Номер 6, страница 44 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Дано:

$m(C_6H_6) = 117$ г

$m(Br_2) = 316$ г

Найти:

$m(C_6H_5Br)$ - ?

Вещество в избытке - ?

$m_{изб.}$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции электрофильного замещения (бромирования) бензола. Реакция протекает в присутствии катализатора, например, бромида железа(III):

$C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$

Из уравнения видно, что стехиометрическое соотношение бензола и брома составляет 1:1.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, используя периодическую таблицу химических элементов (атомные массы округляем до целых: C - 12, H - 1, Br - 80):

Молярная масса бензола ($C_6H_6$):

$M(C_6H_6) = 6 \times 12 + 6 \times 1 = 78$ г/моль

Молярная масса брома ($Br_2$):

$M(Br_2) = 2 \times 80 = 160$ г/моль

Молярная масса бромбензола ($C_6H_5Br$):

$M(C_6H_5Br) = 6 \times 12 + 5 \times 1 + 80 = 72 + 5 + 80 = 157$ г/моль

3. Найдем количество вещества (в молях) для каждого из исходных реагентов по формуле $n = \frac{m}{M}$:

Количество вещества бензола:

$n(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{117 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} = 1.5$ моль

Количество вещества брома:

$n(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{316 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 1.975$ моль

4. Определим, какое из веществ находится в недостатке (лимитирующий реагент), а какое в избытке. Так как по уравнению реакции вещества реагируют в соотношении 1:1, то для реакции с 1.5 моль бензола требуется 1.5 моль брома. В наличии имеется 1.975 моль брома, что больше, чем требуется.

$n_{требуемый}(Br_2) = n(C_6H_6) = 1.5$ моль

$n_{имеющийся}(Br_2) = 1.975$ моль

Поскольку $1.975 > 1.5$, бром ($Br_2$) находится в избытке, а бензол ($C_6H_6$) — в недостатке. Бензол прореагирует полностью, поэтому все дальнейшие расчеты ведем по нему.

5. Рассчитаем массу бромбензола, который может быть получен. Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося бромбензола равно количеству вещества прореагировавшего бензола:

$n(C_6H_5Br) = n(C_6H_6) = 1.5$ моль

Теперь найдем массу бромбензола по формуле $m = n \times M$:

$m(C_6H_5Br) = n(C_6H_5Br) \times M(C_6H_5Br) = 1.5 \text{ моль} \times 157 \text{ г/моль} = 235.5$ г

6. Определим, какое вещество и в какой массе осталось в избытке. Мы уже установили, что бром находится в избытке. Найдем количество вещества избыточного брома:

$n_{изб.}(Br_2) = n_{имеющийся}(Br_2) - n_{прореагировавший}(Br_2) = 1.975 \text{ моль} - 1.5 \text{ моль} = 0.475$ моль

Теперь найдем массу избытка брома:

$m_{изб.}(Br_2) = n_{изб.}(Br_2) \times M(Br_2) = 0.475 \text{ моль} \times 160 \text{ г/моль} = 76$ г

Ответ: можно получить 235.5 г бромбензола. Не полностью прореагирует бром, масса его избытка составляет 76 г.