Химия

8 класс

Ученик

$X$ хотел убедиться в том, что окисление азотной кислотой известного спирта

$A$ приводит к образованию соответствующего кетона

$B$ . Для этого он окислил 10 г взятого спирта избытком азотной кислоты и определил количества продуктов реакции. Высушенный газообразный продукт реакции, который, по мнению ученика

$X$ , был двуокисью азота, был поглощен в поглотительных трубках, заполненных

$KOH$ . Прирост массы трубок при этом соет вил 9,4 г. На основании этого ученик

$X$ вычислил, что выход кетона равен 90% от теоретически возможного. Далее ученик

$X$ ознакомил с результатами своего опыта ученика

$Y$ и предложил ему выяснить, какой спирт он взял для окисления. Ученик

$Y$ решил эту задачу и определил как молекулярную формулу спирта

$A$ , так и кетона

$B$ . Со своими результатами ученики обратились к преподавателю, который указал им на ошибку: исходный спирт реагировал с азотной кислотой двумя путями. В одной реакции которая была основной, азотная кислота восстанавливалась до

$NO_2$ , в другой же - она восстанавливалась до

$NO$ , а следовательно, проведенные расчеты были неточными. Учитывая полученные учениками результаты, преподаватель предложил им вычислить, какая доля спирта участвовала в одной реакции, а какая - в другой. Расчеты должны были производиться с учетом следующих ограничений: 1) окисление спирта проходит только в соответствии с названными двумя уравнениями; 2) выход кетона оказывается количественным; 3) эквимолекулярная смесь названных двух окислов азота поглощается в поглотительной трубке количественно, а избыток двуокиси азота поглощается на 95 %. Ученики провели необходимые расчеты, успешно справившись с поставленной задачей. а. Воспроизведите ход расчетов при первом варианте решения задачи вторым учеником и установите формулу спирта

$A$ и кетона

$B$ . б. Проведите необходимую корректировку хода расчетов и установите, какая доля спирта (в процентах) участвовала в каждой из названных окислительно-восстановительных реакций. в. Напишите уравнения реакций, происходящих при поглощении смеси

$NO$ и

$NO_2$ (возможно также

$N_2O_3$ и

$NA$ ) едким кали.

Схема расчетов ученика

$Y$

$C_nH_{2n+2}O + 2HNO_3 \rightarrow C_nH_{2n}O + 2NO_3 + 2H_2O$ .

Молекулярная масса спирта

$A$ равна

$M = 12n (2n + 2) \cdot 1 + 16 = 14n + 18$ .

Из

$(14n + 18)$ г спирта

$A$ получается 92 г

$NO_2$ ,
из 10 г спирта

$A$ -

$(NULL,4 : 0,9)$ г

$NO_2$ , где 0,9 - выход кетона

$B$ . Отсюда

$n = 5,03 \simeq 5$ , следовательно, неизвестный спирт

$A$ представляет собой один из вторичных пентанолов

$C_5H_{12}O$ , а кетон

$B$ имеет состав

$C_5H_{10}O$ .

После корректировки исходных данных расчеты можно выполнить по следующей схеме:

$C_5H_{12}O + 2HNO_3 \rightarrow C_5H_{10}O + 2NO_2 + 2H_2O$ , (1)

$3C_5H_{12}O + 2HNO_3 \rightarrow C_5H_{10}O + 2 NO + 4H_2O$ . (2)

В реакцию (1) вступило

$x$ молей спирта, которые дали

$2x$ молей

$NO_2$ ; в реакцию (2) вступило у молей спирта, в результате чего образовалось 2/3

$y$ молей

$NO$ .

По уточненным данным можно составить систему уравнений

$\begin{cases} 88 \cdot (x + y) = 10 \\ 2/3y \cdot (46 + 30) + (2x - 2/3y) \cdot 46 \cdot 0,95 = 9,4 \end{cases}$ ,

откуда

$x = 0,1056$ ,

$y = 0,0081$ .

Следовательно, в реакцию (1) вступило 0,1056 моля, или

$0,1056 \cdot 88 = 9,29$ г (NULL,9 %), спирта, а в реакцию (2)

$0,0081 \cdot 88 = 0,71$ г (NULL,1 %) спирта.

Поглощение газов происходило по уравнениям

$2NO_2 + 2KOH = KNO_3 + KNO_2 + H_2O$ ,

$N_2O_4 + 2KOH = KNO_3 + KNO_2 + H_2O$ ,

$NO + NO_2 = N_2O_3$ ,

$N_2O_3 + 2KOH = 2KNO_2 + H_2O$ .

Спиртом

$A$ мог быть один из следующих спиртов:

$\underset {\: пентанол-2}{CH_3CH_2CH_2CHOHCH_3} \: \underset {\: пентанол-3}{CH_3CH_2CHOHCH_2CH_3} \: \underset {\: 3-метилбутанол-2}{(CH_3)_2CHCHOHCH_3}$ .

8 класс Химия Средняя