Номер 61, страница 144 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.61. Вычислите массу нитробензола, необходимого для получения 50 г анилина, если выход в реакции составляет 75% от теоретически возможного.

Дано:
$m_{практ}(C_6H_5NH_2) = 50 \text{ г}$
$\eta = 75\% = 0.75$

Найти:
$m(C_6H_5NO_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции восстановления нитробензола до анилина. В общем виде (реакция Зинина) она выглядит так:

$C_6H_5NO_2 + 6[H] \xrightarrow{Fe, HCl} C_6H_5NH_2 + 2H_2O$

Из уравнения видно, что из 1 моль нитробензола образуется 1 моль анилина. Их молярное соотношение составляет $1:1$.

2. Рассчитаем молярные массы нитробензола ($C_6H_5NO_2$) и анилина ($C_6H_5NH_2$), используя относительные атомные массы: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(N) = 14$, $Ar(O) = 16$.

$M(C_6H_5NO_2) = 6 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 1 \cdot 14 + 2 \cdot 16 = 72 + 5 + 14 + 32 = 123 \text{ г/моль}$

$M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 1 \cdot 14 = 72 + 7 + 14 = 93 \text{ г/моль}$

3. Масса анилина, полученная практически, составляет 50 г, что соответствует выходу 75%. Найдем теоретически возможную массу анилина ($m_{теор}$), которая получилась бы при 100% выходе реакции.

Выход реакции ($\eta$) определяется формулой:

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}}$

Отсюда теоретическая масса анилина:

$m_{теор}(C_6H_5NH_2) = \frac{m_{практ}(C_6H_5NH_2)}{\eta} = \frac{50 \text{ г}}{0.75} = \frac{200}{3} \text{ г} \approx 66.67 \text{ г}$

4. Вычислим количество вещества (в молях) теоретически возможного анилина:

$\nu_{теор}(C_6H_5NH_2) = \frac{m_{теор}(C_6H_5NH_2)}{M(C_6H_5NH_2)} = \frac{200/3 \text{ г}}{93 \text{ г/моль}} = \frac{200}{3 \cdot 93} = \frac{200}{279} \text{ моль}$

5. Согласно уравнению реакции, для получения 1 моль анилина требуется 1 моль нитробензола. Следовательно, количество вещества нитробензола, необходимого для реакции, равно теоретическому количеству вещества анилина.

$\nu(C_6H_5NO_2) = \nu_{теор}(C_6H_5NH_2) = \frac{200}{279} \text{ моль}$

6. Теперь найдем массу нитробензола, которая необходима для проведения реакции:

$m(C_6H_5NO_2) = \nu(C_6H_5NO_2) \cdot M(C_6H_5NO_2) = \frac{200}{279} \text{ моль} \cdot 123 \text{ г/моль} = \frac{200 \cdot 123}{279} = \frac{24600}{279} \approx 88.17 \text{ г}$

Ответ: для получения 50 г анилина потребуется приблизительно 88.17 г нитробензола.