Задание №33 — Типы расчётных задач
При сгорании 6,2 г органического вещества А образуется 5,04 л углекислого газа (н.у.), 4,05 г воды и 2,65 г карбоната натрия. При электролизе раствора этого вещества образуется органическое вещество Б, молекула которого содержит два третичных атома углерода, которые максимально удалены друг от друга.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А;
2) составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение электролиза раствора вещества А с получением вещества Б (используйте структурные формулы органических веществ).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
1) Вычисления и молекулярная формула.
n(CO2) = 5,04 л / 22,4 л/моль = 0,225 моль;
n(Na2CO3) = 2,65 г / 106 г/моль = 0,025 моль;
n(H2O) = 4,05 г / 18 г/моль = 0,225 моль.
Углерод распределился между CO2 и Na2CO3:
n(C) = 0,225 моль + 0,025 моль = 0,25 моль, m(C) = 3 г;
n(H) = 2·0,225 моль = 0,45 моль, m(H) = 0,45 г;
n(Na) = 2·0,025 моль = 0,05 моль, m(Na) = 1,15 г.
m(O) = 6,2 г − 3 г − 0,45 г − 1,15 г = 1,6 г; n(O) = 1,6 г / 16 г/моль = 0,1 моль.
Соотношение: n(C) : n(H) : n(O) : n(Na) = 0,25 : 0,45 : 0,1 : 0,05 = 5 : 9 : 2 : 1, простейшая формула C5H9O2Na, M = 124 г/моль.
Тогда n(A) = 6,2 г / 124 г/моль = 0,05 моль, и n(C) = 5·0,05 моль = 0,25 моль — сходится, значит молекулярная формула — C5H9O2Na.
2) Структурная формула.
Состав C4H9COONa отвечает натриевой соли предельной одноосновной кислоты. При электролизе её раствора (реакция Кольбе) углеводородные радикалы соединяются попарно, давая алкан C4H9–C4H9. По условию в веществе Б два третичных атома углерода, максимально удалённых друг от друга, — это 2,5-диметилгексан, который получается из двух изобутильных радикалов. Значит вещество А — 3-метилбутаноат натрия:
(CH3)2CH–CH2–COONa
3) Уравнение электролиза раствора вещества А.
2(CH3)2CH–CH2–COONa + 2H2O → (электролиз) (CH3)2CH–CH2–CH2–CH(CH3)2 + 2CO2↑ + H2↑ + 2NaOH
Проверка: слева C 10, H 18 + 4 = 22, O 4 + 2 = 6, Na 2; справа C 8 + 2 = 10, H 18 + 2 + 2 = 22, O 4 + 2 = 6, Na 2.
Ответ: молекулярная формула вещества А — C5H9O2Na; структурная формула — (CH3)2CH–CH2–COONa; уравнение электролиза: 2(CH3)2CH–CH2–COONa + 2H2O → (электролиз) (CH3)2CH–CH2–CH2–CH(CH3)2 + 2CO2↑ + H2↑ + 2NaOH.
Источник: ФИПИ