Номер 1, страница 175 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 1. Какой минимальный объем аммиака надо пропустить через 20%-ый раствор хлоруксусной кислоты массой 300 г для полного превращения ее в аминоуксусную кислоту.

Ответ: 14,2 л.

1. Дано:

Масса раствора хлоруксусной кислоты ($ClCH₂COOH$) - $m_{р-ра} = 300$ г.

Массовая доля хлоруксусной кислоты - $ω = 20\% = 0.2$.

Найти:

Минимальный объем аммиака $V(NH₃)$ - ?

Решение:

1. Реакция получения аминоуксусной кислоты (глицина) из хлоруксусной кислоты и аммиака является реакцией нуклеофильного замещения. Суммарное уравнение реакции, приводящее к образованию свободной аминокислоты, выглядит так:

$ClCH₂COOH + 2NH₃ → NH₂CH₂COOH + NH₄Cl$

Согласно этому уравнению, на 1 моль хлоруксусной кислоты требуется 2 моля аммиака. Один моль аммиака выступает как нуклеофил, замещая атом хлора, а второй моль нейтрализует образующийся в ходе реакции побочный продукт - хлороводород.

Однако в условии задачи просят найти минимальный объем аммиака. Минимально необходимое количество аммиака требуется для самого акта замещения атома хлора на аминогруппу. При этом образуется не свободная аминокислота, а ее соль – гидрохлорид глицина. Реакция в этом случае требует стехиометрического соотношения 1:1.

$ClCH₂COOH + NH₃ → [NH₃⁺CH₂COOH]Cl⁻$

Так как это минимально необходимое количество для превращения, в расчетах будем исходить из соотношения $n(ClCH₂COOH) : n(NH₃) = 1 : 1$.

2. Найдем массу чистой хлоруксусной кислоты, содержащейся в 300 г 20%-го раствора:

$m(ClCH₂COOH) = m_{р-ра} \cdot ω = 300\ г \cdot 0.20 = 60\ г$

3. Рассчитаем молярную массу хлоруксусной кислоты ($ClCH₂COOH$):

$M(ClCH₂COOH) = M(Cl) + 2 \cdot M(C) + 3 \cdot M(H) + 2 \cdot M(O) = 35.5 + 2 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 94.5\ г/моль$

4. Найдем количество вещества хлоруксусной кислоты:

$n(ClCH₂COOH) = \frac{m(ClCH₂COOH)}{M(ClCH₂COOH)} = \frac{60\ г}{94.5\ г/моль} \approx 0.6349\ моль$

5. Согласно стехиометрии (1:1), количество вещества аммиака равно количеству вещества хлоруксусной кислоты:

$n(NH₃) = n(ClCH₂COOH) \approx 0.6349\ моль$

6. Рассчитаем объем аммиака при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$V(NH₃) = n(NH₃) \cdot V_m = 0.6349\ моль \cdot 22.4\ л/моль \approx 14.22\ л$

Ответ: 14,2 л.