Номер 12, страница 45 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

Задания с развёрнутым ответом

12. При нитровании 39 г бензола получили 50 г нитробензола. Определите массовую долю выхода продукта (в %) от теоретически возможного.

Дано:

$m(C_6H_6) = 39 \text{ г}$

$m_{практ}(C_6H_5NO_2) = 50 \text{ г}$

Найти:

$\eta$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции нитрования бензола. Реакция заключается в замещении одного атома водорода в молекуле бензола на нитрогруппу ($NO_2$) при действии нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот).

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы бензола ($C_6H_6$) и нитробензола ($C_6H_5NO_2$), используя округленные значения атомных масс: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(N)=14$, $Ar(O)=16$.

Молярная масса бензола:

$M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \text{ г/моль}$

Молярная масса нитробензола:

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

3. Найдем количество вещества (число моль) бензола, вступившего в реакцию.

$n(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{39 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции видно, что из 1 моль бензола образуется 1 моль нитробензола. Следовательно, стехиометрическое соотношение $n(C_6H_6) : n(C_6H_5NO_2)$ равно 1:1. Теоретически возможное количество вещества нитробензола равно:

$n_{теор}(C_6H_5NO_2) = n(C_6H_6) = 0.5 \text{ моль}$

5. Рассчитаем теоретически возможную массу нитробензола ($m_{теор}$), которую можно было бы получить из 39 г бензола при 100% выходе.

$m_{теор}(C_6H_5NO_2) = n_{теор}(C_6H_5NO_2) \cdot M(C_6H_5NO_2) = 0.5 \text{ моль} \cdot 123 \text{ г/моль} = 61.5 \text{ г}$

6. Массовая доля выхода продукта ($\eta$) — это отношение массы продукта, полученной практически ($m_{практ}$), к теоретически возможной массе ($m_{теор}$), выраженное в процентах.

$\eta = \frac{m_{практ}(C_6H_5NO_2)}{m_{теор}(C_6H_5NO_2)} \cdot 100\%$

Подставляем известные значения:

$\eta = \frac{50 \text{ г}}{61.5 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0.8130 \cdot 100\% \approx 81.3\%$

Ответ: массовая доля выхода продукта составляет 81,3%.