Номер 66, страница 169 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.66. Масса продуктов гидролиза лактозы на 0,72 г больше массы исходного дисахарида. К продуктам гидролиза добавили 51 г уксусного ангидрида. Какой объём 10%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,11 г/мл) необходим для нейтрализации полученного раствора? Напишите уравнения протекающих реакций.

Какой объём 10%-го раствора гидроксида натрия (плотность 1,11 г/мл) необходим для нейтрализации полученного раствора?

Дано:
$m(\text{продуктов гидролиза}) - m(\text{лактозы}) = 0,72 \text{ г}$
$m(\text{уксусного ангидрида}) = 51 \text{ г}$
$\omega(NaOH) = 10\% = 0,10$
$\rho(\text{раствора } NaOH) = 1,11 \text{ г/мл}$

Найти:
$V(\text{раствора } NaOH) - ?$

Решение:

1. При гидролизе дисахарида лактозы ($C_{12}H_{22}O_{11}$) образуются два моносахарида (глюкоза и галактоза) при присоединении одной молекулы воды. Увеличение массы продуктов реакции по сравнению с исходным дисахаридом равно массе присоединившейся воды.

$m(H_2O) = 0,72 \text{ г}$.

2. Найдем количество вещества (моль) воды, вступившей в реакцию. Молярная масса воды $M(H_2O) \approx 18 \text{ г/моль}$.

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{0,72 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,04 \text{ моль}$.

3. Согласно уравнению гидролиза ($C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + C_6H_{12}O_6$), из 1 моль воды образуется по 1 моль глюкозы и галактозы.

$n(\text{глюкозы}) = n(H_2O) = 0,04 \text{ моль}$

$n(\text{галактозы}) = n(H_2O) = 0,04 \text{ моль}$

Суммарное количество вещества моносахаридов:

$n(\text{моносахаридов}) = 0,04 + 0,04 = 0,08 \text{ моль}$.

4. Моносахариды (глюкоза и галактоза) являются многоатомными спиртами, содержащими по 5 гидроксильных групп (-OH). Они реагируют с уксусным ангидридом $((CH_3CO)_2O)$.

Найдем количество вещества добавленного уксусного ангидрида. Его молярная масса $M((CH_3CO)_2O) = 102 \text{ г/моль}$.

$n((CH_3CO)_2O)_{\text{добавл}} = \frac{51 \text{ г}}{102 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$.

5. Реакция этерификации (ацилирования) 1 моль моносахарида требует 5 моль уксусного ангидрида и приводит к образованию 5 моль уксусной кислоты. Рассчитаем количество ангидрида, вступившего в реакцию, и количество образовавшейся кислоты:

$n((CH_3CO)_2O)_{\text{реаг}} = 5 \times n(\text{моносахаридов}) = 5 \times 0,08 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$.

$n(CH_3COOH)_{\text{образ}} = 5 \times n(\text{моносахаридов}) = 5 \times 0,08 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$.

6. Определим количество избыточного уксусного ангидрида, который не вступил в реакцию с моносахаридами:

$n((CH_3CO)_2O)_{\text{изб}} = n((CH_3CO)_2O)_{\text{добавл}} - n((CH_3CO)_2O)_{\text{реаг}} = 0,5 - 0,4 = 0,1 \text{ моль}$.

7. Для нейтрализации полученного раствора потребуется гидроксид натрия. $NaOH$ будет реагировать как с образовавшейся уксусной кислотой, так и с избытком уксусного ангидрида.

Количество $NaOH$ для нейтрализации уксусной кислоты (соотношение 1:1 в реакции $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$):

$n_1(NaOH) = n(CH_3COOH) = 0,4 \text{ моль}$.

Количество $NaOH$ для реакции с избытком ангидрида (соотношение 2:1 в реакции $(CH_3CO)_2O + 2NaOH \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O$):

$n_2(NaOH) = 2 \times n((CH_3CO)_2O)_{\text{изб}} = 2 \times 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$.

Общее количество вещества $NaOH$:

$n_{\text{общ}}(NaOH) = n_1(NaOH) + n_2(NaOH) = 0,4 + 0,2 = 0,6 \text{ моль}$.

8. Рассчитаем массу чистого $NaOH$. Молярная масса $M(NaOH) \approx 40 \text{ г/моль}$.

$m(NaOH) = n_{\text{общ}}(NaOH) \times M(NaOH) = 0,6 \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} = 24 \text{ г}$.

9. Найдем массу 10%-го раствора $NaOH$, необходимого для нейтрализации:

$m(\text{раствора } NaOH) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{24 \text{ г}}{0,10} = 240 \text{ г}$.

10. Найдем объем этого раствора, используя заданную плотность:

$V(\text{раствора } NaOH) = \frac{m(\text{раствора } NaOH)}{\rho(\text{раствора } NaOH)} = \frac{240 \text{ г}}{1,11 \text{ г/мл}} \approx 216,2 \text{ мл}$.

Ответ: необходимый объём 10%-го раствора гидроксида натрия составляет 216,2 мл.

Напишите уравнения протекающих реакций.

1. Гидролиз лактозы:

$C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+} C_6H_{12}O_6 (\text{глюкоза}) + C_6H_{12}O_6 (\text{галактоза})$

2. Ацилирование моносахаридов уксусным ангидридом (на примере обобщенной формулы моносахарида $C_6H_7O(OH)_5$):

$C_6H_7O(OH)_5 + 5(CH_3CO)_2O \rightarrow C_6H_7O(OCOCH_3)_5 + 5CH_3COOH$

3. Нейтрализация уксусной кислоты гидроксидом натрия:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

4. Реакция избытка уксусного ангидрида с гидроксидом натрия:

$(CH_3CO)_2O + 2NaOH \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O$

Ответ: уравнения протекающих реакций приведены выше.