Номер 6, страница 168, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

6*. Сколько граммов глюкозы было подвергнуто спиртовому брожению, протекающему с выходом 80%, если для нейтрализации образующегося при этом $CO_2$, потребовалось 65,57 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия ($\rho= 1,22 \text{ г/мл}$)?

Ответ: 22,5 г.

6* Дано:

Выход реакции, $\eta = 80\%$

Объем раствора гидроксида натрия, $V(\text{р-ра } NaOH) = 65,57 \text{ мл}$

Массовая доля гидроксида натрия, $w(NaOH) = 20\%$

Плотность раствора гидроксида натрия, $\rho(\text{р-ра } NaOH) = 1,22 \text{ г/мл}$

Перевод в систему СИ (для справки, в расчетах используются более удобные единицы):

$\eta = 0,8$

$V(\text{р-ра } NaOH) = 65,57 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

$w(NaOH) = 0,2$

$\rho(\text{р-ра } NaOH) = 1220 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Массу глюкозы, $m(C_6H_{12}O_6)$ — ?

Решение:

1. Составим уравнения химических реакций:

Реакция спиртового брожения глюкозы:

$C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{\text{ферменты}} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$

Реакция нейтрализации углекислого газа, образующегося при брожении, раствором гидроксида натрия. Углекислый газ является кислотным оксидом, и его полная нейтрализация щелочью приводит к образованию средней соли — карбоната натрия:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

2. Найдем массу раствора гидроксида натрия:

$m(\text{р-ра } NaOH) = V(\text{р-ра } NaOH) \cdot \rho(\text{р-ра } NaOH) = 65,57 \text{ мл} \cdot 1,22 \text{ г/мл} \approx 80,0 \text{ г}$

3. Рассчитаем массу чистого $NaOH$, содержащегося в растворе:

$m(NaOH) = m(\text{р-ра } NaOH) \cdot w(NaOH) = 80,0 \text{ г} \cdot 0,20 = 16,0 \text{ г}$

4. Определим количество вещества (число молей) гидроксида натрия. Молярная масса $NaOH$ составляет $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{16,0 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$

5. Используя уравнение реакции нейтрализации, найдем количество вещества $CO_2$, которое прореагировало. Из уравнения видно, что на 1 моль $CO_2$ расходуется 2 моль $NaOH$. Следовательно, количество вещества $CO_2$ в два раза меньше количества вещества $NaOH$. Это количество является практическим выходом $CO_2$ в реакции брожения.

$n_{\text{практ}}(CO_2) = \frac{1}{2} n(NaOH) = \frac{1}{2} \cdot 0,4 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$

6. Выход реакции брожения составляет 80% ($\eta = 0,8$). Зная практический выход $CO_2$, мы можем рассчитать теоретически возможное количество $CO_2$, которое могло бы образоваться при 100% выходе.

$n_{\text{теор}}(CO_2) = \frac{n_{\text{практ}}(CO_2)}{\eta} = \frac{0,2 \text{ моль}}{0,8} = 0,25 \text{ моль}$

7. По уравнению реакции брожения определим количество вещества глюкозы, необходимое для образования 0,25 моль $CO_2$. Из уравнения следует, что из 1 моль глюкозы образуется 2 моль $CO_2$. Таким образом, количество вещества глюкозы в два раза меньше теоретического количества $CO_2$.

$n(C_6H_{12}O_6) = \frac{1}{2} n_{\text{теор}}(CO_2) = \frac{1}{2} \cdot 0,25 \text{ моль} = 0,125 \text{ моль}$

8. Наконец, найдем массу глюкозы, которая была подвергнута брожению. Молярная масса глюкозы $C_6H_{12}O_6$ равна $M(C_6H_{12}O_6) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 180 \text{ г/моль}$.

$m(C_6H_{12}O_6) = n(C_6H_{12}O_6) \cdot M(C_6H_{12}O_6) = 0,125 \text{ моль} \cdot 180 \text{ г/моль} = 22,5 \text{ г}$

Ответ: 22,5 г.