При нитровании 6,0 г ароматического углеводорода ряда бензола образовалась смесь мононитропроизводных массой 8.25 г. Определите молекулярную и структурную формулы вещества, если известно, что при взаимодействии его с подкисленным раствором перманганата калия образуется бензол-1,2-дикарбоновая кислота и выделяется углекислый газ. Вычислите массу 10%-ного раствора азотной кислоты, необходимого для нитрования данного образца вещества.
Ответы
Давайте разберемся с этой задачей по шагам:
1. Сначала определим молекулярную массу ароматического углеводорода (бензола). Молекулярная масса бензола (C6H6) равна 78.11 г/моль (массы атомов углерода и водорода: 12.01 г/моль и 1.01 г/моль соответственно).
2. Зная, что после нитрования образовалась смесь мононитропроизводных массой 8.25 г, мы можем предположить, что произошло замещение одного водорода атома в бензоле на нитрогруппу (NO2). Таким образом, молярная масса мононитробензола равна молекулярной массе бензола плюс масса одной нитрогруппы (HNO2): 77.06 г/моль (полученная из 78.11 г/моль - 1.05 г/моль).
3. Теперь вычислим количество моль мононитробензола в 8.25 г:
Моль мононитробензола = Масса / Молярная масса = 8.25 г / 77.06 г/моль ≈ 0.107 моль.
4. Зная количество моль мононитробензола, мы можем определить его молекулярную и структурную формулы. Молекулярная формула C6H5NO2.
5. Далее, мы видим, что при взаимодействии мононитробензола с подкисленным раствором перманганата калия образуется бензол-1,2-дикарбоновая кислота. Из этой реакции следует, что каждая нитрогруппа (NO2) в мононитробензоле превращается в карбоксильную группу (COOH) в кислоте. Таким образом, структурная формула мононитробензола - C6H5NO2, а бензол-1,2-дикарбоновая кислота имеет структурную формулу C6H4(COOH)2.
6. Для нитрования бензола требуется азотная кислота (HNO3). Вычислим, сколько моль HNO3 потребуется, и затем определим массу 10%-ного раствора азотной кислоты.
Масса HNO3 = Моль HNO3 * Молярная масса HNO3
Масса HNO3 = 0.107 моль * (1 + 14 + 48) г/моль = 6.41 г.
7. Теперь определим массу 10%-ного раствора азотной кислоты (HNO3). 10% означает, что в 100 г раствора содержится 10 г HNO3.
Масса раствора HNO3 = Масса HNO3 / (Концентрация HNO3 в растворе) = 6.41 г / 0.10 = 64.1 г.
Таким образом, для нитрования данного образца вещества потребуется 64.1 г 10%-ного раствора азотной кислоты.