Номер 118, страница 42 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.118. Смесь циклогексена и водорода с мольным соотношением 1 : 5 пропустили над никелевым катализатором. Реакция прошла на 80%. Определите мольное соотношение веществ в конечной смеси.

Дано:

Мольное соотношение исходной смеси: $n(C_6H_{10}) : n(H_2) = 1 : 5$
Выход реакции (по циклогексену): $\eta = 80\% = 0.8$

Найти:

Мольное соотношение веществ в конечной смеси: $n_{конечн}(C_6H_{10}) : n_{конечн}(H_2) : n_{конечн}(C_6H_{12})$

Решение:

Запишем уравнение реакции гидрирования циклогексена на никелевом катализаторе. Циклогексен ($C_6H_{10}$) присоединяет водород ($H_2$) и превращается в циклогексан ($C_6H_{12}$):

$C_6H_{10} + H_2 \xrightarrow{Ni} C_6H_{12}$

По уравнению реакции, вещества реагируют в мольном соотношении 1:1.

Для удобства расчетов предположим, что в исходной смеси было 1 моль циклогексена и 5 моль водорода, что соответствует заданному соотношению 1:5.

$n_{исх}(C_6H_{10}) = 1$ моль
$n_{исх}(H_2) = 5$ моль
$n_{исх}(C_6H_{12}) = 0$ моль

Так как стехиометрическое соотношение реагентов по уравнению 1:1, а по условию водорода взято в избытке (5 моль > 1 моль), циклогексен является лимитирующим реагентом. Следовательно, выход реакции в 80% рассчитывается по нему.

Найдем количество вещества циклогексена, вступившего в реакцию:

$n_{прореаг}(C_6H_{10}) = n_{исх}(C_6H_{10}) \times \eta = 1 \text{ моль} \times 0.8 = 0.8$ моль

Согласно стехиометрии реакции (1:1:1), количество прореагировавшего водорода и образовавшегося циклогексана также составляет 0.8 моль:

$n_{прореаг}(H_2) = n_{прореаг}(C_6H_{10}) = 0.8$ моль
$n_{образ}(C_6H_{12}) = n_{прореаг}(C_6H_{10}) = 0.8$ моль

Теперь определим количество каждого вещества в конечной газовой смеси. Конечная смесь будет состоять из непрореагировавшего циклогексена, непрореагировавшего водорода и образовавшегося циклогексана.

Количество оставшегося (непрореагировавшего) циклогексена:

$n_{конечн}(C_6H_{10}) = n_{исх}(C_6H_{10}) - n_{прореаг}(C_6H_{10}) = 1 \text{ моль} - 0.8 \text{ моль} = 0.2$ моль

Количество оставшегося (непрореагировавшего) водорода:

$n_{конечн}(H_2) = n_{исх}(H_2) - n_{прореаг}(H_2) = 5 \text{ моль} - 0.8 \text{ моль} = 4.2$ моль

Количество образовавшегося циклогексана:

$n_{конечн}(C_6H_{12}) = n_{образ}(C_6H_{12}) = 0.8$ моль

Таким образом, мольное соотношение веществ в конечной смеси (циклогексен : водород : циклогексан) равно:

$n_{конечн}(C_6H_{10}) : n_{конечн}(H_2) : n_{конечн}(C_6H_{12}) = 0.2 : 4.2 : 0.8$

Для получения целочисленного соотношения разделим все значения на наименьшее (0.2):

$\frac{0.2}{0.2} : \frac{4.2}{0.2} : \frac{0.8}{0.2} = 1 : 21 : 4$

Ответ: Мольное соотношение веществ в конечной смеси (циклогексен : водород : циклогексан) равно 1 : 21 : 4.