Номер 2, страница 39, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. В результате взаимодействия уксусной кислоты массой 28,8 г с метанолом массой 19,2 г образовалось 29,6 г сложного эфира. Вычислите массовую долю выхода эфира.

Ответ: 83,3%.

2. Дано:

Масса уксусной кислоты, $m(\text{CH}_3\text{COOH}) = 28,8 \text{ г}$

Масса метанола, $m(\text{CH}_3\text{OH}) = 19,2 \text{ г}$

Практическая масса полученного сложного эфира, $m_\text{практ}(\text{эфира}) = 29,6 \text{ г}$

Перевод в систему СИ:

$m(\text{CH}_3\text{COOH}) = 0,0288 \text{ кг}$

$m(\text{CH}_3\text{OH}) = 0,0192 \text{ кг}$

$m_\text{практ}(\text{эфира}) = 0,0296 \text{ кг}$

Найти:

Массовую долю выхода эфира, $\eta$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции этерификации уксусной кислоты метанолом. В результате образуется сложный эфир — метилацетат — и вода:

$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{CH}_3\text{OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOCH}_3 + \text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов и продукта (метилацетата), используя относительные атомные массы: Ar(C)=12, Ar(H)=1, Ar(O)=16.

Молярная масса уксусной кислоты:

$M(\text{CH}_3\text{COOH}) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

Молярная масса метанола:

$M(\text{CH}_3\text{OH}) = 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 32 \text{ г/моль}$

Молярная масса метилацетата:

$M(\text{CH}_3\text{COOCH}_3) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 74 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных реагентов:

$\nu(\text{CH}_3\text{COOH}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{COOH})}{M(\text{CH}_3\text{COOH})} = \frac{28,8 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0,48 \text{ моль}$

$\nu(\text{CH}_3\text{OH}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{OH})}{M(\text{CH}_3\text{OH})} = \frac{19,2 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, кислота и спирт реагируют в мольном соотношении 1:1.

Так как $\nu(\text{CH}_3\text{COOH}) = 0,48 \text{ моль}$, а $\nu(\text{CH}_3\text{OH}) = 0,6 \text{ моль}$, то уксусная кислота находится в недостатке ($0,48 \text{ моль} < 0,6 \text{ моль}$). Дальнейшие расчеты ведем по уксусной кислоте.

5. Рассчитаем теоретически возможную массу сложного эфира, который мог бы образоваться, если бы реакция прошла со 100% выходом.

Из уравнения реакции следует, что из 1 моль уксусной кислоты образуется 1 моль метилацетата. Следовательно, теоретическое количество вещества эфира равно количеству вещества лимитирующего реагента:

$\nu_\text{теор}(\text{CH}_3\text{COOCH}_3) = \nu(\text{CH}_3\text{COOH}) = 0,48 \text{ моль}$

Теперь найдем теоретическую массу эфира:

$m_\text{теор}(\text{CH}_3\text{COOCH}_3) = \nu_\text{теор} \cdot M = 0,48 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 35,52 \text{ г}$

6. Вычислим массовую долю выхода эфира ($\eta$), которая равна отношению практической массы продукта к теоретической массе, выраженному в процентах:

$\eta = \frac{m_\text{практ}}{m_\text{теор}} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{29,6 \text{ г}}{35,52 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 83,3\%$

Ответ: массовая доля выхода эфира составляет 83,3%.