Смесь бутанола-1 и бутанола-2, взятых в соотношении 1:2 пропустили над раскаленным оксидом меди (II) массой 48 г. По окончании реакции и отделении воды масса твердого остатка составила 40г. и образовалась смесь органических соединений. При обработке этой смеси избытком аммиачного раствора оксида серебра образовалось 32,4 г металла, а если к этому же количеству этой смеси добавить избыток натрия, выделится 1,12 л водорода (н.у). вычислите массовые доли компонентов в смеси, образовавшейся по окончании реакции.
1. Напишем уравнения реакций окисления бутанола-1 и бутанола-2:
СН3 – СН2 — СН2 – СН2 – ОН + CuO → t CH3 – CH2 – CH2 – COH (1)
CH3 – CHOH – CH2 – CH3 + CuO → t CH3 – CHO – CH2 – CH3 (2)
С аммиачным растром серебра реагирует только альдегид:
CH3 – CH2 – CH2 – COH + Ag2O → CH3 – CH2 – CH2 – COOH + 2 Ag (3)
Так как при добавлении металлического натрия выделяется водород, то можно сделать вывод, что в смеси находится непрореагировавшие спирты, которые будут взаимодействовать с металлическим натрием по уравнениям реакций:
2СН3 – СН2— СН2 – СН2 – ОН + 2Na →2СН3 – СН2— СН2 – СН2 – ОNa + H2↑ (4)
2CH3 – CHOH – CH2 – CH3 +2Na → 2CH3 – CHONa – CH2 – CH3 + H2↑ (5)
2. Найдем количество вещества серебра:
n(Ag) = m(Ag)/M(Ag) = 32,4/108 =0,3 моль
3. Согласно, уравнению реакции (3) n(С4Н8О)= 2n(Ag), отсюда n(Ag)=0,15моль или m(С4Н8О)= n(С4Н8О)⋅M(С4Н8О)=0,15⋅72 = 10,8 г
4. В состав твердого остатка после реакции будет входить медь и непрореагировавший оксид меди (II), который восстанавливаясь будет терять кислород. Учитывая это, найдем массу и количество вещества кислорода:
m(O) = m(CuO) — m(тв.осадка) = 48 – 40 = 8 г
n(O) = m(O)/M(O) = 8/16 = 0,5 моль
5. Так как n(O) = n(CuO) = n(бутаналь) + n(бутанон) = 0,5 моль
6. Зная количество вещества бутаналя (0,15 моль), найдем количество вещества бутанона: n(Бутанона) = 0,5 – 0,15 = 0,35 моль,
тогда m(бутанона) = 0,35 ⋅ 74 = 25,2 г
7. Найдем количество вещества водорода, образовавшегося при взаимодействии непрореагировавших спиртов:
n(H2) = 1,12/22,4 = 0,05 моль
8. Из уравнения реакций (4), (5) следует, что количество вещества спиртов в 2 раза больше, чем количество вещества водорода:
2nост(буналол-1) = n(H2), отсюда nост(буналол-1) = 0,05 моль
2nост(бутанола-2) = n(H2), отсюда nост(бунанона) = 0,05 моль
nост(спиртов) = 0,1 моль
9. Примем количество вещества оставшегося бутанола-2 равным х моль, тогда количество вещества бутанола-1 будет равно: nост(бутанола-1) = 0,1 – nост(бутанола-2) = (0,1 – х) моль
10. Из уравнений реакций (1) и (2) следует, что количество вещества прореагировавших спиртов равно количеству вещества образовавшихся альдегида и кетона, то есть:
nпрорег(бутанола-1) = n(бутаналя) = 0,15 моль
nпрорег(бутанола-2) = n(бутанона) = 0,35 моль
Следовательно, исходные количества вещества спиртов будут равны:
nисх(бутанол-1) = nпрорег(бутанола-1) + 2nост(буналол-1) = 0,15+(0,1-х) = (0,25-х) моль
nисх(бутанол-2) = nпрорег(бутанола-2) + 2nост(буналол-2) = (0,35 + х) моль
11. Согласно условию задачи, m(бутанол-1)/m(бутанол-2)= ½
То есть: (0,25-х) / (0,35 + х) = 2, отсюда х = 0,05 моль
Таким образом, nост(буналол-2) = 0,05моль; nост(буналол-1) = 0,1 — 0,05 = 0,05 моль
12. Найдем массы оставшихся спиртов и вычислим массу смеси:
mотс(бутанола-1) = mотс(бутанола-2) = 3,7г
m(смеси) = m(бутаналя) + m(бутанона) + mотс(бутанола-1) + mотс(бутанола-2)= 10,8 + 25,2 + 3,7 + 3,7 = 43,4 г
13. Вычислим массовые доли компонентов в смеси:
ω(бутаналь) = m(бутаналя)/ m(смеси) = 10,8/43,4 = 0,2488 или 24,88%
ω(бутанон) = m(бутанона)/ m(смеси) = 25,2/43,4 = 0,5806 или 58,06%
ω(бутанол-1) = ω(бутанол-2) = 3,7/43,4 = 0,0853 или 8,53%
Ответ: ω(бутаналь) = 24,88%; ω(бутанон) = 58,06%; ω(бутанол-1) = 8,53%; ω(бутанол-2) = 8,53%