Номер 119, страница 42 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.119. Через избыток нейтрального водного раствора перманганата калия пропустили 5,0 л (н. у.) смеси этана и этилена с объёмной долей алкана 34%. Рассчитайте массу образовавшегося осадка.

Дано:

$V(смеси) = 5,0 \, л$

$\phi(C_2H_6) = 34\% = 0,34$

н. у. (нормальные условия)

Раствор $KMnO_4$ в избытке

$m(осадка) - ?$

Из двух компонентов газовой смеси, этана ($C_2H_6$) и этилена ($C_2H_4$), с нейтральным водным раствором перманганата калия ($KMnO_4$) реагирует только этилен, так как он является непредельным углеводородом (алкеном). Этан, будучи алканом, в данных условиях в реакцию не вступает.

Реакция окисления этилена (реакция Вагнера) протекает по следующему уравнению:

$3C_2H_4 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_2H_4(OH)_2 + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$

В результате реакции в осадок выпадает диоксид марганца ($MnO_2$) бурого цвета.

1. Рассчитаем объёмную долю и объём этилена в смеси.

Объёмная доля этилена:

$\phi(C_2H_4) = 100\% - \phi(C_2H_6) = 100\% - 34\% = 66\% = 0,66$

Объём этилена, вступившего в реакцию:

$V(C_2H_4) = V(смеси) \times \phi(C_2H_4) = 5,0 \, л \times 0,66 = 3,3 \, л$

2. Найдём количество вещества (число моль) этилена. При нормальных условиях молярный объём газа $V_m = 22,4 \, л/моль$.

$n(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{3,3 \, л}{22,4 \, л/моль} \approx 0,1473 \, моль$

3. По уравнению реакции определим количество вещества образовавшегося осадка ($MnO_2$).

Из уравнения реакции следует, что из 3 моль $C_2H_4$ образуется 2 моль $MnO_2$. Составим пропорцию:

$\frac{n(C_2H_4)}{3} = \frac{n(MnO_2)}{2}$

Отсюда количество вещества диоксида марганца:

$n(MnO_2) = \frac{2}{3} \times n(C_2H_4) = \frac{2}{3} \times 0,1473 \, моль \approx 0,0982 \, моль$

4. Рассчитаем массу осадка ($MnO_2$).

Молярная масса диоксида марганца:

$M(MnO_2) = M(Mn) + 2 \times M(O) = 55 + 2 \times 16 = 87 \, г/моль$

Масса осадка:

$m(MnO_2) = n(MnO_2) \times M(MnO_2) = 0,0982 \, моль \times 87 \, г/моль \approx 8,5454 \, г$

Округляя результат до двух значащих цифр (в соответствии с данными в условии, например, 5,0 л), получаем:

$m(осадка) \approx 8,5 \, г$

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 8,5 г.