Страница 191 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

6.44. Фенол массой 112,8 г нагрели с избытком формальдегида в присутствии кислоты. При этом образовалось 20,46 г воды. Определите среднюю молярную массу полученной фенолформальдегидной смолы, считая, что фенол реагирует полностью и поликонденсация протекает только линейно.

Дано:
масса фенола $m(C_6H_5OH) = 112,8$ г
масса воды $m(H_2O) = 20,46$ г
Фенол реагирует полностью.
Поликонденсация протекает линейно.

Данные в задаче представлены в граммах, что является стандартной единицей массы для химических расчетов с использованием молярной массы в г/моль. Перевод в систему СИ (килограммы) не требуется, так как это не упростит расчеты.

Найти:
Среднюю молярную массу фенолформальдегидной смолы $\overline{M}(\text{смолы})$ - ?

Решение:

1. Запишем обобщенное уравнение реакции линейной поликонденсации фенола с формальдегидом в кислой среде. В ходе реакции $n$ молекул фенола взаимодействуют с $(n-1)$ молекулами формальдегида, образуя одну полимерную цепь и $(n-1)$ молекул воды.

$n C_6H_5OH + (n-1) CH_2O \xrightarrow{H^+} \text{Полимер} + (n-1) H_2O$

Здесь $n$ — средняя степень поликонденсации, которую нам предстоит определить.

2. Рассчитаем молярные массы фенола и воды, используя атомные массы: C - 12, H - 1, O - 16.

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

$M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль

3. Найдем количество вещества (в молях) для фенола и образовавшейся воды.

$\nu(C_6H_5OH) = \frac{m(C_6H_5OH)}{M(C_6H_5OH)} = \frac{112,8 \text{ г}}{94 \text{ г/моль}} = 1,2$ моль

$\nu(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{20,46 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} \approx 1,1367$ моль

4. Согласно уравнению реакции, соотношение количеств вещества фенола и воды связано со степенью поликонденсации $n$:

$\frac{\nu(C_6H_5OH)}{\nu(H_2O)} = \frac{n}{n-1}$

Подставим найденные значения:

$\frac{1,2}{1,1367} = \frac{n}{n-1}$

$1,2 \cdot (n-1) \approx 1,1367 \cdot n$

$1,2n - 1,2 \approx 1,1367n$

$1,2n - 1,1367n \approx 1,2$

$0,0633n \approx 1,2$

$n \approx \frac{1,2}{0,0633} \approx 18,96$

Так как степень полимеризации — это целое число, округлим до ближайшего целого. $n = 19$. Это означает, что в среднем одна макромолекула смолы состоит из 19 остатков фенола.

5. Теперь определим среднюю молярную массу полученной смолы. Молярная масса одной макромолекулы равна сумме масс исходных мономеров за вычетом массы выделившихся побочных продуктов (воды). Для этого нам понадобится молярная масса формальдегида ($CH_2O$).

$M(CH_2O) = 12 + 2 \cdot 1 + 16 = 30$ г/моль

Средняя молярная масса смолы ($\overline{M}$) вычисляется по формуле:

$\overline{M}(\text{смолы}) = n \cdot M(C_6H_5OH) + (n-1) \cdot M(CH_2O) - (n-1) \cdot M(H_2O)$

$\overline{M}(\text{смолы}) = n \cdot M(C_6H_5OH) + (n-1) \cdot (M(CH_2O) - M(H_2O))$

Подставим значения $n=19$ и молярные массы:

$\overline{M}(\text{смолы}) = 19 \cdot 94 + (19-1) \cdot (30 - 18)$

$\overline{M}(\text{смолы}) = 19 \cdot 94 + 18 \cdot 12$

$\overline{M}(\text{смолы}) = 1786 + 216 = 2002$ г/моль

Ответ: средняя молярная масса полученной фенолформальдегидной смолы составляет 2002 г/моль.