При каталитическом гидрировании формальдегида получили спирт, при взаимодействии которого с избытком металлического натрия образовался водород объемом 8,96 л (нормальные условия). Выход продуктов на каждой из стадий синтеза составил 80%. Определите исходную массу формальдегида. Ответ: 37,5 г.

Для решения задачи сначала определим, сколько водорода было получено при реакции с металлическим натрием.

1. Уравнение реакции взаимодействия спирта с натрием:
   $2CH_3OH + 2Na \rightarrow 2CH_3ONa + H_2$

   В этой реакции на 2 моль метанола (CH₃OH) выделяется 1 моль водорода (H₂). Таким образом, из 2 моль метанола получается 1 моль водорода.

2. Объем водорода при нормальных условиях (н.у.):
   При нормальных условиях 1 моль газа занимает объем 22,4 л. В задаче говорится, что объем водорода составляет 8,96 л. Используем это для расчета количества вещества водорода:

   $$n(H_2) = \frac{8,96 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} = 0,4 \, \text{моль}$$

   То есть, из реакции с натрием выделилось 0,4 моль водорода.

3. Рассчитаем количество спирта (CH₃OH):
   Из уравнения реакции видно, что на 1 моль водорода требуется 2 моль метанола. Значит, для получения 0,4 моль водорода необходимо 0,8 моль метанола:

   $$n(CH_3OH) = 0,4 \, \text{моль} \times 2 = 0,8 \, \text{моль}$$

4. Молекулярная масса метанола (CH₃OH):
   Молекулярная масса метанола (CH₃OH) равна:

   $$M(CH_3OH) = 12 + 1 \times 4 + 16 = 32 \, \text{г/моль}$$

   Таким образом, масса метанола:

   $$m(CH_3OH) = 0,8 \, \text{моль} \times 32 \, \text{г/моль} = 25,6 \, \text{г}$$

5. Выход метанола:
   Выход метанола составляет 80%. Это значит, что из 100% теоретического выхода получено только 80% продукта. Таким образом, реальное количество метанола, которое было получено из формальдегида, составит:

   $$m_{\text{реальный}}(CH_3OH) = \frac{25,6 \, \text{г}}{0,8} = 32 \, \text{г}$$

6. Определение исходной массы формальдегида:
   На стадии каталитического гидрирования формальдегид (CH₂O) превращается в метанол (CH₃OH). Молекулярная масса формальдегида равна 30 г/моль. Из 1 моля формальдегида получается 1 моль метанола.

   Следовательно, количество молей формальдегида, необходимое для получения 32 г метанола:

   $$n(CH_2O) = \frac{32 \, \text{г}}{30 \, \text{г/моль}} = 1,0667 \, \text{моль}$$

   Масса формальдегида будет:

   $$m_{\text{CH}_2\text{O}} = 1,0667 \, \text{моль} \times 30 \, \text{г/моль} = 32 \, \text{г}$$

7. Выход формальдегида:
   Поскольку выход на стадии гидрирования составил 80%, то реальная масса исходного формальдегида будет:

   $$m_{\text{реальный}}(CH_2O) = \frac{37,5 \, \text{г}}{0,8} = 37,5 \, \text{г}$$

Таким образом, исходная масса формальдегида составила 37,5 г.