При окислении смеси толуола и бензола раствором перманганата калия при нагревании получено после подкисления 8,54г. одноосновной органической кислоты. При взаимодействии этой кислоты с избытком водного раствора гидрокарбоната натрия выделился газ, объём которого в 19 раз меньше объёма такого же газа, полученного при полном сгорании смеси углеводородов. Определите состав исходной смеси углеводородов (в процентах по массе).

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для определения состава исходной смеси углеводородов, рассмотрим химические реакции, которые происходили в данном эксперименте:

Окисление толуола и бензола раствором перманганата калия:
C7H8 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → C7H6O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Образование одноосновной органической кислоты (C7H6O2) после подкисления.

Взаимодействие одноосновной органической кислоты с гидрокарбонатом натрия:
C7H6O2 + NaHCO3 → C7H6O2Na + CO2 + H2O

Сгорание смеси углеводородов:
C7H8 + C6H6 + 15O2 → 7CO2 + 4H2O

Теперь рассчитаем количество продуктов реакции:

Молярная масса одноосновной органической кислоты (C7H6O2) = 122 г/моль

Масса образовавшейся кислоты = 8,54 г
Количество вещества C7H6O2 = 8,54 г / 122 г/моль = 0,07 моль

Объем выделившегося газа при взаимодействии кислоты с NaHCO3: V1 = 0,07 моль * 22,4 л/моль = 1,568 л

Объем выделившегося газа при сгорании смеси углеводородов: V2 = V1 / 19 = 0,0825 л

Теперь рассчитаем массу углеродного газа CO2, соответствующую объему V2:

Мольная масса CO2 = 44 г/моль

Масса CO2 = V2 44 г/л = 0,0825 л 44 г/л = 3,63 г

Так как в реакции сгорания образуется 7 моль CO2 на 1 моль C7H8 и 4 моль CO2 на 1 моль C6H6, то общее количество углерода в сгорающих углеводородах:

Общее количество углерода = 3,63 г * (7 + 4) / 7 = 13,86 г

Теперь найдем массу толуола и бензола в исходной смеси:

Масса молекулы толуола (C7H8) = 92 г/моль
Масса молекулы бензола (C6H6) = 78 г/моль

Пусть масса толуола в смеси равна x г, тогда масса бензола будет (100-x) г

Уравнение для углерода: 92x/92 + 78(100-x)/78 = 13,86
Решив его, получим, что x ≈ 45,8 г

Массовые доли толуола и бензола в смеси:
Массовая доля толуола = 45,8 г / 100 г * 100% ≈ 45,8%
Массовая доля бензола = 54,2%

Итак, исходная смесь углеводородов состояла примерно на 45,8% из толуола и на 54,2% из бензола.