Задача по химии При добавлении натрия в раствор фенола в бензоле с массовой долей фенола 9,4% и плотностью 0,9 г/мл выделился газ, которого хватило на полное каталитическое восстановление 15 г рибозы. Определите объем исходного раствора.
Для решения задачи необходимо определить, сколько натрия реакция потребит, и какой объем исходного раствора фенола (на основе его массовой доли) нужно для этого.
Теперь рассчитаем, сколько моль рибозы в 15 г: [ n_{\text{рибозы}} = \frac{15 \, \text{г}}{150.13 \, \text{г/моль}} \approx 0.0998 \, \text{моль} ]
Определим количество натрия, необходимого для восстановления рибозы.
Восстановление рибозы требует 4 эквивалента водорода на каждую молекулу, что означает, что натрий будет реагировать и выделять 4 моль водорода на 1 моль рибозы: [ n_{\text{Na}} = 0.0998 \, \text{моль} \times 4 = 0.3992 \, \text{моль} ]
Массовая доля фенола в растворе составляет 9.4%. Обозначим массу раствора как ( m{\text{раствора}} ): [ m{\text{фенола}} = 0.094 \times m_{\text{раствора}} ]
Сколько натрия нужно для реакции с фенолом?
Реакция натрия с фенолом (C6H5OH) даёт водород. На 1 моль фенола нужно 1 моль натрия. Поэтому: [ n{\text{фенола}} = \frac{m{\text{фенола}}}{M{\text{фенола}}} ] Молярная масса фенола = 94.11 г/моль. Таким образом: [ n{\text{фенола}} = \frac{0.094 \times m_{\text{раствора}}}{94.11} ]
Установим равенство между натрием, реагирующим с фенолом, и тем, что требуется для рибозы.
Мы знаем, что 0.3992 моль натрия необходимо. Установим уравнение: [ 0.3992 = \frac{0.094 \times m_{\text{раствора}}}{94.11} ]
Умножим обе стороны на 94.11: [ 0.3992 \times 94.11 = 0.094 \times m{\text{раствора}} ] [ m{\text{раствора}} = \frac{0.3992 \times 94.11}{0.094} \approx 400.42 \, \text{г} ]
Теперь можем найти объем раствора.
Плотность раствора составляет 0.9 г/мл: [ V = \frac{m_{\text{раствора}}}{\rho} = \frac{400.42 \, \text{г}}{0.9 \, \text{г/мл}} \approx 444.91 \, \text{мл} ]
Таким образом, объем исходного раствора составляет примерно 445 мл.
Для решения задачи необходимо определить, сколько натрия реакция потребит, и какой объем исходного раствора фенола (на основе его массовой доли) нужно для этого.
Определим количество моль рибозы.
Молярная масса рибозы (C5H10O5) составляет:
C: 12.01 г/моль × 5 = 60.05 г/мольH: 1.008 г/моль × 10 = 10.08 г/мольO: 16.00 г/моль × 5 = 80.00 г/мольМолярная масса рибозы = 60.05 + 10.08 + 80.00 = 150.13 г/мольТеперь рассчитаем, сколько моль рибозы в 15 г:
[
n_{\text{рибозы}} = \frac{15 \, \text{г}}{150.13 \, \text{г/моль}} \approx 0.0998 \, \text{моль}
]
Определим количество натрия, необходимого для восстановления рибозы.
Восстановление рибозы требует 4 эквивалента водорода на каждую молекулу, что означает, что натрий будет реагировать и выделять 4 моль водорода на 1 моль рибозы:
[
n_{\text{Na}} = 0.0998 \, \text{моль} \times 4 = 0.3992 \, \text{моль}
]
Определим массу натрия:
Молярная масса натрия (Na) составляет 22.99 г/моль.
[
m{\text{Na}} = n{\text{Na}} \times M_{\text{Na}} = 0.3992 \, \text{моль} \times 22.99 \, \text{г/моль} \approx 9.16 \, \text{г}
]
Теперь рассчитаем массу фенола в растворе.
Массовая доля фенола в растворе составляет 9.4%. Обозначим массу раствора как ( m{\text{раствора}} ):
[
m{\text{фенола}} = 0.094 \times m_{\text{раствора}}
]
Сколько натрия нужно для реакции с фенолом?
Реакция натрия с фенолом (C6H5OH) даёт водород. На 1 моль фенола нужно 1 моль натрия. Поэтому:
[
n{\text{фенола}} = \frac{m{\text{фенола}}}{M{\text{фенола}}}
]
Молярная масса фенола = 94.11 г/моль.
Таким образом:
[
n{\text{фенола}} = \frac{0.094 \times m_{\text{раствора}}}{94.11}
]
Установим равенство между натрием, реагирующим с фенолом, и тем, что требуется для рибозы.
Мы знаем, что 0.3992 моль натрия необходимо. Установим уравнение:
[
0.3992 = \frac{0.094 \times m_{\text{раствора}}}{94.11}
]
Умножим обе стороны на 94.11:
[
0.3992 \times 94.11 = 0.094 \times m{\text{раствора}}
]
[
m{\text{раствора}} = \frac{0.3992 \times 94.11}{0.094} \approx 400.42 \, \text{г}
]
Теперь можем найти объем раствора. Плотность раствора составляет 0.9 г/мл:
[
V = \frac{m_{\text{раствора}}}{\rho} = \frac{400.42 \, \text{г}}{0.9 \, \text{г/мл}} \approx 444.91 \, \text{мл}
]
Таким образом, объем исходного раствора составляет примерно 445 мл.