Номер 13, страница 102 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Определите массу анилина, полученного восстановлением 246 г нитробензола, если массовая доля выхода продукта составляет 80 %.

Дано:

масса нитробензола $m(C_6H_5NO_2) = 246$ г

массовая доля выхода продукта $\eta = 80 \% = 0.8$

Найти:

массу анилина $m_{практ}(C_6H_5NH_2)$ — ?

Решение:

Сначала запишем уравнение реакции восстановления нитробензола до анилина (известная как реакция Зинина). В качестве восстановителя часто используют водород в момент выделения (например, при реакции металла с кислотой):

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

Из уравнения видно, что из 1 моль нитробензола образуется 1 моль анилина. Таким образом, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\nu(C_6H_5NO_2) = \nu(C_6H_5NH_2)$

Рассчитаем молярные массы нитробензола и анилина, используя атомные массы элементов: $Ar(C)=12$ г/моль, $Ar(H)=1$ г/моль, $Ar(N)=14$ г/моль, $Ar(O)=16$ г/моль.

Молярная масса нитробензола ($C_6H_5NO_2$):

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

Молярная масса анилина ($C_6H_5NH_2$):

$M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot 12 + (5+2) \cdot 1 + 14 = 72 + 7 + 14 = 93$ г/моль.

Теперь найдем количество вещества нитробензола, вступившего в реакцию:

$\nu(C_6H_5NO_2) = \frac{m(C_6H_5NO_2)}{M(C_6H_5NO_2)} = \frac{246 \text{ г}}{123 \text{ г/моль}} = 2$ моль.

Согласно стехиометрии реакции, теоретическое количество вещества анилина, которое должно образоваться, равно количеству вещества нитробензола:

$\nu_{теор}(C_6H_5NH_2) = \nu(C_6H_5NO_2) = 2$ моль.

Рассчитаем теоретически возможную массу анилина ($m_{теор}$), которая соответствует 100% выходу:

$m_{теор}(C_6H_5NH_2) = \nu_{теор}(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 2 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} = 186$ г.

Наконец, определим практическую массу анилина, зная, что массовая доля выхода ($\eta$) составляет 80%. Практический выход рассчитывается по формуле:

$m_{практ} = m_{теор} \cdot \eta$

Подставим наши значения:

$m_{практ}(C_6H_5NH_2) = 186 \text{ г} \cdot 0.8 = 148.8$ г.

Ответ: масса полученного анилина составляет 148.8 г.