Номер 182, страница 51 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.182. Бутадиен-1,3 массой 60 г ввели в реакцию гидрогалогенирования. При этом с выходом 90% была получена смесь галогеналкенов. Массовая доля углерода в этой смеси составила 35,56%. Рассчитайте массу смеси образовавшихся галогеналкенов.

Дано:

$m(\text{бутадиен-1,3}) = 60 \text{ г}$

$\eta = 90\% = 0.9$

$\omega(\text{C в смеси}) = 35.56\% = 0.3556$

Найти:

$m(\text{смеси галогеналкенов}) - ?$

Решение:

Реакция гидрогалогенирования бутадиена-1,3 ($C_4H_6$) с галогеноводородом ($HX$) может идти по двум направлениям (1,2- и 1,4-присоединение), образуя смесь изомерных галогеналкенов:

$CH_2=CH-CH=CH_2 + HX \rightarrow CH_3-CHX-CH=CH_2 \text{ и } CH_3-CH=CH-CH_2X$

Оба продукта имеют одинаковую общую формулу $C_4H_7X$, поэтому и массовая доля углерода в них (и в их смеси) одинакова.

1. Определим неизвестный галоген $X$ по массовой доле углерода в продуктах реакции.

Молярная масса продукта $C_4H_7X$ равна:

$M(C_4H_7X) = 4 \cdot A_r(C) + 7 \cdot A_r(H) + A_r(X)$

Используя относительные атомные массы $A_r(C) = 12$, $A_r(H) = 1$, получаем:

$M(C_4H_7X) = 4 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + A_r(X) = 55 + A_r(X) \text{ г/моль}$

Массовая доля углерода $\omega(C)$ вычисляется по формуле:

$\omega(C) = \frac{4 \cdot A_r(C)}{M(C_4H_7X)} = \frac{4 \cdot 12}{55 + A_r(X)} = \frac{48}{55 + A_r(X)}$

Подставим известное значение $\omega(C) = 0.3556$ и найдем $A_r(X)$:

$0.3556 = \frac{48}{55 + A_r(X)}$

$55 + A_r(X) = \frac{48}{0.3556} \approx 135$

$A_r(X) = 135 - 55 = 80$

Относительная атомная масса 80 соответствует брому ($Br$). Следовательно, в реакции использовался бромоводород ($HBr$), а продуктами являются бромбутены ($C_4H_7Br$).

2. Рассчитаем количество вещества бутадиена-1,3, вступившего в реакцию, и массу полученной смеси продуктов.

Суммарное уравнение реакции:

$C_4H_6 + HBr \rightarrow C_4H_7Br$

Молярная масса бутадиена-1,3 ($C_4H_6$):

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

Масса бутадиена, вступившего в реакцию с учетом 90%-го выхода:

$m_{\text{реаг.}}(C_4H_6) = m_{\text{исх.}}(C_4H_6) \cdot \eta = 60 \text{ г} \cdot 0.9 = 54 \text{ г}$

Количество вещества прореагировавшего бутадиена:

$n(C_4H_6) = \frac{m_{\text{реаг.}}(C_4H_6)}{M(C_4H_6)} = \frac{54 \text{ г}}{54 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

По уравнению реакции, из 1 моль $C_4H_6$ образуется 1 моль продуктов $C_4H_7Br$. Значит, количество вещества смеси галогеналкенов составляет:

$n(\text{смеси}) = n(C_4H_6) = 1 \text{ моль}$

Молярная масса бромбутенов ($C_4H_7Br$):

$M(C_4H_7Br) = 4 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 80 = 135 \text{ г/моль}$

Масса образовавшейся смеси галогеналкенов:

$m(\text{смеси}) = n(\text{смеси}) \cdot M(C_4H_7Br) = 1 \text{ моль} \cdot 135 \text{ г/моль} = 135 \text{ г}$

Ответ: масса смеси образовавшихся галогеналкенов составляет 135 г.