Номер 40, страница 88 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.40. При синтезе фенола кумольным методом из 1 т кумола было получено 550 кг фенола. Рассчитайте выход реакции и массу образовавшегося ацетона.

Дано:

Масса кумола: $m(\text{кумола}) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}$
Практическая масса фенола: $m_{практ.}(\text{фенола}) = 550 \text{ кг}$

Найти:

Выход реакции: $\eta$ - ?
Масса ацетона: $m(\text{ацетона})$ - ?

Решение:

Суммарное уравнение реакции получения фенола и ацетона из кумола (изопропилбензола):

$C_9H_{12} + O_2 \rightarrow C_6H_5OH + C_3H_6O$

Из уравнения следует, что из 1 моль кумола ($C_9H_{12}$) теоретически образуется 1 моль фенола ($C_6H_5OH$) и 1 моль ацетона ($C_3H_6O$). Стехиометрическое соотношение реагентов 1:1:1.

Рассчитаем молярные массы веществ, используя относительные атомные массы: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$.
$M(C_9H_{12}) = 9 \cdot 12 + 12 \cdot 1 = 120$ г/моль = $120$ кг/кмоль
$M(C_6H_5OH) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 94$ г/моль = $94$ кг/кмоль
$M(C_3H_6O) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 58$ г/моль = $58$ кг/кмоль

Выход реакции

1. Найдем количество вещества (в киломолях) исходного кумола:

$\nu(\text{кумола}) = \frac{m(\text{кумола})}{M(\text{кумола})} = \frac{1000 \text{ кг}}{120 \text{ кг/кмоль}} = \frac{25}{3} \text{ кмоль} \approx 8.333 \text{ кмоль}$

2. По уравнению реакции, теоретическое количество вещества фенола равно количеству вещества кумола:

$\nu_{теор.}(\text{фенола}) = \nu(\text{кумола}) = \frac{25}{3} \text{ кмоль}$

3. Рассчитаем теоретическую массу фенола ($m_{теор.}$), которая могла бы получиться из 1000 кг кумола:

$m_{теор.}(\text{фенола}) = \nu_{теор.}(\text{фенола}) \cdot M(\text{фенола}) = \frac{25}{3} \text{ кмоль} \cdot 94 \text{ кг/кмоль} = \frac{2350}{3} \text{ кг} \approx 783.3 \text{ кг}$

4. Выход реакции ($\eta$) — это отношение массы практически полученного продукта к теоретически возможной массе:

$\eta = \frac{m_{практ.}(\text{фенола})}{m_{теор.}(\text{фенола})} \cdot 100\% = \frac{550 \text{ кг}}{2350/3 \text{ кг}} \cdot 100\% = \frac{550 \cdot 3}{2350} \cdot 100\% = \frac{1650}{2350} \cdot 100\% \approx 0.7021 \cdot 100\% \approx 70.2\%$

Ответ: Выход реакции составляет $70.2\%$.

Масса образовавшегося ацетона

Массу образовавшегося ацетона можно рассчитать, зная, что его молярное соотношение с фенолом по уравнению реакции равно 1:1. Это означает, что практическое количество вещества образовавшегося ацетона равно практическому количеству вещества полученного фенола.

1. Найдем практическое количество вещества (в киломолях) полученного фенола:

$\nu_{практ.}(\text{фенола}) = \frac{m_{практ.}(\text{фенола})}{M(\text{фенола})} = \frac{550 \text{ кг}}{94 \text{ кг/кмоль}} = \frac{275}{47} \text{ кмоль} \approx 5.851 \text{ кмоль}$

2. Практическое количество вещества ацетона равно практическому количеству вещества фенола:

$\nu_{практ.}(\text{ацетона}) = \nu_{практ.}(\text{фенола}) = \frac{275}{47} \text{ кмоль}$

3. Рассчитаем практическую массу образовавшегося ацетона:

$m(\text{ацетона}) = \nu_{практ.}(\text{ацетона}) \cdot M(\text{ацетона}) = \frac{275}{47} \text{ кмоль} \cdot 58 \text{ кг/кмоль} = \frac{15950}{47} \text{ кг} \approx 339.4 \text{ кг}$

Ответ: Масса образовавшегося ацетона составляет $339.4$ кг.