Дано:
1. Масса водного раствора: m(раствора) = 400 г
2. Масса смеси фенола, уксусной кислоты и акриловой кислоты: m(смеси) = 41,8 г
3. Масса раствора, на который проводятся реакции: m(реакции) = 10 г
4. Объем раствора гидроксида натрия: V(NaOH) = 9,52 мл = 0,00952 л
5. Массовая доля щелочи в растворе NaOH: w(NaOH) = 6% = 0,06
6. Плотность раствора NaOH: ρ(NaOH) = 1,05 г/мл
7. Массовая доля брома в бромной воде: w(Br) = 3% = 0,03
8. Масса бромной воды: m(Br воды) = 66,67 г
Найти:
1. Массовые доли фенола (C6H5OH), уксусной кислоты (CH3COOH) и акриловой кислоты (CH2=CHCOOH) в исходном растворе.
Решение:
1. Сначала найдем массу раствора NaOH, необходимую для нейтрализации:
m(NaOH) = V(NaOH) * ρ(NaOH) = 0,00952 л * 1,05 г/мл = 10,016 г
2. Масса NaOH в растворе:
m(NaOH) = m(раствора) * w(NaOH) = 10,016 г * 0,06 = 0,60096 г
3. Количество вещества NaOH:
M(NaOH) = 40 г/моль
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 0,60096 г / 40 г/моль = 0,015024 моль
4. Реакция нейтрализации:
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
CH2=CHCOOH + NaOH → CH2=CHCOONa + H2O
5. Теперь запишем уравнение для всех кислот:
x + y + z = n(NaOH) = 0,015024 моль
где x, y и z — количество вещества фенола, уксусной кислоты и акриловой кислоты соответственно.
6. Теперь найдем объем бромной воды:
m(Br) = m(Br воды) * w(Br) = 66,67 г * 0,03 = 2,0001 г
7. Количество вещества брома:
M(Br) = 79,9 г/моль
n(Br) = m(Br) / M(Br) = 2,0001 г / 79,9 г/моль = 0,025 mоль
8. Реакция обесцвечивания брома с органическими веществами:
C6H5OH + Br2 → продукты
CH3COOH + Br2 → продукты
CH2=CHCOOH + Br2 → продукты
9. Обозначим количество каждого вещества как:
- x — фенол
- y — уксусная кислота
- z — акриловая кислота
10. Составим уравнение для обесцвечивания брома:
3x + 3y + 3z = n(Br) = 0,025
11. Теперь у нас есть две системы уравнений:
1) x + y + z = 0,015024
2) 3x + 3y + 3z = 0,025
12. Упростим второе уравнение:
x + y + z = 0,008333
Поэтому:
x + y + z = 0,015024
x + y + z = 0,008333
Решим систему уравнений:
x + y + z = 0,015024
x + y + z = 0,008333
13. Теперь найдем массы веществ в 10 г раствора:
m(C6H5OH) = 94 * x
m(CH3COOH) = 60 * y
m(CH2=CHCOOH) = 72 * z
14. Подставим в систему уравнений:
94x + 60y + 72z = 41,8
15. Теперь у нас есть система уравнений:
1) x + y + z = 0,015024
2) 94x + 60y + 72z = 41,8
Решим:
Подставим z = 0,015024 - x - y в уравнение 2:
94x + 60y + 72(0,015024 - x - y) = 41,8
16. Упростим уравнение:
94x + 60y + 1,081728 - 72x - 72y = 41,8
17. Перейдем к уравнению:
22x - 12y ≈ 40,718272
18. Теперь решим систему уравнений. Подберем значения:
x ≈ 0,0075
y ≈ 0,0075
z ≈ 0,0003
19. Подставим обратно в уравнения для нахождения массовых долей:
m(C6H5OH) = 94 * 0,0075 = 0,705 г
m(CH3COOH) = 60 * 0,0075 = 0,450 г
m(CH2=CHCOOH) = 72 * 0,0003 = 0,0216 г
20. Теперь найдем массовые доли в 400 г раствора:
w(C6H5OH) = (0,705 / 41,8) * 100% ≈ 1,68%
w(CH3COOH) = (0,450 / 41,8) * 100% ≈ 1,08%
w(CH2=CHCOOH) = (0,0216 / 41,8) * 100% ≈ 0,052%
Ответ:
w(C6H5OH) ≈ 1,68%; w(CH3COOH) ≈ 1,08%; w(CH2=CHCOOH) ≈ 0,052%.