Дано (в СИ):
1. Масса жира (m_жир) = 2132 кг = 2132000 г
2. Объем водорода (V_H2) = 100,8 л = 100,8 × 10^-3 м³
3. Температура водорода — нормальные условия (н. у.): давление 1 атм, температура 0°C (273,15 К)
4. Объем раствора гидроксида натрия (V_NaOH) = 3,636 л = 3636 мл = 3636 г/1,1 г/мл = 3323,64 г
5. Концентрация раствора гидроксида натрия — 10% (по массе)
Найти:
1. Массовые доли компонентов в смеси после гидрирования и обработки раствором гидроксида натрия.
2. Процесс гидрирования жира: реакция гидрирования с образованием насыщенных кислот.
3. Продукты реакции с гидроксидом натрия.
Решение:
1. Определение состава исходного жира:
Исходный жир состоит только из пальмитиновой кислоты (C16H32O2) и олеиновой кислоты (C18H34O2). Уравнение реакции гидрирования — это процесс насыщения ненасыщенных жирных кислот водородом.
Молекулы олеиновой кислоты (C18H34O2) содержат одну двойную связь, а молекулы пальмитиновой кислоты (C16H32O2) не содержат двойных связей. Следовательно, в процессе гидрирования олеиновая кислота превращается в пальмитиновую кислоту. Для того чтобы рассчитать, сколько олеиновой кислоты было в исходном жире, используем данные о количестве водорода, который был затраченный в процессе гидрирования.
2. Молекулярные массы веществ:
- Молекулярная масса пальмитиновой кислоты (C16H32O2) = 256 г/моль
- Молекулярная масса олеиновой кислоты (C18H34O2) = 282 г/моль
3. Молекулы воды, образующиеся при гидрировании:
Каждая молекула олеиновой кислоты присоединяет один атом водорода при гидрировании, превращаясь в пальмитиновую кислоту. Таким образом, 1 моль олеиновой кислоты требует 1 молекулу водорода для насыщения.
4. Расчет количества водорода, необходимого для гидрирования:
Объем водорода при нормальных условиях (н. у.) можно перевести в количество вещества с использованием идеального газа:
n_H2 = pV / RT, где:
- p = 1 атм (давление),
- V = 100,8 л = 100,8 × 10^-3 м³,
- R = 0,0821 л·атм/(моль·К),
- T = 273,15 К.
n_H2 = (1 × 100,8) / (0,0821 × 273,15) = 4,47 моль водорода.
5. Определение молей олеиновой кислоты, подвергшейся гидрированию:
Так как на 1 моль олеиновой кислоты расходуется 1 моль водорода, количество олеиновой кислоты в жире будет равно 4,47 моль. Рассчитаем массу олеиновой кислоты:
m_олеин = 4,47 моль × 282 г/моль = 1263,54 г.
6. Определение массы пальмитиновой кислоты в исходном жире:
Масса пальмитиновой кислоты в жире будет равна массе всего жира минус масса олеиновой кислоты:
m_пальмит = 2132000 г - 1263,54 г = 2130736,46 г.
7. Обработка жира раствором гидроксида натрия:
Раствор гидроксида натрия (NaOH) действует на свободные жирные кислоты, образуя соли — мыла. Концентрация раствора NaOH — 10% (по массе), плотность — 1,1 г/мл. Рассчитаем массу NaOH в растворе:
масса NaOH = 10% от 3323,64 г = 332,36 г NaOH.
Молекулярная масса NaOH = 40 г/моль. Количество вещества NaOH:
n_NaOH = 332,36 г / 40 г/моль = 8,31 моль.
8. Реакция с жирными кислотами:
На каждую молекулу жирной кислоты расходуется 1 моль NaOH. Из расчета видно, что количество NaOH хватает для нейтрализации всех жирных кислот, так как общее количество моль кислот в жире гораздо больше.
9. Массные доли веществ в смеси после реакции:
После реакции образуются соли — мыла, а также остаются следы неполностью прореагировавших кислот (в случае их недостаточности для реакции с NaOH). Таким образом, массовые доли вещества можно рассчитать, используя массы.
Ответ:
Массные доли веществ в смеси:
- Пальмитиновая кислота: 2130736,46 г.
- Олеиновая кислота: 1263,54 г.