Каковы массовые доли метаналя и этаналя в исходной смеси, при обработке которой избыток аммиачного раствора выделил

Zvezdnaya_Galaktika

11

Данная задача является химической задачей о растворах. Для решения данной задачи нужно использовать методы стехиометрии и уравнения реакции.

1. Найдем массу реагентов, необходимую для образования 43,2 г осадка.
Исходя из уравнения реакции, между аммиачным раствором и альдегидами могут происходить следующие реакции:
\[
\begin{align*}
\text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{NH}_3 &\rightarrow \text{CH}_4\text{N}_2\text{H} + \text{H}_2\text{O} \\
\text{C}_2\text{H}_5\text{CHO} + 3\text{NH}_3 &\rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{N}_3 + \text{H}_2\text{O}
\end{align*}
\]
Из уравнения видно, что на одну молекулу аммиачного раствора требуется одна молекула альдегида.
Вычислим количество молей осадка:
\[
\text{моль осадка} = \frac{\text{масса осадка}}{\text{молярная масса осадка}}
\]

Молярная масса осадка равна сумме массы атомов углерода, водорода и азота, составляющих осадок, из таблицы химических элементов:
\[
\text{молярная масса осадка} = (\text{масса углерода} + \text{масса водорода} + \text{масса азота})
\]

Для метаналя (CH₃CHO):
\[
\text{масса углерода метаналя} = 12,01 \, \text{г/моль} \times 3 \, \text{атома углерода} = 36,03 \, \text{г/моль}
\]
\[
\text{масса водорода метаналя} = 1,01 \, \text{г/моль} \times 4 \, \text{атома водорода} = 4,04 \, \text{г/моль}
\]
\[
\text{масса азота метаналя} = 14,01 \, \text{г/моль} = 14,01 \, \text{г/моль}
\]

Молярная масса метаналя:
\[
\text{молярная масса метаналя} = 36,03 \, \text{г/моль} + 4,04 \, \text{г/моль} + 14,01 \, \text{г/моль} = 54,08 \, \text{г/моль}
\]

Аналогичные расчеты для этаналя (C₂H₅CHO):
\[
\text{масса углерода этаналя} = 12,01 \, \text{г/моль} \times 4 \, \text{атома углерода} = 48,04 \, \text{г/моль}
\]
\[
\text{масса водорода этаналя} = 1,01 \, \text{г/моль} \times 6 \, \text{атомов водорода} = 6,06 \, \text{г/моль}
\]
\[
\text{масса азота этаналя} = 14,01 \, \text{г/моль} = 14,01 \, \text{г/моль}
\]

Молярная масса этаналя:
\[
\text{молярная масса этаналя} = 48,04 \, \text{г/моль} + 6,06 \, \text{г/моль} + 14,01 \, \text{г/моль} = 68,11 \, \text{г/моль}
\]

2. Теперь, когда у нас есть количество молей осадка, можно вычислить массу альдегидов (метаналя и этаналя) в исходной смеси.
Понимая, что на одну молекулу альдегида исходит одна молекула осадка, можно записать:

\[
\text{масса метаналя} = \text{количество молей осадка} \times \text{молярная масса метаналя}
\]

\[
\text{масса этаналя} = \text{количество молей осадка} \times \text{молярная масса этаналя}
\]

3. Наконец, с помощью массы альдегидов в исходной смеси можно найти их массовые доли.
Массовая доля альдегида равна отношению его массы к общей массе смеси.
Общая масса смеси равна сумме массы метаналя и этаналя:
\[
\text{общая масса смеси} = \text{масса метаналя} + \text{масса этаналя}
\]
Mассовая доля альдегида рассчитывается следующим образом:
\[
\text{массовая доля метаналя} = \frac{\text{масса метаналя}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\%
\]
\[
\text{массовая доля этаналя} = \frac{\text{масса этаналя}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\%
\]

Теперь рассмотрим пошаговое решение данной задачи:

Шаг 1: Расчет количества молей осадка
\[
\text{моль осадка} = \frac{\text{масса осадка}}{\text{молярная масса осадка}} = \frac{43,2 \, \text{г}}{54,08 \, \text{г/моль}} = 0,798 \, \text{моль}
\]

Шаг 2: Расчет массы метаналя и этаналя
\[
\text{масса метаналя} = \text{количество молей осадка} \times \text{молярная масса метаналя} = 0,798 \, \text{моль} \times 54,08 \, \text{г/моль} = 43,28 \, \text{г}
\]
\[
\text{масса этаналя} = \text{количество молей осадка} \times \text{молярная масса этаналя} = 0,798 \, \text{моль} \times 68,11 \, \text{г/моль} = 54,35 \, \text{г}
\]

Шаг 3: Расчет массовых долей альдегидов
\[
\text{общая масса смеси} = \text{масса метаналя} + \text{масса этаналя} = 43,28 \, \text{г} + 54,35 \, \text{г} = 97,63 \, \text{г}
\]
\[
\text{массовая доля метаналя} = \frac{\text{масса метаналя}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\% = \frac{43,28 \, \text{г}}{97,63 \, \text{г}} \times 100\% \approx 44,35\%
\]
\[
\text{массовая доля этаналя} = \frac{\text{масса этаналя}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\% = \frac{54,35 \, \text{г}}{97,63 \, \text{г}} \times 100\% \approx 55,65\%
\]

Таким образом, массовая доля метаналя в исходной смеси составляет около 44,35%, а массовая доля этаналя составляет около 55,65%.