Дано:
1. Масса смеси уксусной кислоты и двухосновной карбоновой кислоты: m(смеси) = 23,7 г
2. Объем раствора гидроксида натрия: V(NaOH) = 66,1 мл = 0,0661 л
3. Массовая доля щелочи в растворе NaOH: w(NaOH) = 20% = 0,20
4. Плотность раствора NaOH: ρ(NaOH) = 1,21 г/мл = 1210 кг/м³
5. Объем образовавшегося оксида углерода (CO2): V(CO2) = 17,92 л = 0,01792 м³ (при н. у.)
Найти:
1. Структурную формулу двухосновной кислоты.
2. Массовую долю двухосновной кислоты в исходной смеси.
Решение:
1. Найдем массу раствора NaOH, необходимую для нейтрализации:
m(NaOH) = V(NaOH) * ρ(NaOH) = 0,0661 л * 1210 кг/м³ = 79,961 г
2. Масса NaOH в растворе:
m(NaOH) = m(раствора) * w(NaOH) = 79,961 г * 0,20 = 15,9922 г
3. Количество вещества NaOH:
M(NaOH) = 40 г/моль
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 15,9922 г / 40 г/моль = 0,3998 моль
4. Уксусная кислота (CH3COOH) реагирует с NaOH, а двухосновная карбонова кислота (например, C2H4O4) будет реагировать дважды:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
C2H4O4 + 2NaOH → Na2C2O4 + 2H2O
5. Обозначим количество уксусной кислоты как x, а количество двухосновной карбоновой кислоты как y. Тогда:
x + 2y = n(NaOH) = 0,3998 моль
6. Общее количество вещества уксусной кислоты и двухосновной кислоты:
m(уксусная кислота) + m(двухосновная кислота) = 23,7 г
7. Запишем массы в терминах количества вещества:
m(уксусная кислота) = x * M(уксусная кислота) = x * 60 г/моль
m(двухосновная кислота) = y * M(двухосновной кислоты)
Заменим массу двухосновной кислоты. Предположим, что это янтарная кислота (C4H6O4, M = 118 г/моль):
m(двухосновная кислота) = y * 118 г/моль
8. Тогда получаем уравнение:
60x + 118y = 23,7
Теперь у нас есть система уравнений:
1) x + 2y = 0,3998
2) 60x + 118y = 23,7
9. Решим первую систему уравнений:
Из первого уравнения выразим x:
x = 0,3998 - 2y
Подставим во второе уравнение:
60(0,3998 - 2y) + 118y = 23,7
10. Упрощаем уравнение:
23,988 - 120y + 118y = 23,7
11. Объединим:
-2y = 23,7 - 23,988
-2y = -0,288
y = 0,144
12. Подставим значение y обратно, чтобы найти x:
x = 0,3998 - 2(0,144) = 0,3998 - 0,288 = 0,1118 моль
13. Теперь найдем массы уксусной кислоты и двухосновной кислоты:
m(уксусная кислота) = 0,1118 моль * 60 г/моль = 6,708 г
m(двухосновная кислота) = 0,144 моль * 118 г/моль = 17,008 г
14. Теперь проверим массу смеси:
m(уксусная кислота) + m(двухосновная кислота) = 6,708 г + 17,008 г = 23,716 г (приблизительно 23,7 г)
15. Найдем массовую долю двухосновной кислоты в смеси:
w(двухосновная кислота) = m(двухосновная кислота) / m(смеси) * 100% = 17,008 г / 23,7 г * 100% ≈ 71,8%
16. Структурная формула двухосновной кислоты: C4H6O4 (янтарная кислота).
Ответ:
Структурная формула двухосновной кислоты: C4H6O4 (янтарная кислота); массовая доля двухосновной кислоты в исходной смеси ≈ 71,8%.