Для определения фенола С6Н5ОН в растворе к 20,00 мл его добавили избыток бромида калия КВr, хлороводородную кислоту НС1 и 25,00 мл раствора бромата калия КВrО3 с титром 0,002836 г/мл. По окончании бромирования фенола (продукт трибромфенол) ввели иодид калия KI и выделившийся йод I2 оттитровали 5,15 мл 0,1000 моль/л (Кп =0,8915) раствора тиосульфата натрия Na2S2O3. Рассчитать содержание фенола в растворе в мг/мл. Приведите соответствующие уравнения реакций (формулы органических веществ приводить в структурном виде).

Мы знаем, что в анализе фенола по методу бромирования сначала в 20,00 мл исследуемого раствора фенола (C₆H₅OH) добавляют избыток KBr и HCl, а затем 25,00 мл раствора бромата калия (KBrO₃) с титром 0,002836 г/мл. В кислой среде происходит окислительно-восстановительная реакция, при которой BrO₃⁻ окисляет добавленный Br⁻ до брома (Br₂). Образовавшийся бром вступает в реакцию с фенолом с образованием трибромфенола – продукт, имеющий структурную формулу “2,4,6‑tribromophenol” (то есть бензольное кольцо с группой –OH и тремя заместителями Br в позициях 2,4 и 6).

После завершения бромирования в анализ добавляют KI, и оставшийся (избыточный) Br₂ окисляет иодид до I₂, который затем оттитровывают раствором Na₂S₂O₃. При расчётах надо учесть, что избирательное бромирование проходит не на 100 % – коэффициент превращения (Кₚ) равен 0,8915.

Ниже приводим поэтапно реакции и расчёт.

──────────────────────────────
1. Реакция образования брома

При добавлении избытка KBr и HCl к раствору KBrO₃ происходит реакция:
  KBrO₃ + 5 KBr + 6 HCl → 3 Br₂ + 3 H₂O + 6 KCl
То есть из 1 моля бромата образуется 3 моли брома.

──────────────────────────────
2. Бромирование фенола

Фенол (структурная формула: на бензольном кольце –OH) реагирует с бромом по схеме:
  C₆H₅OH + 3 Br₂ → 2,4,6‑tribromophenol + 3 HBr
При этом на бензольное кольцо в положении орто и пара к –OH группe вступают атомы Br. Структурно можно записать так:
  –OH–C₆H₅ (фенол) → (2,4,6‑Br₃)–C₆H₂–OH (трибромфенол).

Поскольку реакция идёт с коэффициентом превращения Кₚ = 0,8915, фактическое количество реагирующего фенола определяется с учётом этого коэффициента.

──────────────────────────────
3. Освобождение и титрование йода

Избыточный Br₂ определяется с помощью добавления KI:
  Br₂ + 2 KI → I₂ + 2 KBr
Далее образовавшийся йод оттитровывается стандартным раствором натрий-тиосульфата:
  I₂ + 2 Na₂S₂O₃ → Na₂S₄O₆ + 2 NaI

──────────────────────────────
4. Расчёт

a) Определим, сколько мoles KBrO₃ было добавлено.
Дано: 25,00 мл раствора с титром 0,002836 г/мл.
  масса KBrO₃ = 25,00 мл × 0,002836 g/mL = 0,07090 g.
Молярная масса KBrO₃ ≈ 39,1 (K) + 79,9 (Br) + 3×16 (O) = 167,0 г/моль.
  m(KBrO₃) = 0,07090 g / 167,0 g/mol ≈ 4,25×10⁻⁴ моль.

Из уравнения (1) получаем моли Br₂, образующиеся при реакции:
  m(Br₂, тот) = 3 × 4,25×10⁻⁴ = 1,275×10⁻³ моль.

b) Определим количество I₂, образовавшегося при титровании.
Дано: 5,15 мл раствора Na₂S₂O₃ с С = 0,1000 М.
Моль Na₂S₂O₃ = 0,00515 L × 0,1000 mol/L = 5,15×10⁻⁴ моль.
По уравнению (4) 1 моль I₂ реагирует с 2 молями Na₂S₂O₃, значит:
  m(I₂) = (5,15×10⁻⁴ моль) / 2 = 2,575×10⁻⁴ моль.
Это количество соответствует оставшемуся избыточному Br₂ (реакция (3) идёт 1:1).

c) Количество Br₂, которое прореагировало с фенолом:
  m(Br₂, реагировавшего с фенолом) = m(Br₂, тот) – m(Br₂, избыточного)
    = 1,275×10⁻³ – 2,575×10⁻⁴ = 1,017×10⁻³ моль.
Но поскольку из-за неполного превращения только доля реакции идет с коэффициентом Кₚ, то теоретически должно было быть затрачено:
  3 × Кₚ × (mоль фенола) = 1,017×10⁻³.
Отсюда моли фенола:
  m(фенола) = (1,017×10⁻³) / (3 × 0,8915)
    ≈ 1,017×10⁻³ / 2,6745 ≈ 3,80×10⁻⁴ моль.

d) Масса фенола (молярная масса C₆H₅OH ≈ 94,11 г/моль):
  m = 3,80×10⁻⁴ моль × 94,11 g/mol ≈ 0,03576 g = 35,76 mg.
Поскольку анализ проводился для 20,00 мл раствора, содержание фенола в растворе равно:
  (35,76 mg) / (20,00 mL) = 1,788 mg/mL ~ 1,79 mg/mL.

──────────────────────────────
Ответ:
Содержание фенола в растворе составляет примерно 1,79 mg/мL.

──────────────────────────────
Краткое изложение основных уравнений:

1. Образование брома:
  KBrO₃ + 5 KBr + 6 HCl → 3 Br₂ + 3 H₂O + 6 KCl

2. Бромирование фенола:
  C₆H₅OH + 3 Br₂ → 2,4,6‑tribromophenol + 3 HBr
  (структурно: фенол – HO–C₆H₅ превращается в 2,4,6‑tribromophenol – [Br]₂,₄,₆–C₆H₂–OH)

3. Получение йода:
  Br₂ + 2 KI → I₂ + 2 KBr

4. Титрование йода:
  I₂ + 2 Na₂S₂O₃ → Na₂S₄O₆ + 2 NaI

Таким образом, окончательный ответ – концентрация фенола в исходном растворе составляет около 1,79 mg/мL.