Для получения уксусной кислоты (Ka = 1,78*10-5) в реакционный сосуд поместили смесь н-бутана и кислорода. После окончания реакции оставшуюся смесь охладили и растворили в 1 л воды (плотность уксусной кислоты – 1,05 г/мл). Результаты определения кислотности полученного раствора показали pH = 2,88. Вычислите, какое количество кислорода вступило в реакцию (число в процентах от начального количества с точностью до целых), если н-бутан был в недостатке, а давление продуктов по окончанию реакции было в 2 раза меньше по сравнению с давлением реагентов.

Для начала определим концентрацию уксусной кислоты в полученном растворе:

m = V * p = 1 л * 1,05 г/мл = 1050 г

n = m/M = 1050 г / 60 г/моль = 17,5 моль

[H+] = 10^(-pH) = 10^(-2,88) = 1,7*10^(-3) моль/л

Ka = [H+][CH3COO-]/[CH3COOH] = (1,710^(-3))^2 / (17,5 - 1,710^(-3)) = 1,78*10^(-5)

Отсюда [CH3COO-] = [H+] = 1,7*10^(-3) моль/л

Так как уксусная кислота полностью диссоциирована, то [CH3COOH] = 17,5 - 1,7*10^(-3) = 17,4983 моль/л

Теперь найдем количество кислорода, вступившего в реакцию:

Пусть x моль кислорода вступило в реакцию, тогда количество уксусной кислоты, образованной в реакции, равно x моль.

Так как н-бутан был в недостатке, то количество уксусной кислоты, образованной из него, равно 0,5x моль.

Таким образом, общее количество уксусной кислоты в растворе равно 17,5 + 0,5x моль.

Составим уравнение реакции:

C4H10 + O2 -> CH3COOH + H2O

x моль кислорода вступило в реакцию, следовательно, количество образованной уксусной кислоты равно x моль.

Учитывая, что общее количество уксусной кислоты в растворе равно 17,5 + 0,5x моль, получаем:

x = 17,5 + 0,5x

0,5x = 17,5

x = 35 моль

Таким образом, количество кислорода, вступившего в реакцию, составляет 35 моль.

Доля кислорода в реакции относительно начального количества:

(35 моль / (35 моль + 4 моль)) * 100% = 89%

Итак, 89% кислорода вступило в реакцию.