Номер 12, страница 203 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Готовимся к ЕГЭ. Глава 6. Классификация и взаимосвязь неорганических и органических веществ - номер 12, страница 203.

Условие.

12. Органическое вещество циклического строения содержит 3,47% водорода, 15,97% натрия и 22,22% кислорода (по массе).

На основании условия задания:

1) проведите необходимые вычисления с указанием единицы измерения искомых физических величин и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;

2) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;

3) напишите уравнение реакции сплавления этого вещества с гидроксидом натрия.

При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ.

Решение.

Решение 2.

1) проведите необходимые вычисления с указанием единицы измерения искомых физических величин и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;

Дано:
Массовая доля водорода $ω(H) = 3,47\%$
Массовая доля натрия $ω(Na) = 15,97\%$
Массовая доля кислорода $ω(O) = 22,22\%$
Вещество имеет циклическое строение.

Найти:
Молекулярную формулу вещества $C_xH_yO_zNa_k$

Решение:
1. Органическое вещество содержит углерод. Найдем его массовую долю:
$ω(C) = 100\% - (ω(H) + ω(Na) + ω(O))$
$ω(C) = 100\% - (3,47\% + 15,97\% + 22,22\%) = 100\% - 41,66\% = 58,34\%$

2. Для нахождения простейшей формулы предположим, что у нас есть 100 г вещества. Тогда массы элементов будут равны их массовым долям:
$m(C) = 58,34 \text{ г}$
$m(H) = 3,47 \text{ г}$
$m(Na) = 15,97 \text{ г}$
$m(O) = 22,22 \text{ г}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого элемента, используя их молярные массы: $M(C) = 12 \text{ г/моль}$, $M(H) = 1 \text{ г/моль}$, $M(Na) = 23 \text{ г/моль}$, $M(O) = 16 \text{ г/моль}$.
$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{58,34 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} \approx 4,86 \text{ моль}$
$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{3,47 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 3,47 \text{ моль}$
$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{15,97 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} \approx 0,69 \text{ моль}$
$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{22,22 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 1,39 \text{ моль}$

4. Найдем соотношение атомов в молекуле, разделив количество вещества каждого элемента на наименьшее значение ($0,69 \text{ моль}$):
$x : y : k : z = n(C) : n(H) : n(Na) : n(O)$
$x = \frac{4,86}{0,69} \approx 7$
$y = \frac{3,47}{0,69} \approx 5$
$k = \frac{0,69}{0,69} = 1$
$z = \frac{1,39}{0,69} \approx 2$
Таким образом, простейшая формула вещества — $C_7H_5NaO_2$.

5. Эта формула соответствует натриевой соли бензойной кислоты (бензоату натрия), которая имеет циклическое строение (бензольное кольцо). Следовательно, простейшая формула является и молекулярной.

Ответ: Молекулярная формула исходного органического вещества — $C_7H_5NaO_2$.

2) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;

Молекулярная формула $C_7H_5NaO_2$ и информация о циклическом строении указывают на бензоат натрия. Это натриевая соль бензойной кислоты. Его структура состоит из бензольного кольца, соединенного с карбоксилатной группой, с которой ионной связью связан ион натрия.

Ответ: Структурная формула бензоата натрия:

$C_6H_5-COONa$

3) напишите уравнение реакции сплавления этого вещества с гидроксидом натрия.

Сплавление солей карбоновых кислот со щелочами (реакция Дюма) приводит к декарбоксилированию — отщеплению карбоксильной группы и образованию углеводорода. В данном случае бензоат натрия реагирует с гидроксидом натрия при нагревании (сплавлении) с образованием бензола и карбоната натрия.

Ответ: Уравнение реакции:

$C_6H_5COONa + NaOH \xrightarrow{t, \text{сплавление}} C_6H_6 + Na_2CO_3$