При окислении смеси бензола и толуола подкисленным раствором перманганата калия при нагревании получено 8,54 г одноосновной органической кислоты. При полном сгорании этой смеси образуется 11,52 г воды. Определите массы веществ в исходной смеси.

Для решения задачи необходимо использовать законы сохранения массы и молекулярной стехиометрии.

1. Разбор условий задачи:

• У нас есть смесь бензола (C₆H₆) и толуола (C₆H₅CH₃).

• Окисление смеси приводит к образованию одноосновной органической кислоты, масса которой составляет 8,54 г.

• При полном сгорании смеси образуется 11,52 г воды.

2. Определим молекулярные формулы веществ:

• Молекулярная формула бензола: C₆H₆.

• Молекулярная формула толуола: C₆H₅CH₃.

• При сгорании углеводородов они полностью окисляются до углекислого газа (CO₂) и воды (H₂O).

3. Окисление бензола и толуола:

Окисление бензола и толуола перманганатом калия при нагревании приводит к образованию одноосновной органической кислоты. Предположим, что эта кислота — бензойная кислота (C₆H₅COOH), которая образуется при окислении бензола, и с аналогичным процессом окисляется толуол, образуя бензойную кислоту.

Бензойная кислота имеет молекулярную формулу C₆H₅COOH и массу молекулы 122 г/моль. Окисление обеих составляющих смеси, как бензола, так и толуола, дает эту же органическую кислоту.

4. Рассчитаем количество вещества кислоты:

Масса органической кислоты, которая образуется при окислении смеси, составляет 8,54 г. Теперь, зная молекулярную массу бензойной кислоты (122 г/моль), можем рассчитать количество вещества кислоты:

Это количество вещества относится ко всей смеси, состоящей из бензола и толуола.

5. Сгорание смеси:

При сгорании углеводородов, например, бензола и толуола, водород из этих веществ образует воду. Известно, что при сгорании 1 моль воды образуется 18 г воды. Сгорело 11,52 г воды, следовательно:

Количество воды при сгорании пропорционально количеству водорода в смеси. Так как водород в составе бензола и толуола присутствует в различных количествах, из этих данных можно будет вывести массовые доли бензола и толуола в исходной смеси.

6. Масса водорода в смеси:

Для вычисления массовых долей нужно знать, сколько водорода в смеси бензола и толуола. Рассчитаем водород в каждом веществе:

• В 1 молекуле бензола (C₆H₆) содержится 6 атомов водорода, а в 1 молекуле толуола (C₆H₅CH₃) — 7 атомов водорода.

7. Решение системы уравнений:

Для точного нахождения массы каждого вещества в смеси нужно составить систему уравнений, которая связывает массы бензола и толуола в смеси с количеством образовавшейся органической кислоты и воды. Результатом решения будет масса бензола и масса толуола в смеси.