Здравствуйте, уважаемые читатели! Вчера, 15 августа, состоялся 2 вебинар по решению задач на смеси и растворы из сборника И.Ю.Белавина. Разбирались задачи №№ 245-265- на растворение простых и сложных неорганических веществ. Общее для большинства рассмотренных задач - уровень сложности сопоставим со сложными расчетными задачами формата ЕГЭ по химии: небанальная химия, системы из двух уравнений.
22 августа , на 3 вебинаре, посвященном решению белавинских задач, планирую к рассмотрению задачи на растворы с участием органических веществ (№№266- 288). В сегодняшней статье в качестве анонса привожу решение 2 таких задач.
Итак, задача 1.
Особенности ее химизма - связаны со свойствами сложных эфиров и солей фенола. Математическая логика решения - достаточно проста.
269. Некоторое количество фенилового эфира уксусной кислоты нагревали с 177,6 г раствора гидроксида натрия с плотностью 1,11 г/мл и молярной концентрацией щелочи 2,5 моль/л. После окончания всех химических реакций массовая доля щелочи уменьшилась до 2,02 %. В полученный раствор пропускали углекислый газ до насыщения. Определите объем поглотившегося углекислого газа и массовые доли веществ в конечном растворе. (Растворимостью углекислого газа пренебречь.)
Решение.
1. Установим характеристики раствора, полученного в результате щелочного гидролиза фенилацетата:
а) CH3COOC6H5+ 2 NaOH=CH3COONa+C6H5ONa+H2O (1)
б)nисх(NaOH)=2,5*177,6/1110=0,4 моль,
пусть n CH3COOC6H5=х моль, тогда nпрореаг(NaOH)=2х, nост(NaOH)=0,4-2х, m получ.рра=177,6+136х
W ост(NaOH)=40*(0,4-2х)/( 177,6+136х)=0,0202, откуда х=0,15 моль
Характеристики полученного раствора: CH3COONa-0,15 моль, C6H5ONa-0,15 моль, ост(NaOH)=0,4- 2*0,15=0,1 моль, m получ.рра=177,6+136*0,15=198 г
2. Определим объем поглощенного СО2:
а)NaOHост+СО2=NaHCO3 (2)
C6H5ONa +CO2+H2O=C6Н5ОН+ NaHCO3 (3)
б)n(2+3)CO2=nост(NaOH)+n (C6H5ONa)=0,1+0,15=0,25 моль
V(CO2)=5,6 л
3.Найдем характеристики конечного раствора:
nC6Н5ОН-0,15 моль, nCH3COONa-0,15 моль, nNaHCO3=n(2+3)CO2=0,25 моль
m(кон.рра)=198+0,25*44=209 г
W(C6Н5ОН)=100*0,15*94/209=6,75%
W(CH3COONa)=100*0,15*82/209=5,89%
W(NaHCO3)=100*0,25*84/209=10,05%
Задача 2.
В этой задаче более простой химизм, чем в предыдущей- нитрование бензола. Основой расчетов является то, что серная кислота в нитрующей смеси не расходуется при нитровании. Это позволяет найти характеристики материальных потоков, полученных при нитровании.
272. 31,2 г бензола перемешивали с 127,66 мл раствора с плотностью 1,41 г/мл, содержащего азотную (массовая доля 40,25 %) и серную (массовая доля 45 %) кислоты. Через некоторое время раствор кислот отделили, причем массовая доля серной кислоты в нем достигла 48 %. В этот раствор пропустили 67,2 л аммиака, в результате чего плотность раствора уменьшилась до 1,17 г/мл. Определите выход нитробензола в расчете на исходный бензол и молярные концентрации веществ в конечном растворе.
1. Рассмотрим характеристики реакции нитрования бензола:
а)С6Н6+HNO3=C6H5NO2+H2O (1)
б)nисх(C6H6)=0,4 моль
Исх.р-р кислот: m рра=127,66*1,41=180 г
m(H2SO4)=127,66*1,41*0,45=81 г, n(H2SO4)=0,827 моль;
m(HNO3)=127,66*1,41*0,4025=72,45 г, nисх(HNO3)=1,15 моль;
mисх смеси бензола с рром кислот=180+31,2=211,2 г
в)раствор кислот после его отделения (нитрование прошло):
m(H2SO4)= 81 г, n(H2SO4)=0,827 моль; m рра=81/0,48=168,75 г
орг.фаза: 211,2-168,75=42,45 г- масса смеси бензола и нитробензола(С6Н6+ C6H5NO2)
б)Найдем выход реакции:
пусть n(C6H6)=x, n C6H5NO2=y, тогда составим систему:
х+у=0,4
78х+123у=42,45, откуда х =0,15, у= 0,25 моль
Ƨ=у/0,4=0,625=62,5%- выход реакции нитрования
2. Найдем характеристики конечного раствора (после поглощения аммиака)
а) Уточним характеристики раствора кислот до взаимодействия с аммиаком: nисх(HNO3)=1,15 моль;(п.1б),
nпрореаг(HNO3)= n C6H5NO2=0,25 моль, nост(HNO3)=0,9 моль
n(H2SO4)=0,827 моль (п.1б)
б) mрра после добавл. 3 мольNH3=168,75 г (п.1.в)+3*17=219,75 г
V рра=219,75/1,17=187,82 мл=0,188л
Б)найдем состав раствора после взаимодействия с аммиаком:
n(NH3)=3 моль, - избыток
NH3+ HNO3= NH4NO3(2)
2NH3+ H2SO4= (NH4)2 SO4 (3)
n(NH4NO3)= nост(HNO3)=0,9 моль
n((NH4)2 SO4)= n(H2SO4)=0,827 моль
nост(NH3)=3-(0,9+2*0,827)=0,446 моль
В) С(NH4NO3)=0,9/0,188=4,79моль/л
С((NH4)2 SO4)= 0,827/0,188=4,4моль/л
С(NH3)= 0,446/0,188=2,37моль/л
Всего доброго!