2)_{\text{в смеси}} - ?$
$\omega(C_6H_5OH)_{\text{в смеси}} - ?$

Решение:

1. Реакция с сухим хлороводородом (HCl).

При пропускании сухого хлороводорода через бензольный раствор анилин, обладающий основными свойствами, реагирует с кислотой HCl. Фенол является очень слабой кислотой и в данных условиях с HCl не реагирует. Бензол также инертен.

Уравнение реакции анилина с HCl:

$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow C_6H_5NH_3Cl \downarrow$

Образовавшийся осадок — это хлорид фениламмония ($C_6H_5NH_3Cl$), который нерастворим в бензоле. Масса этого осадка составляет 51,8 г.

Рассчитаем молярную массу хлорида фениламмония:

$M(C_6H_5NH_3Cl) = 6 \cdot M(C) + 8 \cdot M(H) + 1 \cdot M(N) + 1 \cdot M(Cl) = 6 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 14 + 35.5 = 129.5 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества (моль) образовавшегося осадка:

$n(C_6H_5NH_3Cl) = \frac{m(C_6H_5NH_3Cl)}{M(C_6H_5NH_3Cl)} = \frac{51.8 \text{ г}}{129.5 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}$.

Согласно уравнению реакции, количество вещества анилина, вступившего в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося хлорида фениламмония:

$n(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_3Cl) = 0.4 \text{ моль}$.

Теперь найдем массу анилина в исходной смеси. Молярная масса анилина:

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

$m(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0.4 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 37.2 \text{ г}$.

2. Реакция фильтрата с бромной водой.

После отделения осадка хлорида фениламмония в фильтрате остался раствор фенола в бензоле. При обработке этого раствора бромной водой фенол вступает в реакцию электрофильного замещения, образуя белый осадок 2,4,6-трибромфенола.

Уравнение реакции фенола с бромом:

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

Масса образовавшегося осадка 2,4,6-трибромфенола ($C_6H_2Br_3OH$) равна 19,9 г.

Рассчитаем молярную массу 2,4,6-трибромфенола:

$M(C_6H_2Br_3OH) = 6 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 3 \cdot 80 + 16 = 331 \text{ г/моль}$.

Найдем количество вещества (моль) образовавшегося осадка:

$n(C_6H_2Br_3OH) = \frac{m(C_6H_2Br_3OH)}{M(C_6H_2Br_3OH)} = \frac{19.9 \text{ г}}{331 \text{ г/моль}} \approx 0.06012 \text{ моль}$.

Согласно уравнению реакции, количество вещества фенола равно количеству вещества 2,4,6-трибромфенола:

$n(C_6H_5OH) = n(C_6H_2Br_3OH) \approx 0.06012 \text{ моль}$.

Найдем массу фенола в исходной смеси. Молярная масса фенола:

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

$m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) \approx 0.06012 \text{ моль} \cdot 94 \text{ г/моль} \approx 5.651 \text{ г}$.

3. Определение массовых долей веществ в исходной смеси.

Исходная смесь состоит из анилина и фенола. Найдем общую массу смеси:

$m(\text{смеси}) = m(C_6H_5NH_2) + m(C_6H_5OH) = 37.2 \text{ г} + 5.651 \text{ г} = 42.851 \text{ г}$.

Теперь рассчитаем массовые доли каждого компонента в смеси:

Массовая доля анилина:

$\omega(C_6H_5NH_2) = \frac{m(C_6H_5NH_2)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{37.2 \text{ г}}{42.851 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 86.81\%$

Массовая доля фенола:

$\omega(C_6H_5OH) = \frac{m(C_6H_5OH)}{m(\text{смеси})} \cdot 100\% = \frac{5.651 \text{ г}}{42.851 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 13.19\%$

Ответ: Массовая доля анилина в исходной смеси составляет 86,81%, массовая доля фенола — 13,19%.