дано:
- масса смеси (m) = 13,3 г
- масса раствора NaOH = 16,0 г
- концентрация раствора NaOH = 25% (по массе)
- объем газа (V) = 1,68 дм3 (н. у.)
найти:
- массовые доли уксусной кислоты (w_ук), ацетальдегида (w_ац), этанола (w_эт)
решение:
1. Рассчитаем массу гидроксида натрия в растворе:
m_NaOH = 16,0 г * 0,25 = 4,0 г
2. Найдем количество вещества гидроксида натрия (n_NaOH):
M_NaOH = 40 г/моль
n_NaOH = m_NaOH / M_NaOH = 4,0 г / 40 г/моль = 0,1 моль
3. Установим уравнение реакции для нейтрализации:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
На одну молекулу уксусной кислоты требуется одна молекула NaOH. Значит, для нейтрализации 0,1 моль уксусной кислоты потребуется 0,1 моль NaOH.
Следовательно, n_ук = 0,1 моль.
4. Общая реакция между уксусной кислотой и калий:
CH3COOH + K → C2H4 + K2CO3
Количество выделившегося газа соответствует количеству уксусной кислоты,
V_gas = n_газ * 22,4 л/моль
n_газ = V / 22,4 = 1,68 дм3 / 22,4 дм3/моль = 0,075 моль
5. Поскольку все три компонента смеси реагируют с NaOH, составим уравнение для расчета количества вещества всех компонентов смеси:
n_ук + n_ац + n_эт = 0,1 + n_ац + n_эт = 0,1
6. Определим массы каждого компонента:
- масса уксусной кислоты (m_ук) = n_ук * M_ук = 0,1 моль * 60 г/моль = 6,0 г
Обозначим массу ацетальдегида как x, а массу этанола как y.
Тогда:
x + y + 6,0 = 13,3
x + y = 7,3
7. Учитывая, что при реакции с избытком K также образуется газ, можем написать еще одно уравнение, связывающее массы:
- масса ацетальдегида (m_ац) = n_ац * M_ац
- масса этанола (m_эт) = n_эт * M_эт
Однако, чтобы решить систему, мы можем использовать тот факт, что для получения газа из ацетальдегида нужно меньшее количество его по сравнению с уксусной кислотой.
8. Вводим пропорции для газов (известно, что 1 моль ацетальдегида дает 1 моль газа):
n_ац = 0,075 моль => m_ац = n_ац * M_ац = 0,075 * 44 = 3,3 г
Подставим в уравнение:
x + 3,3 = 7,3 => y = 4,0 г
9. Теперь знаем массы всех компонентов:
- уксусная кислота: 6,0 г
- ацетальдегид: 3,3 г
- этанол: 4,0 г
10. Рассчитаем массовые доли:
w_ук = m_ук / m * 100% = 6,0 г / 13,3 г * 100% ≈ 45,11%
w_ац = m_ац / m * 100% = 3,3 г / 13,3 г * 100% ≈ 24,81%
w_эт = m_эт / m * 100% = 4,0 г / 13,3 г * 100% ≈ 30,08%
ответ:
- массовая доля уксусной кислоты ≈ 45,11%
- массовая доля ацетальдегида ≈ 24,81%
- массовая доля этанола ≈ 30,08%