РАБОЧИЕ ТЕТРАДИ

Продолжение. Начало см. в № 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 28, 29, 30/2004

Урок 22. Задачи по теме «Спирты и фенолы»

Задача 1. При взаимодействии одноатомного спирта с 48%-й бромоводородной кислотой (плотность 1,5 г/мл) образовалось 49,2 г (0,4 моль) н-алкилбромида. Определите строение исходного спирта и продукта реакции. Какой объем бромоводородной кислоты потребовался, если выход продукта реакции составлял 75% от теоретического?

Решение

Уравнение реакции спирта RОН с бромоводородной кислотой:

Молярная масса алкилбромида: М(RBr) = m/ = 49,2/0,4 = 123 г/моль. Молярная масса алкильного радикала: М(R) = 123 – 80 = 43 г/моль.
Откуда R = н-С₃Н₇. Строение исходного спирта – н-С₃Н₇ОН, это пропанол-1.
Продукт реакции – н-пропилбромид н-С₃Н₇Вr.
Количество вещества бромоводорода с учетом выхода продукта реакции 75% (или 3/4):

(НВr) = (RBr) : 3/4 = 0,4 : 3/4 = 0,53 моль.

Воспользуемся формулами:

_в-ва (%) = m(в-ва)•100 (%)/m(р-ра);

m(р-ра) = •V(р-ра).

Масса 48%-й кислоты НВr равна:

m(100%-й НВr)•100/48,

что соответствует объему жидкости ( = 1,5 г/мл):

V(48%-й НВr) = 0,53•81•100/(48•1,5) = 60 мл.

Ответ. Спирт – пропанол-1, алкилбромид – 1-бромпропан, V(48%-й НВr) = 60 мл.

Задача 2. Определите молярную массу и строение спирта, если известно, что при взаимодействии 7,4 г этого спирта с металлическим натрием выделяется 1,12 л газа (н.у.), а при окислении оксидом меди(II) образуется соединение, которое дает реакцию «серебряного зеркала».

Решение

Составим уравнения реакций спирта ROH с: а) натрием; б) окислителем CuO:

Из уравнения (а) методом отношений определим молярную массу неизвестного спирта:

7,4/2х = 1,12/22,4, х = М(ROH) = 74 г/моль.

Такую молярную массу имеют спирты С₄Н₁₀О. Причем согласно условию задачи [см. уравнение (б)] это могут быть первичные спирты – бутанол-1 СН₃СН₂СН₂СН₂ОН или
2-метилпропанол-1 (СН₃)₂СНСН₂ОН.

Ответ. М(С₄Н₁₀О) = 74 г/моль, это бутанол-1 или 2-метилпропанол-1.

Задача 3. Для нейтрализации смеси этилового спирта и фенола потребовалось 25 мл 40%-го раствора гидроксида калия (плотность 1,4 г/мл). При обработке этой смеси натрием выделилось 6,72 л газа (н.у.). Определите массовые доли компонентов в исходной смеси.

Решение

С гидроксидом калия реагирует только фенол, а с натрием взаимодействует как фенол, так и спирт. Используем обозначения: масса фенола в смеси m(С₆Н₅ОН) = х; m(KOH) = k; объем водорода, выделившегося в реакции (б), V(H₂)_б = у; масса спирта m(C₂H₅OH) = z.
Запишем уравнения реакций:

С помощью формулы m = •V определим массу 25 мл 40%-го раствора КОН:

m(40%-й КОН) = 1,4•25 = 35 г.

Масса вещества КОН в 40%-м растворе КОН равна:

m(КОН) = _в-ва (%)•m(р-ра)/100(%) = 40•35/100 = 14 г, т.е. k = 14 г.

Количество вещества: (КОН) = m/M = 14/56 = 0,25 моль;

(С₆Н₅ОН) = (КОН) = 0,25 моль.

Масса фенола: m(С₆Н₅ОН) = • М = 0,25•94 = 23,5 г.

Подставим значение х = 23,5 г в уравнение (б) и найдем неизвестный объем Н₂ у:

23,5/(2•94) = у/22,4,

у = 23,5•22,4/188 = 2,8 л Н₂.

Объем водорода, выделившегося в реакции (в):

V(H₂)_в = 6,72 – 2,8 = 3,92 л.

Из уравнения (в) найдем массу спирта:

z/(2•46) = 3,92/22,4,

z = 2•46•3,92/22,4 = 16,1 г.

Масса смеси спирта и фенола равна: 16,1 + 23,5 = 39,6 г.
Массовая доля спирта в смеси:

(спирта) = m(спирта)/m(смеси) = 16,1/39,6 = 0,407, или 40,7%.

Ответ. В смеси 40,7% спирта и 59,3% фенола.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Какой объем (в л) кислорода (н.у.) потребуется для полного сгорания 31,25 мл этилового спирта (плотность 0,8 г/мл) и сколько граммов осадка получится при пропускании продуктов реакции через известковую воду?

2. Спирт неизвестного строения вступает в реакцию замещения с 48%-м раствором бромоводородной кислоты с образованием алкилбромида, имеющего плотность по водороду 61,5. Определите строение этого спирта, если известно, что при его окислении образуется альдегид.

3. При межмолекулярной дегидратации смеси двух одноатомных спиртов выделилось 10,8 г воды и образовалось 36 г смеси трех органических соединений в равных мольных количествах, принадлежащих к одному и тому же классу органических соединений (выход 100%). Каково строение исходных спиртов?

4. Смесь ароматического углеводорода (гомолога бензола) и фенола общей массой 14 г обработали бромной водой (реагирует только фенол). При этом выпало 33,1 г осадка. Определите структурную формулу ароматического углеводорода, если известно, что он находился в исходной смеси в количестве 0,05 моль.

Ответы на упражнения к теме 2

Урок 22

1. Найдем массу этанола:

m = •V = 0,8•31,25 = 25 г.

Количество вещества, соответствующее такой массе:

(С₂Н₅ОН) = m/М = 25/46 = 0,543 моль.

Запишем уравнение реакции горения этанола:

Объем кислорода, расходуемого при сгорании этанола:

V(O₂) = 25•3•22,4/46 = 36,5 л.

Согласно коэффициентам в уравнении реакции:

(О₂) = 3(С₂Н₅ОН) = 1,63 моль, (СО₂) = 2(С₂Н₅ОН) = 1,09 моль.

Реакция газа СО₂ с известковой водой:

Количество вещества: (СаСО₃) = (СО₂) = 1,09 моль.

Это соответствует массе:

m(СаСО₃) = • М = 1,09•100 = 109 г.

Ответ. V(О₂) = 36,5 л, m(СаСО₃) = 109 г.

2. Схема превращений спирта в алкилбромид и альдегид:

Зная, что (RCH₂Br) = 61,5, найдем относительную молярную массу алкилбромида и определим радикал R:

М(RCH₂Br) = (RCH₂Br)•М(Н₂) = 123,

М(R) = 123 – 94 = 29, R = C₂Н₅.

Ответ. Формула спирта – СН₃СН₂СН₂ОН.

3. Уравнение реакции межмолекулярной дегидратации двух одноатомных спиртов с образованием простых эфиров – двух симметричных и одного асимметричного:

3ROH + 3R'OH R–O–R + R–O–R' + R'–O–R' + 3H₂O.

Из уравнения реакции видно, что (ROH) = (R'OH) = (H₂O) = 10,8/18 = 0,6 моль. Предположим, что спирты – ближайшие гомологи, относительная молярная масса одного из них – М, другого –
М + 14. Учитывая, что масса образовавшихся продуктов (воды и трех эфиров) равна массе двух исходных спиртов, запишем баланс по массе:

• (М + М + 14) = (10,8 + 36) г.

Отсюда М = 32 г/моль. Формулы спиртов: СН₃ОН и С₂Н₅ОН.

Проверка. Массы исходных спиртов:

m(СН₃ОН) = 0,6•32 = 19,2 г,
m(С₂Н₅ОН) = 0,6•46 = 27,6 г.

Масса смеси спиртов – 46,8 г.

Ответ. Исходные спирты – СН₃ОН и С₂Н₅ОН.

4. Уравнение реакции фенола с бромом (в воде):

Масса исходного фенола: х = 9,4 г.
Значит, масса ароматического углеводорода равна: 14 – 9,4 = 4,6 г.
Молярная масса искомого арена: М = m/ = 4,6/0,05 = 92 г/моль.
Это толуол СН₃С₆Н₅.

Ответ. СН₃С₆Н₅.