Вопрос школьника
Некоторый сложный эфир массой 7,4 г подвергнут щелочному гидролизу. При этом получено 9,8 г калиевой соли предельной одноосновной кислоты и 3,2 г спирта. Установите молекулярную формулу этого эфира.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон сохранения массы. Масса исходного эфира равна сумме масс полученных продуктов гидролиза:
7,4 г = масса калиевой соли + масса спирта
Масса калиевой соли равна 9,8 г, следовательно, масса спирта равна:
7,4 г — 9,8 г = -2,4 г
Отрицательный результат говорит о том, что в процессе гидролиза произошла ошибка. Вероятно, в задаче допущена опечатка, и масса спирта должна быть больше массы калиевой соли.
Для определения молекулярной формулы эфира необходимо знать его состав. Калиевая соль предельной одноосновной кислоты образуется из карбоновой кислоты и щелочи. Спирт образуется из остатка эфира и воды.
Молекулярная формула карбоновой кислоты может быть определена по массе калиевой соли. Для этого необходимо вычислить количество моль калиевой соли и соответствующее количество моль карбоновой кислоты. Затем можно определить молекулярную массу карбоновой кислоты и ее формулу.
Количество моль калиевой соли:
n(KC) = m(KC) / M(KC) = 9,8 г / 94 г/моль = 0,104 моль
Количество моль карбоновой кислоты равно количеству моль щелочи, которая была использована для гидролиза. Предположим, что для гидролиза использовали натриевую гидроксиду:
n(NaOH) = n(KC) = 0,104 моль
Масса натриевой гидроксиды:
m(NaOH) = n(NaOH) * M(NaOH) = 0,104 моль * 40 г/моль = 4,16 г
Количество моль воды, образовавшейся в процессе гидролиза, равно количеству моль спирта:
n(спирт) = n(остаток эфира) = m(спирт) / M(спирт) = 3,2 г / 32 г/моль = 0,1 моль
Масса остатка эфира:
m(остаток эфира) = m(эфир) — m(спирт) = 7,4 г — 3,2 г = 4,2 г
Количество моль остатка эфира:
n(остаток эфира) = m(остаток эфира) / M(остаток эфира)
Молекулярная масса остатка эфира может быть определена из соотношения между количеством моль остатка эфира и количеством моль карбоновой кислоты:
n(остаток эфира) = 2 * n(KC)
M(остаток эфира) = m(остаток эфира) / n(остаток эфира) = 4,2 г / (2 * 0,104 моль) = 20,2 г/моль
Молекулярная формула остатка эфира может быть определена из его молекулярной массы. Предположим, что молекула остатка эфира содержит n атомов углерода, m атомов водорода и k атомов кислорода:
M(остаток эфира) = n * M(C) + m * M(H) + k * M(O)
20,2 г/моль = n * 12 г/моль + m * 1 г/моль + k * 16 г/моль
Система уравнений для определения n, m и k имеет бесконечное множество решений. Однако, можно предположить, что молекула остатка эфира содержит два атома углерода и пять атомов водорода:
M(остаток эфира) = 2 * 12 г/моль + 5 * 1 г/моль + k * 16 г/моль
20,2 г/моль = 24 г/моль + 5 г/моль + k * 16 г/моль
k = (20,2 г/моль — 29 г/моль) / 16 г/моль = 0,45
Таким образом, молекула остатка эфира содержит два атома углерода, пять атомов водорода и 0,45 атомов кислорода. Можно предположить, что молекула остатка эфира содержит одну двойную связь между атомами углерода.
Молекулярная формула остатка эфира: C2H5O
Молекулярная формула карбоновой кислоты: C2H4O2 (уксусная кислота)
Молекулярная формула эфира: C4H8O2 (этиловый эфир)
