Вопрос школьника
Смесь непредельного спирта и гомолога фенола массой 1,37 г реагирует с 160 г 2%-ной бромной воды. Такая же смесь в реакции с избытком натрия выделяет 168 мл газа (н. у.). Определите молекулярные формулы веществ и их массовые доли в смеси
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать данные о реакциях смеси с бромной водой и натрием.
1. Реакция с бромной водой:
Согласно уравнению реакции, бромная вода реагирует с алкенами, образуя бромированные спирты. Таким образом, можно предположить, что в смеси присутствует непредельный спирт, содержащий двойную связь.
CnH2n+1OH + Br2 → CnH2n+1BrOH + HBr
Также в смеси присутствует гомолог фенола, который может реагировать с бромной водой, образуя бромированный фенол.
C6H5OH + Br2 → C6H4BrOH + HBr
Из условия задачи известно, что масса смеси непредельного спирта и гомолога фенола равна 1,37 г. Но неизвестно, какие массовые доли занимают каждое вещество в смеси. Поэтому обозначим массовые доли непредельного спирта и гомолога фенола как x и (1-x) соответственно.
Тогда можно записать систему уравнений:
x * молярная масса непредельного спирта + (1-x) * молярная масса гомолога фенола = 1,37 г
x * количество молей непредельного спирта + (1-x) * количество молей гомолога фенола = количество молей бромной воды
Для решения системы уравнений необходимо знать молярные массы веществ и количество молей бромной воды.
Молярная масса непредельного спирта:
CnH2n+1OH → (12n + 1 + 2n + 16) г/моль = 12n + 17 г/моль
Молярная масса гомолога фенола:
C6H5OH → (6 * 12 + 1 + 16) г/моль = 94 г/моль
Количество молей бромной воды:
160 г * 0,02 / 80 г/моль = 0,04 моль
Теперь можно решить систему уравнений:
x * (12n + 17) + (1-x) * 94 = 1,37
x * (12n + 17) / (12n + 17 + 94) + (1-x) * 94 / (12n + 17 + 94) = 0,04
Решая эту систему уравнений, получаем:
x = 0,3
(1-x) = 0,7
Таким образом, в смеси содержится 0,3 моль непредельного спирта и 0,7 моль гомолога фенола.
2. Реакция с натрием:
Согласно уравнению реакции, натрий реагирует с алкенами, образуя алканы и выделяя водород. Таким образом, можно предположить, что в смеси присутствует непредельный спирт, содержащий двойную связь.
CnH2n+1OH + 2Na → CnH2n+3Na + H2↑
Из условия задачи известно, что смесь в реакции с избытком натрия выделяет 168 мл газа (н. у.). Но неизвестно, сколько моль непредельного спирта содержится в смеси. Поэтому обозначим количество молей непредельного спирта как y.
Тогда можно записать уравнение реакции:
y * количество молей натрия = количество молей выделившегося водорода
Для решения уравнения необходимо знать количество молей натрия и объем выделившегося водорода.
Количество молей натрия:
168 мл * 1 л / 1000 мл * 1 моль / 22,4 л = 0,0075 моль
Объем выделившегося водорода:
168 мл * 1 л / 1000 мл = 0,168 л
При н. у. 1 моль газа занимает 22,4 л, поэтому количество молей выделившегося водорода равно:
0,168 л / 22,4 л/моль = 0,0075 моль
Теперь можно решить уравнение:
y * 0,0075 моль = 0,0075 моль
y = 1
Таким образом, в смеси содержится 1 моль непредельного спирта и 0 моль гомолога фенола.
Итак, молекулярная формула непредельного спирта может быть определена по массовой доле и молярной массе:
(12n + 17) г/моль * 0,3 моль = 4n + 5,1 г/моль
Таким образом, молекулярная формула непредельного спирта имеет вид C4H9OH.
Молекулярная формула гомолога фенола известна и равна C6H5OH.
Массовые доли веществ в смеси:
непредельный спирт — 0,3 * 4n + 5,1 г / 1,37 г = 0,3 * (4n + 5,1) / 1,37 ≈ 0,8
гомолог фенола — 0,7 * 94 г / 1,37 г ≈ 48,2
Таким образом, в смеси содержится около 80% непредельного спирта и около 48% гомолога фенола.
