Номер 10, страница 157 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 26. Получение и применение алканов. Глава 3. Углеводороды - номер 10, страница 157.

Условие.

10. При дегидрировании 10 л бутана выделилось 15 л водорода и образовалось 7,5 л непредельного углеводорода. Установите молекулярную формулу второго продукта реакции и рассчитайте его выход. Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V_{исх}(C_4H_{10}) = 10 \text{ л}$

$V_{прод}(H_2) = 15 \text{ л}$

$V_{прод}(\text{углеводород}) = 7,5 \text{ л}$

Объемы газов измерены при одинаковых условиях.

Примечание: Так как все объемы даны в литрах и измерены при одинаковых условиях, согласно закону Авогадро, их соотношения равны мольным соотношениям. Перевод в систему СИ ($м^3$) для решения не требуется.

Найти:

Молекулярную формулу непредельного углеводорода - ?

Выход продукта ($\eta$) - ?

Решение:

Процесс дегидрирования бутана ($C_4H_{10}$) можно описать общим уравнением реакции, где образуется непредельный углеводород ($C_xH_y$) и водород ($H_2$):

$a C_4H_{10} \rightarrow b C_xH_y + c H_2$

По закону Авогадро, соотношение объемов газов в реакции при одинаковых условиях равно соотношению их стехиометрических коэффициентов. Найдем соотношение коэффициентов для продуктов реакции:

$\frac{b}{c} = \frac{V(C_xH_y)}{V(H_2)} = \frac{7,5 \text{ л}}{15 \text{ л}} = \frac{1}{2}$

Это означает, что на 1 моль (или 1 объем) образовавшегося углеводорода приходится 2 моль (или 2 объема) водорода. Таким образом, уравнение реакции принимает вид (считая коэффициент при бутане равным 1 для простоты):

$C_4H_{10} \rightarrow C_xH_y + 2H_2$

Используя закон сохранения массы (баланс атомов), определим $x$ и $y$ в формуле углеводорода:

• Баланс по углероду (C): В левой части 4 атома C, значит, и в правой должно быть 4. Следовательно, $x=4$.
• Баланс по водороду (H): В левой части 10 атомов H. В правой части в двух молекулах водорода содержится $2 \times 2 = 4$ атома. Значит, на долю углеводорода приходится $10 - 4 = 6$ атомов. Следовательно, $y=6$.

Таким образом, молекулярная формула искомого непредельного углеводорода – $C_4H_6$. Это бутадиен.

Итоговое уравнение реакции:

$C_4H_{10} \rightarrow C_4H_6 + 2H_2$

Теперь рассчитаем выход продукта. Выход ($\eta$) определяется как отношение практически полученного объема продукта к теоретически возможному.

Теоретический объем $C_4H_6$, который мог бы образоваться из 10 л бутана, определяется по стехиометрии реакции. Из уравнения видно, что из 1 объема $C_4H_{10}$ образуется 1 объем $C_4H_6$.

$V_{теор}(C_4H_6) = V_{исх}(C_4H_{10}) = 10 \text{ л}$

Практически полученный объем углеводорода, согласно условию, составляет 7,5 л.

$V_{практ}(C_4H_6) = 7,5 \text{ л}$

Рассчитываем выход продукта:

$\eta = \frac{V_{практ}(C_4H_6)}{V_{теор}(C_4H_6)} \times 100\% = \frac{7,5 \text{ л}}{10 \text{ л}} \times 100\% = 75\%$

Ответ: Молекулярная формула второго продукта реакции – $C_4H_6$. Выход продукта составляет 75%.