дано:
- масса смеси спирта и кислоты = 13,8 г
- объем газа при действии натрия = 3,36 л (н. у.)
- объем газа при действии гидрокарбоната натрия = 1,12 л (н. у.)
найти:
формулу органической кислоты и массовые доли веществ в исходной смеси
решение:
1. Начнем с нахождения количества вещества газов, выделившихся в обоих случаях.
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л.
Количество вещества газа при действии натрия:
n(Na) = 3,36 л / 22,4 л/моль = 0,15 моль.
Количество вещества газа при действии гидрокарбоната натрия:
n(NaHCO3) = 1,12 л / 22,4 л/моль = 0,05 моль.
2. Из уравнения реакции с натрием видно, что на каждый моль органической кислоты выделяется 1 моль газа. Таким образом, количество кислоты будет равно количеству выделившегося газа, то есть:
n(кислота) = n(Na) = 0,15 моль.
3. При реакции с гидрокарбонатом натрия, при взаимодействии одной моль кислоты выделяется один моль углекислого газа и одна моль воды. Соответственно:
n(кислота) = n(NaHCO3) = 0,05 моль.
4. Теперь определим соотношение между количеством вещества кислоты и этилового спирта. Пусть n(спирт) - это количество вещества этилового спирта.
С учетом того, что общее количество вещества смеси равно:
n(спирт) + n(кислота) = 0,15 + n(спирт).
5. Учитывая данные о массе смеси (m = 13,8 г), можем выразить массу кислоты и спирта через их молярные массы.
Молярная масса этила (C2H5OH):
C2H5OH = 2*12 + 6 + 16 = 46 г/моль.
Обозначим молярную массу кислоты как M(кислоты). Находим массы компонентов:
масса кислоты = n(кислота) * M(кислоты) = 0,15 моль * M(кислоты).
масса спирта = n(спирт) * M(спирта) = (0,15 - 0,05) моль * 46 г/моль = 0,10 моль * 46 г/моль = 4,6 г.
6. Теперь можем записать уравнение для массы смеси:
масса спирта + масса кислоты = 13,8 г
4,6 г + 0,15 * M(кислоты) = 13,8 г.
7. Отсюда находим массу кислоты:
0,15 * M(кислоты) = 13,8 г - 4,6 г = 9,2 г.
8. Найдем молярную массу кислоты:
M(кислоты) = 9,2 г / 0,15 моль ≈ 61,33 г/моль.
9. Определяем возможные одноосновные органические кислоты с такой молярной массой. Это может быть уксусная кислота (CH3COOH, 60 г/моль) или пропионовая кислота (C2H5COOH, 74 г/моль). По расчетам, уксусная кислота подходит лучше всего.
10. Теперь найдем массовую долю каждого компонента в смеси:
масса кислоты = 9,2 г,
масса спирта = 4,6 г.
11. Массовая доля кислоты:
w(кислота) = (масса кислоты / масса смеси) * 100% = (9,2 / 13,8) * 100% ≈ 66,67%.
Массовая доля спирта:
w(спирт) = (масса спирта / масса смеси) * 100% = (4,6 / 13,8) * 100% ≈ 33,33%.
ответ:
формула органической кислоты - CH3COOH (уксусная кислота); массовая доля кислоты ≈ 66,67%; массовая доля спирта ≈ 33,33%.