Ответ. m(CH3COOH) = 76,8 г

Задача 4. При окислении смеси бензола и толуола подкисленным раствором перманганата калия при нагревании получено 8,54 г одноосновной органической кислоты. При взаимодействии этой кислоты с избытком водного раствора гидрокарбоната натрия выделился газ, объем которого в 19 раз меньше объема такого же газа, полученного при полном сгорании исходной смеси углеводородов. Определите массы веществ в исходной смеси.

Решение

Перманганатом калия окисляется только толуол, при этом образуется бензойная кислота:

5С6Н5-СН3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 > 5С6Н5-СООН + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 14Н2О

v(C6H5-COOH) = 8,54/122 = 0,07 моль = v(C6H5-CH3).

При взаимодействии бензойной кислоты с гидрокарбонатом натрия выделяется СО2:

С6Н5-СООН + NaHCO3 > C6H5-COONa + СО2^ + Н2О.

v(CO2) = v(C6H5-COOH) = 0,07 моль.

При сгорании смеси углеводородов образуется 0,07*19 = 1,33 моль СО2. Из этого количества при сгорании толуола по уравнению

С6Н5-СН3 + 9О2 > 7СО2 + 4Н2О

образуется 0,07*7 = 0,49 моль СО2. Остальные 1,33-0,49 = 0,84 моль СО2 образуются при сгорании бензола:

С6Н6 + 7,5О2 > 6СО2 + ЗН2О.

v(C6H6) = 0,84/6 = 0,14 моль.

Массы веществ в смеси равны:

m(С6Н6) = 0,14-78 = 10,92 г, m(С6Н5-СН3) = 0,07*92 = 6,48 г.

Ответ. 10,92 г бензола, 6,48 г толуола.

Задача 5. Эквимолярная смесь ацетилена и формальдегида полностью прореагировала с 69,6 г оксида серебра (аммиачный раствор). Определите состав смеси (в % по массе).

Решение

Оксид серебра реагирует с обоими веществами в смеси:

НС ? СН + Аg2О > AgC ? CAgv + Н2О,

СН2О + 2Аg2О > 4Аgv + СО2 + Н2О.

(Уравнения реакции записаны в упрощенном виде).

Пусть в смеси содержалось по х моль С2Н2 и СН2О. Эта смесь прореагировала с 69,6 г оксида серебра, что составляет 69,6/232 = 0,3 моль. В первую реакцию вступило х моль Аg2О, во вторую -- 2х моль Аg2О, всего -- 0,3 моль, откуда следует, что х = 0,1.

m(C2H2) = 0,1 - 26 = 2,6 г; m(CH2O) = 0,1-30 = 3,0 г;

общая масса смеси равна 2,6+3,0 = 5,6 г. Массовые доли компонентов в смеси равны:

?(С2Н2) = 2,6/5,6 = 0,464, или 46,4%; ?(СН2О) = 3,0/5,6 = 0,536, или 53,6%.

Ответ. 46,4% ацетилена, 53,4% формальдегида.

Задача 6. Через 10 г смеси бензола, фенола и анилина про пустили ток сухого хлороводорода, при этом выпало 2,59 г осадка. Его отфильтровали, а фильтрат обработали водным раствором гидроксида натрия. Верхний органический слой отделили, его масса уменьшилась на 4,7 г. Определите массы веществ в исходной смеси.

Решение

При пропускании через смесь сухого хлороводорода выпадает осадок хлорида фениламмония, который нерастворим в органических растворителях:

C6H5NH2 + HCl > C6H5NH3Cl v.

v ( C 6 H 5 NH 3 Cl ) = 2,59/129,5 = 0,02 моль, следовательно v ( C 6 H 5 NH 2 ) = 0,02 моль, m ( C 6 H 5 NH 2 ) = 0,02.93 = 1,86 г.

Уменьшение массы органического слоя на 4,7 г произошло за счет реакции фенола с гидроксидом натрия:

С6Н5ОН + NaOH > C6H5ONa + Н2О.

Фенол перешел в водный раствор в виде фенолята натрия. m (С6Н5ОН) = 4,7 г. Масса бензола в смеси составляет 10 - 4,7 -1,86 = 3,44 г.

Ответ. 1,86 г анилина, 4,7 г фенола, 3,44 г бензола.

Задача 7. Этиленовый углеводород присоединяет 6,72 л (н.у.) хлороводорода. При гидролизе продукта реакции водным раствором гидроксида натрия при нагревании образуется 22,2 г предельного одноатомного спирта, содержащего три метильные группы. Определите строение исходного углеводорода и полученного спирта.

Решение

Запишем уравнения реакций:

СnН2n + НСl > СnН2n+1Сl,

CnH2n+1Cl + NaOH > CnH2n+1OH + NaCl.

v(HCl) = 6,72/22,4 = 0,3 моль.

Согласно уравнениям реакций,

v(CnH2n+1OH) = v(CnH2n+1Cl) = v(HCl) = 0.3 моль.

Молярная масса спирта равна:

M(CnH2n+1OH) = 22,2/0,3 = 74 г/моль, откуда n = 4.

Следовательно, молекулярная формула спирта -- С4Н9ОН.

Из четырех спиртов состава С4Н9ОН только третичный спирт (2-метилпропанол-2, или трет-бутиловый спирт) содержит три метильные группы. В состав молекулы этого спирта входит разветвленный углеродный скелет, следовательно, исходный алкен состава С4Н8 тоже имел разветвленный скелет. Это 2-метилпропен. Уравнения реакций:

Ответ. 2-метилпропен; трет-бутанол.

Задача 8. Соединение неизвестного строения медленно реагирует с натрием, не окисляется раствором дихромата натрия, с концентрированной соляной кислотой реагирует быстро с образованием алкилхлорида, содержащего 33,3% хлора по массе. Определите строение этого соединения.

Решение

Характер реакций с Na, с Na2Cr2O7 и с HCl свидетельствует о том, что неизвестное вещество -- третичный спирт, при реакции с HCl образуется третичный алкилхлорид:

ROH + HCl > RCl + Н2О.

Один моль RCl содержит один моль Cl массой 35,5 г, что составляет 33,3% от общей массы, следовательно молярная масса алкилхлорида равна: M(RCl) = 35,5/0,333 = 106,5 г/моль, а молярная масса углеводородного радикала равна: M(R) = 106,5-35,5 = 71 г/моль. Единственный радикал с такой молярной массой -С5Н11.

Третичные спирты имеют общую формулу:

Один атом углерода из пяти соединен с гидроксильной группой, а четыре атома входят в состав трех радикалов. Разбить четыре атома углерода на три радикала можно единственным способом: два радикала СН3 и один радикал С2Н5. Искомый спирт 2-метилбутанол-2:

Ответ. 2-метилбутанол-2.

Задача 9. Расположите в порядке возрастания кислотности следующие вещества: фенол, сернистая кислота, метанол. Приведите уравнения химических реакций, подтверждающие правильность выбранной последовательности.

Решение

Правильный ряд выглядит так:

СН3ОН < С6Н5ОН < H2SO3.

Фенол сильнее метанола, поскольку фенол реагирует с растворами щелочей, а метанол -- нет:

С6Н5ОН + NaOH = C6H5ONa + H2O , СН3ОН + NaOH --I>

Далее воспользуемся правилом, согласно которому более сильная кислота вытесняет более слабую из ее солей.

C6H5ONa + SO2 + H2O = С6Н5ОН + NaHSO3 .

Фенол вытесняется сернистой кислотой из фенолята натрия, следовательно, сернистая кислота сильнее фенола.

Задача 10. При действии избытка натрия на смесь этилового спирта и фенола выделилось 6,72 л водорода (н.у.). Для полной нейтрализации этой же смеси потребовалось 25 мл 40%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,4 г/мл). Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Решение. С натрием реагируют и этанол, и фенол:

2С2Н5ОН + 2Na > 2C2H5ONa + Н2^,

2С6Н5ОН + 2Na > 2C6H5ONa + Н2^,

а с гидроксидом калия -только фенол:

С6Н5ОН + KОН > С6Н5ОK + Н2О.

v(KOH) = 25-1,4-0,4 / 56 = 0,25 моль = v(C6H5OH).

Из 0,25 моль фенола в реакции с натрием выделилось 0,25/2 = 0,125 моль Н2, а всего выделилось 6,72/22,4 = 0,3 моль Н2. Оставшиеся 0,3-0,125 = 0,175 моль Н2 выделились из этанола, которого израсходовано 0,175-2 = 0,35 моль.

Массы веществ в исходной смеси:

m(С6Н5ОН) = 0,25-94 = 23,5 г, m(С2Н5ОН) = 0,35-46 = 16,1 г. Массовые доли: ?(С6Н5ОН) = 23,5 / (23,5+16,1) = 0,593, или 59,3%, ?(С2Н5ОН)= 16,1 /(23,5+16,1) = 0,407, или 40,7%.

Ответ. 59,3% фенола, 40,7% этанола.

Задача 11. Среди изомеров состава С7Н7ОK выберите такой, из которого в две стадии можно получить соединение состава С7Н6ОВr2.

Решение. Изомеры состава С7Н7ОK могут быть производными метилфенолов (крезолов) или бензилового спирта -- простейшего ароматического спирта:

Вещество состава С7Н6ОВr2 - это дибромпроизводное от С7Н8О, которое можно получить по реакции с любой неорганической кислотой (фенол, его гомологи и ароматические спирты -- очень слабые кислоты). Два атома водорода можно заместить на два атома брома в бензольном кольце под действием бромной воды, если с бензольным кольцом соединена группа ОН, и при этом одно из орто- и пара-положений по отношению г группе ОН занято группой СН3 (если все эти положения будут свободны от заместителей, то образуется трибромпроизводное). Этому условию удовлетворяют 2-метилфенол (о-крезол) и 4-метилфенол (n-крезол). Таким образом, схема реакций выглядит следующим образом (на примере 2-метилфенолята калия):

Аналогичная схема справедлива для 4-метилфенолята калия.

Ответ. 2-метилфенолят калия или 4-метилфенолят калия [7, 10, 11, 12].

ТЕСТЫ

1. Различить пробирки с бензольными растворами фенола и этанола можно с помощью:

а) натрия

б) гидроксида калия

в) бромной воды +

г) хлороводорода

2.Какие два органических вещества используются для получения фенола в промышленности?

а) толуол

б) бензол +

в) этилен

г) пропилен +

3.В отличие от этанола фенол реагирует с:

а) калием

б) водным раствором гидроксида калия +

в) хлороводородом

г) гидросульфатом калия

4. При взаимодействии предельных альдегидов с водородом образуются:

а) карбоновые кислоты

б) простые эфиры

в) вторичные спирты

г) первичные спирты +

5. При восстановлении пропаналя образуется:

а) пропановая кислота