Номер 5, страница 80 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Сколько килограммов нитроглицерина можно получить из 100 кг глицерина?

Дано:

$m(\text{глицерина}) = 100 \text{ кг}$

Найти:

$m(\text{нитроглицерина}) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции получения нитроглицерина из глицерина. Нитроглицерин (тринитрат глицерина) получают в реакции этерификации глицерина азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты, которая действует как катализатор и водоотнимающий агент.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$C_3H_5(OH)_3 + 3HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_3H_5(ONO_2)_3 + 3H_2O$

Рассчитаем молярные массы исходного вещества (глицерина) и продукта (нитроглицерина), используя относительные атомные массы элементов: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$, $Ar(N)=14$.

Молярная масса глицерина ($C_3H_5(OH)_3$ или $C_3H_8O_3$):

$M(\text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3) = 3 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 3 \cdot 16 = 36 + 8 + 48 = 92 \text{ г/моль}$ (или $92 \text{ кг/кмоль}$).

Молярная масса нитроглицерина ($C_3H_5(ONO_2)_3$ или $C_3H_5N_3O_9$):

$M(\text{C}_3\text{H}_5(\text{ONO}_2)_3) = 3 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 3 \cdot 14 + 9 \cdot 16 = 36 + 5 + 42 + 144 = 227 \text{ г/моль}$ (или $227 \text{ кг/кмоль}$).

Из уравнения реакции следует, что из 1 моль глицерина образуется 1 моль нитроглицерина. Следовательно, их количества вещества равны:

$\nu(\text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3) = \nu(\text{C}_3\text{H}_5(\text{ONO}_2)_3)$

Поскольку количество вещества $\nu = \frac{m}{M}$, мы можем составить пропорцию для масс:

$\frac{m(\text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3)}{M(\text{C}_3\text{H}_5(\text{OH})_3)} = \frac{m(\text{C}_3\text{H}_5(\text{ONO}_2)_3)}{M(\text{C}_3\text{H}_5(\text{ONO}_2)_3)}$

Подставим известные значения и решим уравнение относительно массы нитроглицерина, обозначив её за $x$:

$\frac{100 \text{ кг}}{92 \text{ кг/кмоль}} = \frac{x}{227 \text{ кг/кмоль}}$

Выразим $x$:

$x = 100 \text{ кг} \cdot \frac{227 \text{ кг/кмоль}}{92 \text{ кг/кмоль}} \approx 246.74 \text{ кг}$

Ответ: из 100 кг глицерина можно получить примерно 247 кг нитроглицерина.