Номер 4, страница 192 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 35. Получение и применение алкинов. Глава 3. Углеводороды - номер 4, страница 192.

Условие.

4. Этилен объёмом 100 л (н. у.) нагрели в присутствии металлического катализатора. Образовавшуюся смесь газов пропустили через бромную воду. Масса непоглотившегося газа составила 6,4 г. Рассчитайте массу ацетилена, который образовался из этилена, и выход продукта реакции дегидрирования.

Решение.

Решение 2.

Дано:

$V(C_2H_4) = 100$ л (н. у.)
$m(\text{непоглотившегося газа}) = 6,4$ г
$V_m = 22,4$ л/моль (молярный объем газа при н. у.)

Найти:

$m(C_2H_2)$ — массу ацетилена, который образовался из этилена
$\eta$ — выход продукта реакции дегидрирования

Решение:

При нагревании этилена в присутствии металлического катализатора происходит реакция дегидрирования с образованием ацетилена и водорода. Поскольку реакция обратима и не протекает до конца, в образовавшейся газовой смеси будут содержаться продукты реакции (ацетилен и водород) и непрореагировавший исходный этилен.

Уравнение реакции дегидрирования этилена:

$C_2H_4 \xrightarrow{kat, t^\circ} C_2H_2 + H_2$

Полученную газовую смесь, состоящую из этилена ($C_2H_4$), ацетилена ($C_2H_2$) и водорода ($H_2$), пропускают через бромную воду. Бромная вода вступает в реакцию с непредельными углеводородами, поглощая этилен и ацетилен:

$C_2H_4 + Br_2 \rightarrow C_2H_4Br_2$

$C_2H_2 + 2Br_2 \rightarrow C_2H_2Br_4$

Водород ($H_2$) с бромной водой не реагирует, поэтому он является непоглотившимся газом, масса которого дана в условии.

Расчет массы ацетилена, который образовался из этилена

1. Найдем количество вещества (моль) непоглотившегося газа — водорода. Молярная масса водорода $M(H_2) = 2 \times 1 = 2$ г/моль.

$n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{6,4 \text{ г}}{2 \text{ г/моль}} = 3,2$ моль

2. Согласно уравнению реакции дегидрирования ($C_2H_4 \rightarrow C_2H_2 + H_2$), количества веществ продуктов (ацетилена и водорода) соотносятся как 1:1. Следовательно, количество вещества образовавшегося ацетилена равно количеству вещества образовавшегося водорода.

$n_{практ.}(C_2H_2) = n(H_2) = 3,2$ моль

3. Рассчитаем массу ацетилена, которая образовалась в ходе реакции. Молярная масса ацетилена $M(C_2H_2) = 2 \times 12 + 2 \times 1 = 26$ г/моль.

$m(C_2H_2) = n_{практ.}(C_2H_2) \times M(C_2H_2) = 3,2 \text{ моль} \times 26 \text{ г/моль} = 83,2$ г

Ответ: масса ацетилена, который образовался из этилена, составляет 83,2 г.

Расчет выхода продукта реакции дегидрирования

1. Для расчета выхода продукта необходимо определить теоретически возможное количество ацетилена. Сначала найдем начальное количество вещества этилена, взятого для реакции.

$n_{исх.}(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{100 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 4,4643$ моль

2. Теоретически, если бы весь этилен прореагировал, то образовалось бы такое же количество моль ацетилена (согласно стехиометрии 1:1).

$n_{теор.}(C_2H_2) = n_{исх.}(C_2H_4) \approx 4,4643$ моль

3. Выход продукта ($\eta$) рассчитывается как отношение практически полученного количества вещества продукта к теоретически возможному, выраженное в процентах.

$\eta = \frac{n_{практ.}(C_2H_2)}{n_{теор.}(C_2H_2)} \times 100\% = \frac{3,2 \text{ моль}}{4,4643 \text{ моль}} \times 100\% \approx 0,7168 \times 100\% \approx 71,7\%$

Ответ: выход продукта реакции дегидрирования составляет 71,7%.