Номер 123, страница 42 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.123. Какую массу бутадиена-1,3 можно получить из 2 кг 96%-го этанола, если выход в реакции Лебедева составляет 73%?

Дано:

$m_{р-ра(C_2H_5OH)} = 2 \text{ кг}$
$\omega_{(C_2H_5OH)} = 96\%$
$\eta = 73\%$

$m_{р-ра(C_2H_5OH)} = 2 \text{ кг} = 2000 \text{ г}$
$\omega_{(C_2H_5OH)} = 0.96$
$\eta = 0.73$

Найти:

$m_{(C_4H_6)} - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения бутадиена-1,3 из этанола по методу Лебедева:

$2C_2H_5OH \xrightarrow{t, \text{кат.}} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2O + H_2$

2. Определим массу чистого этанола ($C_2H_5OH$), содержащегося в 2 кг 96%-го раствора:

$m_{(C_2H_5OH)} = m_{р-ра(C_2H_5OH)} \cdot \omega_{(C_2H_5OH)} = 2000 \text{ г} \cdot 0.96 = 1920 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы этанола и бутадиена-1,3 ($C_4H_6$), используя целочисленные относительные атомные массы ($C=12$, $H=1$, $O=16$):

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

$M(C_4H_6) = 4 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 54 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) чистого этанола:

$\nu_{(C_2H_5OH)} = \frac{m_{(C_2H_5OH)}}{M_{(C_2H_5OH)}} = \frac{1920 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 41.739 \text{ моль}$

5. Согласно стехиометрии уравнения реакции, из 2 моль этанола образуется 1 моль бутадиена-1,3. Рассчитаем теоретически возможное количество вещества бутадиена-1,3:

$\nu_{\text{теор.}(C_4H_6)} = \frac{1}{2} \cdot \nu_{(C_2H_5OH)} = \frac{1}{2} \cdot 41.739 \text{ моль} \approx 20.870 \text{ моль}$

6. Теперь вычислим теоретическую массу бутадиена-1,3, которая могла бы получиться при 100% выходе:

$m_{\text{теор.}(C_4H_6)} = \nu_{\text{теор.}(C_4H_6)} \cdot M_{(C_4H_6)} = 20.870 \text{ моль} \cdot 54 \text{ г/моль} \approx 1126.96 \text{ г}$

7. Наконец, определим практическую массу бутадиена-1,3, учитывая, что выход реакции составляет 73%:

$m_{\text{практ.}(C_4H_6)} = m_{\text{теор.}(C_4H_6)} \cdot \eta = 1126.96 \text{ г} \cdot 0.73 \approx 822.68 \text{ г}$

Ответ: масса бутадиена-1,3, которую можно получить, составляет примерно $822.7$ г.