Номер 5, страница 95 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Какие объёмы бутана и кислорода (н. у.) теоретически необходимы для получения 30 кг уксусной кислоты?

Дано:

$m(CH_3COOH) = 30 \text{ кг}$

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

$V(C_4H_{10}) - ?$

$V(O_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции каталитического окисления бутана до уксусной кислоты:

$2C_4H_{10} + 5O_2 \rightarrow 4CH_3COOH + 2H_2O$

2. Найдем молярную массу уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль} = 60 \text{ кг/кмоль}$

3. Рассчитаем количество вещества (в киломолях) уксусной кислоты, которую необходимо получить:

$\nu(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{30 \text{ кг}}{60 \text{ кг/кмоль}} = 0.5 \text{ кмоль}$

4. По уравнению реакции найдем количество вещества бутана ($C_4H_{10}$) и кислорода ($O_2$), необходимых для реакции. Соотношение количеств веществ реагентов и продуктов равно соотношению их стехиометрических коэффициентов:

$\frac{\nu(C_4H_{10})}{2} = \frac{\nu(O_2)}{5} = \frac{\nu(CH_3COOH)}{4}$

Рассчитаем количество вещества бутана:

$\nu(C_4H_{10}) = \frac{2 \cdot \nu(CH_3COOH)}{4} = \frac{1}{2} \cdot 0.5 \text{ кмоль} = 0.25 \text{ кмоль}$

Рассчитаем количество вещества кислорода:

$\nu(O_2) = \frac{5 \cdot \nu(CH_3COOH)}{4} = \frac{5}{4} \cdot 0.5 \text{ кмоль} = 1.25 \cdot 0.5 \text{ кмоль} = 0.625 \text{ кмоль}$

5. Найдем объемы бутана и кислорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \text{ м}^3/\text{кмоль}$.

Объем бутана:

$V(C_4H_{10}) = \nu(C_4H_{10}) \cdot V_m = 0.25 \text{ кмоль} \cdot 22.4 \frac{\text{м}^3}{\text{кмоль}} = 5.6 \text{ м}^3$

Объем кислорода:

$V(O_2) = \nu(O_2) \cdot V_m = 0.625 \text{ кмоль} \cdot 22.4 \frac{\text{м}^3}{\text{кмоль}} = 14 \text{ м}^3$

Ответ: для получения 30 кг уксусной кислоты теоретически необходимы $5.6 \text{ м}^3$ бутана и $14 \text{ м}^3$ кислорода.