для нейтрализации смеси уксусной кислоты и фенола потребовалось 57,7 мл раствора гидроксида калия с массовой долей 13% (плотность 1,12 г/мл). при действии на такую же смесь бромной воды выпал осадок массой 33,1 г. найдите массы фенола и уксусной кислоты в исходной смеси.
Для решения задачи определим количество вещества уксусной кислоты и фенола в смеси по заданным данным.
Нейтрализация уксусной кислоты ((CH_3COOH)) и фенола ((C_6H_5OH)) протекает по следующим уравнениям:
Для уксусной кислоты: [ CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O ]
Для фенола: [ C_6H_5OH + KOH \rightarrow C_6H_5OK + H_2O ]
Из уравнений реакций видно, что и уксусная кислота, и фенол реагируют с гидроксидом калия в соотношении 1:1 по количеству вещества.
Дано:
Сначала найдем массу раствора ( m(KOH) ): [ m(KOH) = V \cdot \rho = 57,7 \, \text{мл} \cdot 1,12 \, \text{г/мл} = 64,624 \, \text{г}. ]
Теперь определим массу ( KOH ) в растворе: [ m_{\text{KOH}} = w \cdot m(KOH) = 0,13 \cdot 64,624 = 8,401 \, \text{г}. ]
Молярная масса ( KOH ): [ M(KOH) = 39,1 \, (\text{K}) + 16 \, (\text{O}) + 1 \, (\text{H}) = 56,1 \, \text{г/моль}. ]
Количество вещества ( n(KOH) ): [ n(KOH) = \frac{m(KOH)}{M(KOH)} = \frac{8,401}{56,1} = 0,1497 \, \text{моль}. ]
Так как ( KOH ) реагирует как с уксусной кислотой, так и с фенолом, сумма их количеств вещества равна количеству вещества ( KOH ): [ n_{\text{CH}3\text{COOH}} + n{\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}} = 0,1497 \, \text{моль}. ]
Фенол ((C_6H_5OH)) активно реагирует с бромной водой, образуя осадок трибромфенола ((C_6H_2Br_3OH)):
[ C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH + 3HBr. ]
Дано:
Молярная масса трибромфенола: [ M(C_6H_2Br_3OH) = 6 \cdot 12 \, (\text{C}) + 2 \cdot 1 \, (\text{H}) + 1 \cdot 16 \, (\text{O}) + 3 \cdot 79,9 \, (\text{Br}) = 330,7 \, \text{г/моль}. ]
Количество вещества трибромфенола: [ n(C_6H_2Br_3OH) = \frac{m(C_6H_2Br_3OH)}{M(C_6H_2Br_3OH)} = \frac{33,1}{330,7} = 0,1001 \, \text{моль}. ]
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль фенола образуется 1 моль трибромфенола. Следовательно: [ n(C_6H_5OH) = n(C_6H_2Br_3OH) = 0,1001 \, \text{моль}. ]
Из уравнений реакции нейтрализации ( KOH ) с кислотой и фенолом мы знаем: [ n_{\text{CH}3\text{COOH}} + n{\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}} = 0,1497 \, \text{моль}. ]
Подставим ( n(C_6H5OH) = 0,1001 \, \text{моль} ): [ n{\text{CH}_3\text{COOH}} = 0,1497 - 0,1001 = 0,0496 \, \text{моль}. ]
Молярная масса уксусной кислоты: [ M(CH_3COOH) = 12 \, (\text{C}) + 3 \cdot 1 \, (\text{H}) + 2 \cdot 16 \, (\text{O}) = 60 \, \text{г/моль}. ]
Масса уксусной кислоты: [ m_{\text{CH}3\text{COOH}} = n{\text{CH}_3\text{COOH}} \cdot M(CH_3COOH) = 0,0496 \cdot 60 = 2,976 \, \text{г}. ]
Молярная масса фенола: [ M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 \, (\text{C}) + 6 \cdot 1 \, (\text{H}) + 16 \, (\text{O}) = 94 \, \text{г/моль}. ]
Масса фенола: [ m(C_6H_5OH) = n(C_6H_5OH) \cdot M(C_6H_5OH) = 0,1001 \cdot 94 = 9,409 \, \text{г}. ]
Для решения задачи определим массы уксусной кислоты и фенола в смеси, используя данные о нейтрализации и реакции с бромной водой.
Определим массу KOH в растворе:
Массовая доля KOH = 13%
Плотность раствора = 1,12 г/мл
Объем раствора = 57,7 мл
Масса раствора = Плотность × Объем = ( 1,12 \, \text{г/мл} \times 57,7 \, \text{мл} = 64,54 \, \text{г} )
Масса KOH в растворе = Масса раствора × Массовая доля KOH = ( 64,54 \, \text{г} \times 0,13 = 8,40 \, \text{г} )
Определим количество вещества KOH:
Молярная масса KOH = 39 (K) + 16 (O) + 1 (H) = 56 г/моль
Количество вещества KOH = ( \frac{8,40 \, \text{г}}{56 \, \text{г/моль}} = 0,15 \, \text{моль} )
Уксусная кислота (CH₃COOH) и фенол (C₆H₅OH) реагируют с KOH в соотношениях:
Для уксусной кислоты:
CH₃COOH + KOH → CH₃COOK + H₂O
(1 моль уксусной кислоты реагирует с 1 моль KOH)
Для фенола:
C₆H₅OH + KOH → C₆H₅OK + H₂O
(1 моль фенола также реагирует с 1 моль KOH)
Таким образом, общее количество KOH, необходимое для нейтрализации смеси, равно количеству уксусной кислоты плюс количеству фенола:
[ n{\text{KOH}} = n{\text{CH}3\text{COOH}} + n{\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}} = 0,15 \, \text{моль} ]
При реакции с бромной водой фенол реагирует с бромом, образуя бромфенол. Для этой реакции можно записать уравнение:
[ C_6H_5OH + Br_2 \rightarrow C_6H_4BrOH + HBr ]
Исходя из реакции, 1 моль фенола реагирует с 1 моль брома, и образуется 1 моль бромфенола.
Из условия задачи известно, что масса осадка, образовавшегося в результате реакции с бромной водой, составляет 33,1 г. Для расчета количества фенола используем молярную массу бромфенола. Например, если предположить, что образуется бромфенол, который имеет формулу C₆H₄BrOH:
Молярная масса бромфенола (C₆H₄BrOH) = 6(12) + 4(1) + 79,9 = 152,9 г/моль.
Количество вещества бромфенола:
[ n_{\text{C}_6H_4BrOH} = \frac{33,1 \, \text{г}}{152,9 \, \text{г/моль}} \approx 0,216 \, \text{моль} ]
Теперь, зная, что:
[ n_{\text{C}_6H5OH} = n{\text{C}_6H_4BrOH} = 0,216 \, \text{моль} ] и подставив это значение в уравнение, получаем:
[ 0,15 = n_{\text{CH}_3\text{COOH}} + 0,216 ]
Теперь мы можем найти количество уксусной кислоты:
[ n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = 0,15 - 0,216 = -0,066 \, \text{моль} \quad \text{(что невозможно)} ]
Для точного определения массы уксусной кислоты и фенола в смеси необходимо учесть, что по условию задачи значения могут быть округлены или упроститься. Однако, при таких данных, невозможно найти физически допустимые значения для количества уксусной кислоты и фенола в смеси.
Рекомендуется пересмотреть условия задачи или уточнить данные, так как текущие значения приводят к противоречию.
