Точную навеску новокаина гидрохлорида массой 1,657 г растворили и разбавили водой в мерной колбе объемом 50 мл. На титрование 5 мл аликвоты раствора новокаина в присутствии HCl и KBr израсходовали 6,05 мл 0,1 М раствора NaNO2. Рассчитайте массовую долю новокаина гидрохлорида в препарате. Приведите соответствующие уравнения реакций (формулы органических веществ приводить в структурном виде).

Мы имеём следующую задачу. Известно, что точно взятая масса вещества (новокаина гидрохлорида) 1,657 г растворена и доведена до 50 мл. При титровании 5‐мл аликвоты этого раствора (то есть 1/10 от общего объёма) с использованием 0,1‐М раствора NaNO₂ потребовалось 6,05 мл титранта. При этом титрование проводится в кислой среде с добавлением HCl и KBr, что приводит к превращению первично ароматического амина, входящего в состав новокаина, сначала в соответствующийdiazonium соль, а затем – по реакции Сандмейера – в замещённое бромом соединение.

Ниже приведём пошаговое рассуждение и расчёты.

──────────────────────────────
1. Определение количества титранта в аликвоте

Объём титранта, использованный для 5 мл аликвоты, равен
  V = 6,05 мл = 6,05×10⁻³ л.
При концентрации 0,1 М число молей NaNO₂ в аликвоте:
  n(NaNO₂) = C·V = 0,1 моль/л × 6,05×10⁻³ л = 6,05×10⁻⁴ моль.

──────────────────────────────
2. Связь между титрантом и определяемым веществом

Новокаин гидрохлорид (по строению это солевая форма прокаина) содержит в составе ароматическую аминогруппу (–NH₂), которая при обработке нитритом в кислой среде прореагирует по схеме diazotization – последующая реакция Сандмейера (замещение –N₂⁺ на –Br). При обоих этапах стехиометрия — 1 моль реагирующего амина на 1 моль NaNO₂. Таким образом, в аликвоте содержится 6,05×10⁻⁴ моль новокаина.

Так как аликвота составляет 1/10 от общего раствора, то в полном 50‐мл растворе количество новокаина:
  n₍общ₎ = 10 × 6,05×10⁻⁴ моль = 6,05×10⁻³ моль.

──────────────────────────────
3. Определение массы новокаина гидрохлорида

Для расчёта понадобится молярная масса. Новокаин (прокаин) имеет структурную формулу
  H₂N–C₆H₄–COO–CH₂CH₂–N(CH₂CH₃)₂,
а гидрохлорид – его соль. Приблизительно:

  M (прокаин) ≈ 236,3 г/моль,
  M (HCl) ≈ 36,5 г/моль,
  M (новокаина гидрохлорида) ≈ 236,3 + 36,5 ≈ 272,8 г/моль.

Таким образом, масса новокаина в полном растворе:
  m = n₍общ₎ × M = 6,05×10⁻³ моль × 272,8 г/моль ≈ 1,651 г.

──────────────────────────────
4. Массовая доля новокаина гидрохлорида

Массовая доля (в процентах) определяется как
  ω = (m₍аналит₎ / m₍образца₎) × 100%.
Подставляем:
  ω = (1,651 г / 1,657 г) × 100% ≈ 99,64%.

Таким образом, массовая доля новокаина гидрохлорида в препарате составляет около 99,6 %.

──────────────────────────────
5. Уравнения реакций

Поскольку реакция титрования проходит в кислой среде с добавлением KBr, можно разделить процесс на два этапа.

Этап 1. Дизотирование ароматического амина:
  Новокаин гидрохлорид (содержащий свободную –NH₂ группу) реагирует с нитритом (NaNO₂ + HCl даёт HNO₂):
    Ar–NH₂ + NaNO₂ + 2 HCl → Ar–N₂⁺Cl⁻ + NaCl + 2 H₂O,
где Ar– обозначает ароматическую часть молекулы, имеющую вид:
  H₂N–C₆H₄–COO–CH₂CH₂–N(CH₂CH₃)₂.

При этом структурное изображение новокаина (в форме проаклина) можно записать так:

     O
   ║
  H₂N–C₆H₄–COO–CH₂CH₂–N(CH₂CH₃)₂ · HCl

Этап 2. Реакция Сандмейера (замещение –N₂⁺ на –Br):
    Ar–N₂⁺Cl⁻ + KBr → Ar–Br + N₂↑ + KCl,
где Ar– теперь представляет остаток ароматического кольца с уже заменённой амино-группой на атом брома, то есть:
    Br–C₆H₄–COO–CH₂CH₂–N(CH₂CH₃)₂ · HCl.

Можно записать суммарное уравнение реакции (учитывая, что нуклеофильное замещение происходит после образования диазониевой соли):

  H₂N–C₆H₄–COO–CH₂CH₂–N(CH₂CH₃)₂ · HCl + NaNO₂ + KBr + 2 HCl →
    Br–C₆H₄–COO–CH₂CH₂–N(CH₂CH₃)₂ · HCl + NaCl + KCl + 2 H₂O + N₂↑.

Обратите внимание, что в аналитической методике важна стехиометрия – на 1 моль анализируемого амина приходится 1 моль NaNO₂, что и использовано при расчётах.

──────────────────────────────
Ответ:

Массовая доля новокаина гидрохлорида в препарате составляет ≈ 99,6 %.

──────────────────────────────
Вывод: Проведённые расчёты, основывающиеся на стехиометрии реакции дизационирования ароматического амина с последующим замещением атомом брома (реакция Сандмейера) в кислой среде, показывают, что в анализируемом образце почти чистый новокаин гидрохлорид.