Врублевский А. И. Тренажер по химии
.pdf§ 44. Карбоновые кислоты: комбинированные задачи.
Функциональные производные карбоновых кислот
Особенности химических свойств и способов получения функциональных производных карбоновых кислот рассмот рим на примере следующей цепочки химических превраще ний.
ПРИМЕР 44.1.* Осуществите химические превращения согласно схемам реакций:
Уксусный ангидрид ( ' - > уксусная кислота ——» хлоран-
гидрид уксусной кислоты —1-» амид уксусной кислоты.
Решение
1. Уксусная кислота образуется при растворении уксусно го ангидрида в виде:
СН3 —С — О — С — СН3 + Н20 ------ |
> 2СН3- |
. |
|
II |
II |
|
ОН |
о |
о |
|
|
2. Под действием водоотнимающих средств (Р 20 5, H2S 04(kohh.)) уксусная кислота превращается в уксусный ан гидрид:
СН3 —С - |
р,о5 |
ОН + НО - С - СН3 |
|
О |
О |
492 |
|
|
|
§ 44. Карбоновые кислоты |
|
|
|
д |
NaOH (т). / > |
А |
^ |
Пропилацетат |
NaOH |
|
4. |
|
н2о |
|
|
|
|
|
кБ |
НВг |
|
NaOH |
••• |
КМп04, 5 °С, Н?0 |
|
|
|
|
|
|
спирт |
|
|
|
|
|
||
5. |
СН 3СН 2СООН |
|
у |
. . . |
н 2о ,№ о Н > |
|||
H;SQ4(kohu.) |
> |
НС1 ^ |
NH3 (изб.) . |
,» |
ч |
|||
|
180°С |
|
|
* *” ---------------------- |
|
г |
” • --------- |
> " • |
6. |
СН4 |
<° |
) |
... НС1 (г),изб. |
3 ... |
NaOH,Н20 |
^ ... |
|
|
|
|
|
|
|
изо. |
|
|
Ag;Q/NH3.t° |
|
Вгг.Ртоасн ) |
|
CH3NH2 |
) ... |
) ... |
||
Получение карбоновых кислот и их растворов
ПРИМЕР 44-2.* Какую массу раствора с массовой долей этановой кислоты 9 % можно получить окислением ацетальдегида массой 30 г при выходе кислоты 80 %?
Решение Записываем уравнение реакции и проводим расчеты:
0,682 моль |
х |
СН3СНО + [О] -> с н 3с о о н .
1 моль |
1 моль |
М(СН3СНО) = 44 г/моль; М(СН3СООН) = 60 г/моль;
и(СН3СНО) = |
° 1 = 30 |
= о 682 (Моль); |
3 |
М(СН3СНО) 44 |
|
0,682-1 х = и(СН3СООН)теор = ;----- = 0,682 (моль);
1 «(СНзСООН )^ = и(СН3СООН)теор • Л(СН3СООН) =
= 0,682 • 0,8 = 0,545 (моль);
к 44 _Карбоновые кислоты_____________________________________ 4 9 3
/я(СН3СООН) = «(СН3СООН) Мпра|сг(СН3СООН) =
|
= 0,545-60 = 32,7 (г); |
|
||
/ |
/^о nr\r\u\ |
w(CH3C00H ) |
32,7 Л Л |
ч |
т(р-ра СН.СООН) = —-— --------- 1 |
=-------= 363 3 |
(г). |
||
VF |
J |
vKCH3COOH) |
0,09 |
|
Ответ: /я(р-ра СН3СООН) = 363,3 г.
ПРИМЕР 44-3.* Уксусный ангидрид массой 50 г раство рили в воде массой 100 г. Найдите массовую долю вещества в полученном растворе.
Решение
При растворении уксусного ангидрида в воде образуется уксусная кислота:
0,49 моль |
С — СН3 |
+ Н 20 |
х |
|
СН3 — С — О — |
--------► 2СН3СООН. |
|||
II |
|
II |
|
|
^ |
1 моль |
^ |
|
2 моль |
|
М (С Н 3С 0)20] = 102 г/моль; |
|||
|
М(СН3СООН) = 60 г/моль. |
|||
Проводим расчеты: |
|
|
||
и[(СН,СО)20] = от[(СНзС° ) 2° ] |
= 50_ = о 49 (модь); |
|||
J |
2 |
М[(СН3С0)20] |
102 |
|
|
|
|
0 49-2 |
= о,98 (моль); |
х = п(СН3СООН) = и’ у |
||||
/и(СН3СООН) = л(СН3СООН) • М(СН3СООН) = |
||||
|
|
= 0,98-60 = 58,8 (г); |
||
|
vr(CH.COOH) = |
m(CH3COOH) |
||
|
|
|
||
|
|
m(p-pa CH3COOH) |
||
w(CH3COOH) |
58,8 |
|||
|
|
|
|
= 0,392 (39,2 %). |
w(H20 ) + w[(CH3C 0)20] "100 + 50
Ответ: w(CH3COOH) = 39,2 %.
494 |
§ 44. Карбоновые кислоты |
1.Какую массу уксусной кислоты можно получить трех стадийным синтезом из 80 г технического карбида кальция (массовая доля примесей 20 %), если выход на каждой ста дии равен 80 %?
2.Уксусную кислоту получили из технического карбида кальция, содержащего 4 % примесей по массе. Какая масса карбида была израсходована, если на нейтрализацию полу ченной кислоты нужно 224 г раствора КОН (w = 20 %), а реак ция Кучерова протекает с выходом 80 %?
3.Какая масса СаС03 нужна для получения такого коли чества СаС2, которое достаточно для получения из ацетиле на 15 г СН3СООН?
4.Какой объем уксусной эссенции с w(CH3COOH) = 30 % (р = 1,04 г/см3) можно получить из 500 кг технического СаС2 (массовая доля примесей 4 %), если выход кислоты равен
80 %?
5.Какую массу раствора с массовой долей метановой кис лоты 25 % можно получить из формиата натрия, для получе ния которого были взяты избыток NaOH и 560 дм3 (н.у.) мо нооксида углерода (выход соли 70 %)?
6.Какую массу раствора с массовой долей уксусной кис лоты 90 % можно получить при каталитическом окислении 56 дм3 (н.у.) бутана (выход реакции 60 %)?
7.Какой объем метанола (р = 0,8 г/см3) нужен для полу чения в реакции с СО уксусной кислоты массой 90кг при выходе 75 %?
8.Объемная доля метана в природном газе 94,08 %. Ка кую массу муравьиной кислоты при выходе 60 % можно по лучить из 100 дм3 (н.у.) природного газа?
9.Какой объем СО нужен для получения 80,5 кг безвод ной муравьиной кислоты двухстадийным синтезом из NaOH, если выход на второй стадии равен 87,5 %?
S 44. Карбоновые кислоты_____________________________________ 4 9 5
10.Какую массу уксусного ангидрида надо растворить в 74,5 г воды, чтобы получить раствор с и>(СН3СООН) = 30 %?
11.Какую массу уксусного ангидрида нужно внести в 500 г водного раствора уксусной кислоты (w = 82 %), чтобы полу чить безводную уксусную кислоту? Какова масса получен ной кислоты?
12.Какую массу уксусного ангидрида надо добавить к 447 г раствора с w(CH3COOH) = 120 г, чтобы получить раствор с w(CH3COOH) = 50 %?
13.Какие объемы растворов уксусной кислоты (w = 20 % и
р= 1,026 г/см3) и уксусной эссенции с w(CH3COOH) = 70 % (р = 1,069 г/см3) нужно взять для приготовления 150 г ра створа с w(CH3COOH) = 30 %?
14.Какие массы уксусного ангидрида и воды нужно взять, чтобы, смешав их, получить 400 г водного раствора с
м>(СН3СООН) = 60 %?
15. При нагревании уксусного ангидрида с водным раство ром уксусной кислоты с массовой долей ее 10 % получено 200 г раствора кислоты с массовой долей ее 50 %. Найдите массы использованных ангидрида и раствора кислоты.
Смеси карбоновых кислот
При решении задач этого раздела учтите, что метановая кис лота как альдегидокислота окисляется раствором Ag20/N H 3
игидроксидом меди (II):
Н- СООН + Ag20 ш ;оН;0 > 2Agi + С 02Т + Н20.
16.Имеется смесь муравьиной и масляной кислот, которая с избытком оксида серебра (I) дает 4,32 г осадка. Такой же образец смеси кислот реагирует с избытком КНС03, выделяя 0,336 дм3 (н.у.) газа. Найдите массовые доли кислот в смеси.
17.Для нейтрализации 38 г смеси муравьиной и уксусной кислот нужно 300 г раствора с w(NaOH) = 10 %. Какой объем
'арбоновые кислоты_____________________________________ 4 9 7
|
М(С6Н5ОН) |
= 94 г/моль; |
|
Л/(С6Н2Вг3ОН) = 331 г/моль; |
|
|
Л/(СН3СООН) =60 г/моль; |
|
и(С6Н,Вг3ОН) = т (СбН2ВгзОН) = ЗЗЛ _ (моль). |
||
6 - 3 |
М(С6Н2Вг3ОН) 331 |
|
х = и(С6Н5ОН) = |
= 0’1 (моль); |
|
аи(С6Н5ОН) = я(С6Н5ОН) -М(С6Н5ОН) = 0,1 |
• 94 = 9,4 (г); |
|
w(C6H5OH) = ? (С6Н5°Н) = М = 0,047 |
(4,7 %). |
|
т(р-ра) |
200 |
|
В реакцию с NaOH вступают оба вещества, причем я(фенола) = 0,1/2 = 0,05 моль, так как масса раствора в этом
случае в 2 раза меньше (200 г / |
100 г = 2). |
|
|
|
|||
у моль |
0,20 моль |
|
|
|
|
|
|
СН3СООН + NaOH] |
CH3COONa + Н20 |
(44-2) |
|||||
1моль |
1 моль |
|
<г- 0,25 моль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0,05 моль |
|
|
|
|
|
|
C6H5OH+NaOH |
|
—> C6H5ONa + Н20 |
|
(44-3) |
|||
Находим химическое количество щелочи: |
|
|
|||||
... - 1Т. |
Vow |
91-1,1-0,1 |
. |
, |
ч |
|
|
«(NaOH) = —— = |
|
40 |
= 0,25 (моль). |
|
|||
|
М |
|
|
|
|
|
|
Так как в реакции (44-3) «(NaOH) = 0,05 моль, то в реак ции (44-2)
«(NaOH) = 0,25 - 0,05 = 0,20 (моль);
у = я(СН3СООН) = «(NaOH) = 0,20 (моль);
я!(СН3СООН) = 0,2-60 = 12 (г);
w(CH3COOH) = — = 0,12 (12%).
3 100
Ответ: я(СН3СООН) = 12 %; «i(C6H5OH) = 4,7 %.
498 |
§ 44. Карбоновые кислоты |
22.Смесь бутанола и пропановой кислоты обработали из бытком КНС03,объем выделенного при этом газа в 15раз мень ше объема того же газа, полученного при сжигании такой же массы смеси. Определите массовые доли веществ в смеси, если на ее сгорание нужно 48,16 дм3 (н.у.) кислорода.
23.При обработке 0,74 г смеси метаналя и метановой кис лоты избытком оксида серебра (I) получено 6,48 г металла. Определите массы веществ в смеси.
24.Смесь уксусной кислоты, этанола и ацетальдегида мас сой 30,9 г обработали избытком КНС03 и получили 11,2 дм3 (н.у.) газа. При обработке такой же массы смеси избытком оксида серебра (I) выделилось 2,16 г осадка. Найдите массо вые доли альдегида и спирта в смеси.
25.На нейтрализацию смеси пропанола и пропановой кисло ты нужно 100 см3 раствора с w(NaHC03) = 4 % (р = 1,05 г/см3).
Выделившийся при этом газ занимает объем в 18раз меньший, чем объем С 02, образующийся при полном сгорании такого же количества исходной смеси. Определите химические ко личества компонентов в исходной смеси.
26.При обработке смеси этанола и этановой кислоты из бытком натрия выделяется 8,4 дм3 (н.у.) газа. Такое же коли чество исходной смеси полностью реагирует с 200 г раствора
сw(NaOH) = 5 %. Найдите массовые доли веществ в исход ной смеси.
27.При добавлении к 150 г смеси пропанола-1, пропионовой кислоты и муравьиной кислоты избытка КН С 03 вы делилось 44,8 дм3 (н.у.) газа, при обработке такой же по со ставу и массе смеси избытком Ag20 выпало 2,16 г осадка. Най дите массовые доли веществ в исходной смеси.
28.Для нейтрализации 26,6 г смеси уксусной кислоты, уксус ного альдегида и этанола нужно 44,8 г раствора с w(KOH) = 25 %• При взаимодействии такого же количества смеси с избыт ком натрия выделилось 3,36 дм3 (н.у.) газа. Найдите массо вые доли веществ в исходной смеси.
§44. Карбоновые кислоты________________________________________________ 4 9 9
29.При обработке избытком оксида серебра смеси фор мальдегида и муравьиной кислоты массой 5,3 г образовалось 54,0 г осадка. Найдите массовую долю элемента кислорода в исходной смеси.
30.Этановая кислота содержит примесь метановой кис лоты и этанола. К раствору такой кислоты массой 80 г доба вили избыток NaHC03 и получили 29,76 дм3 (н.у.) газа. Такая же масса смеси с избытком Ag20 дает 3,456 г осадка. Чему равны массовые доли примесей в кислоте?
31.При нагревании 10,08 г раствора ацетальдегида в му равьиной кислоте с избытком гидроксида меди (II) в присут ствии щелочи получили 31,68 г осадка. Найдите массовые доли веществ в исходном растворе.
32.Для нейтрализации 100 г раствора уксусной кислоты и фенола в воде нужно 91 см3 раствора с w(NaOH) = 10 % (р = 1,1 г/см3). При добавлении к 200 г исходного раствора избытка бромной воды получено 33,1 г осадка. Определите массы компонентов в исходной смеси.
33.На 114 г смеси этанола, фенола и этановой кислоты в воде подействовали раствором NaOH массой 140 г (w = 20 %), гидроксид натрия прореагировал полностью. При действии на эту же смесь избытка бромной воды выпадает 165,5 г осадка. Найдите химические количества веществ в исходном растворе.
34.Раствор фенола и уксусной кислоты в диэтиловом эфи ре (общая масса раствора 16 г) обработали избытком натрия
иполучили 493 см3 газа (н.у.) газа. Найдите массовые доли фенола и кислоты в исходной смеси.
Ненасыщенные карбоновые кислоты
35. Для полного гидрирования по связи С=С смеси олеи новой и стеариновой кислот массой 250 г нужно 16,8 дм3 (н.у.) нодорода. Найдите массы веществ в исходной смеси и массу кислоты после гидрирования.