Що є масовою часткою ароматичного вуглеводню у фенолі, якщо 20 г фенолу, що містив домішку бензену, реагує з надлишком

Для розв"язання цієї задачі, нам необхідно знати молярні маси фенолу (C6H6O) та бромної води (HBrO) і використати знання стехіометрії реакцій.

Спочатку знайдемо кількість речовини фенолу, яка міститься у 20 г речовини. Для цього скористаємось формулою:

\[ \text{Кількість речовини} = \frac{\text{Маса речовини}}{\text{Молярна маса речовини}} \]

Молярна маса фенолу (C6H6O) дорівнює 94,11 г/моль. Замінивши ці значення в формулі, отримаємо:

\[ \text{Кількість речовини фенолу} = \frac{20}{94,11} = 0,212 \, \text{моль} \]

Тепер, ми знаємо, що фенол реагує з надлишком бромної води, утворюючи галогеновмісну органічну сполуку. Задача полягає в тому, щоб знайти масову частку ароматичного вуглеводню у фенолі. Для цього, нам потрібно визначити масу ароматичного вуглеводню, яка міститься у 66,2 г галогеновмісної органічної сполуки.

Спочатку визначимо кількість речовини галогеновмісної органічної сполуки за допомогою формули:

\[ \text{Кількість речовини} = \frac{\text{Маса речовини}}{\text{Молярна маса речовини}} \]

Молярна маса галогеновмісної органічної сполуки не наведена в задачі, тому для нашої подальшої розрахункової зручності позначимо її як "М". Замінюючи ці значення в формулі, отримуємо:

\[ \text{Кількість речовини галогеновмісної органічної сполуки} = \frac{66,2}{M} \]

За лівосторонньої частини реакції між фенолом і бромною водою стоїть реагент фенол, а за правосторонньою частині стоїть органічна сполука. За стехіометрією реакції, маса ароматичного вуглеводню у фенолі буде дорівнювати масі галогеновмісної органічної сполуки (66,2 г) мінус маса деякої кількості води.

Отже, щоб знайти масову частку ароматичного вуглеводню у фенолі, ми повинні визначити масу води, яка утворилася під час реакції.

Тепер використаємо даний контекст, що фенол містив домішку бензену. Це означає, що ми розраховуємо масу бензену, який був у фенолі, а не весь фенол. Масова відсоткова концентрація бензену у фенолі дорівнює:

\[ \text{Масова відсоткова концентрація бензену} = \frac{\text{Маса бензену}}{\text{Маса фенолу}} \times 100\% \]

Для розрахунку масової відсоткової концентрації бензену необхідно знати масу бензену і фенолу. На щастя, ми знаємо масу фенолу (20 г), але не знаємо масу бензену.

Давайте перед кінематичним розраховуванням рівняємо рівняння, яке описує реакцію між фенолом і бромною водою:

\[ C_6H_6O + HBrO \rightarrow X + H_2O \]

Де \(X\) - галогеновмісна органічна сполука.

Рівняння балансоване, тому ми знаємо стехіометричний коефіцієнт для фенолу і галогеновмісної органічної сполуки. Виявляється, що стехіометричний коефіцієнт для фенолу і галогеновмісної органічної сполуки дорівнює 1. Таким чином, запишемо рівність мас:

\[ \text{Маса фенолу} = \text{Маса бензену} \]

Оскільки ми знаємо, що фенол містить 20 г домішки бензену, ми можемо скористатися цією інформацією для розрахунку маси бензену.

Тепер можемо розрахувати масову відсоткову концентрацію бензену у фенолі:

\[ \text{Масова відсоткова концентрація бензену} = \frac{20}{20 + \text{Маса бензену}} \times 100\% \]

Знайдемо масу бензену за допомогою підстановки:

\[ \text{Масова відсоткова концентрація бензену} = \frac{20}{20 + 20} \times 100\% = 50\% \]

Тепер візьмемо отриману масу бензену і додамо до неї масу води (яку ми ще не знаємо), яка утворилася під час реакції:

\[ \text{Маса бензену} + \text{Маса води} = 66,2 \]

Ми знаємо масову відсоткову концентрацію бензену, тож можемо записати:

\[ \text{Маса бензену} = 50\% \times \text{Маса фенолу} = 50\% \times 20 = 10 \, \text{г} \]

Підставляємо ці значення в попереднє рівняння:

\[ 10 \, \text{г} + \text{Маса води} = 66,2 \, \text{г} \]

Тепер знайдемо масу води:

\[ \text{Маса води} = 66,2 \, \text{г} - 10 \, \text{г} = 56,2 \, \text{г} \]

Отже, масову частку ароматичного вуглеводню у фенолі можна визначити за формулою:

\[ \text{Масова частка ароматичного вуглеводню} = \frac{\text{Маса бензену}}{\text{Маса бензену} + \text{Маса води}} \times 100\% \]

Підставляємо відомі значення:

\[ \text{Масова частка ароматичного вуглеводню} = \frac{10}{10 + 56,2} \times 100\% \approx 15,1\% \]

Таким чином, масова частка ароматичного вуглеводню у фенолі становить приблизно 15,1%.