дано:
- масса полученного этилацетата = 13,2 г
- выход реакции = 60%
- объем газа (углекислого газа) при действии гидрокарбоната натрия = 7,84 л (н.у.)
найти:
массы веществ в исходной смеси и какое вещество взято в избытке.
решение:
1. Определим теоретически возможную массу этилацетата. Выход реакции можно выразить следующим образом:
выход (%) = (масса полученного продукта / теоретическая масса) * 100%.
С учетом известного выхода:
60 = (13,2 / теоретическая масса) * 100,
теоретическая масса = 13,2 / 0,6 ≈ 22 г.
2. Запишем уравнение реакции этерификации:
C2H5OH + CH3COOH -> C2H5OOCCH3 + H2O.
Из уравнения видно, что для образования 1 молекулы этилацетата нужно использовать 1 моль этанола и 1 моль уксусной кислоты.
3. Рассчитаем количество вещества теоретически возможного этилацетата, используя его молярную массу:
молярная масса этилацетата (C4H8O2) ≈ 88 г/моль.
количество вещества этилацетата = масса / молярная масса = 22 г / 88 г/моль ≈ 0,25 моль.
4. Из уравнения реакции видно, что на 1 моль этилацетата требуется 1 моль этанола и 1 моль уксусной кислоты. Таким образом, для получения 0,25 моль этилацетата необходимо 0,25 моль этанола и 0,25 моль уксусной кислоты.
5. Теперь найдем массы этанола и уксусной кислоты:
- молярная масса этанола (C2H5OH) ≈ 46 г/моль,
- молярная масса уксусной кислоты (CH3COOH) ≈ 60 г/моль.
масса этанола = 0,25 моль * 46 г/моль = 11,5 г,
масса уксусной кислоты = 0,25 моль * 60 г/моль = 15 г.
6. Итак, общая масса смеси этанола и уксусной кислоты:
m(смеси) = m(этанол) + m(уксусная кислота) = 11,5 г + 15 г = 26,5 г.
7. При действии избытка гидрокарбоната натрия (NaHCO3) на уксусную кислоту образуется углекислый газ (CO2). Уравнение реакции выглядит так:
CH3COOH + NaHCO3 -> CH3COONa + CO2 + H2O.
8. Объем углекислого газа, выделившегося при действии на уксусную кислоту, составляет 7,84 л. Для расчета количества вещества углекислого газа используем формулу:
n(CO2) = V / Vm,
где Vm = 22,4 л/моль (при н.у.).
n(CO2) = 7,84 л / 22,4 л/моль ≈ 0,35 моль.
9. Так как каждый моль уксусной кислоты дает 1 моль углекислого газа, то потребуется 0,35 моль уксусной кислоты.
10. Найдем массу уксусной кислоты, необходимую для реакции:
масса уксусной кислоты = 0,35 моль * 60 г/моль = 21 г.
11. Теперь сравним массу уксусной кислоты, необходимую для реакции с полученной из этерификации:
- масса уксусной кислоты в смеси = 15 г,
- масса уксусной кислоты, необходимая для реакции = 21 г.
12. Это показывает, что уксусной кислоты в смеси недостаточно для реакции, следовательно, этанол взят в избытке.
ответ:
масса этанола ≈ 11,5 г,
масса уксусной кислоты ≈ 15 г,
в избытке взят этанол.