Номер 7, страница 326 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 56. Гетероциклические соединения. Глава 5. Азот- и серосодержащие органические соединения - номер 7, страница 326.

Условие.

7. При гидрировании фурана получают циклический простой эфир (тетрагидрофуран, ТГФ), используемый в качестве растворителя. Напишите уравнение реакции. Какую массу тетрагидрофурана можно получить из 144 г фурана и 100 л (н. у.) водорода?

Решение.

Решение 2.

Напишите уравнение реакции.

Реакция гидрирования (присоединения водорода) гетероциклического соединения фурана приводит к насыщению двойных связей в цикле. Фуран ($C_4H_4O$) имеет две двойные связи, поэтому для его полного превращения в тетрагидрофуран ($C_4H_8O$) требуется две молекулы водорода ($H_2$). Реакция протекает в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt, Pd).

Уравнение реакции в общем виде:

$C_4H_4O + 2H_2 \xrightarrow{Ni, Pt, Pd} C_4H_8O$

Ответ: $C_4H_4O + 2H_2 \rightarrow C_4H_8O$.

Какую массу тетрагидрофурана можно получить из 144 г фурана и 100 л (н. у.) водорода?

Дано:

Масса фурана $m(C_4H_4O) = 144 \, \text{г}$

Объем водорода $V(H_2) = 100 \, \text{л}$ (н. у.)

Найти:

Масса тетрагидрофурана $m(C_4H_8O) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем молярные массы реагентов и продуктов, используя периодическую таблицу химических элементов (атомные массы округляем: C - 12 г/моль, H - 1 г/моль, O - 16 г/моль).

Молярная масса фурана ($C_4H_4O$):

$M(C_4H_4O) = 4 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 68 \, \text{г/моль}$

Молярная масса тетрагидрофурана ($C_4H_8O$):

$M(C_4H_8O) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 16 = 72 \, \text{г/моль}$

2. Найдем количество вещества ($\nu$) исходных реагентов.

Количество вещества фурана:

$\nu(C_4H_4O) = \frac{m(C_4H_4O)}{M(C_4H_4O)} = \frac{144 \, \text{г}}{68 \, \text{г/моль}} \approx 2.118 \, \text{моль}$

Количество вещества водорода (при нормальных условиях (н.у.) молярный объем газа $V_m = 22.4 \, \text{л/моль}$):

$\nu(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{100 \, \text{л}}{22.4 \, \text{л/моль}} \approx 4.464 \, \text{моль}$

3. Определим лимитирующий реагент. Согласно уравнению реакции $C_4H_4O + 2H_2 \rightarrow C_4H_8O$, реагенты вступают в реакцию в мольном соотношении $\nu(C_4H_4O) : \nu(H_2) = 1:2$.

Рассчитаем, какое количество вещества водорода требуется для реакции со всем имеющимся фураном:

$\nu_{\text{треб.}}(H_2) = 2 \cdot \nu(C_4H_4O) = 2 \cdot \frac{144}{68} \approx 4.235 \, \text{моль}$

Поскольку фактическое количество водорода ($\approx 4.464 \, \text{моль}$) больше, чем требуется ($\approx 4.235 \, \text{моль}$), водород находится в избытке. Следовательно, фуран является лимитирующим реагентом, и дальнейший расчет ведется по нему.

4. Рассчитаем количество вещества продукта (тетрагидрофурана).

По уравнению реакции, из 1 моль фурана образуется 1 моль тетрагидрофурана. Значит, $\nu(C_4H_8O) = \nu(C_4H_4O)$.

$\nu(C_4H_8O) = \frac{144}{68} \, \text{моль}$

5. Найдем массу тетрагидрофурана.

$m(C_4H_8O) = \nu(C_4H_8O) \cdot M(C_4H_8O) = \frac{144}{68} \, \text{моль} \cdot 72 \, \text{г/моль} = \frac{10368}{68} \, \text{г} \approx 152.47 \, \text{г}$

Округляя результат до трех значащих цифр (в соответствии с точностью исходных данных), получаем 152 г.

Ответ: можно получить 152 г тетрагидрофурана.