Номер 8, страница 54 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

8. Какой объём этилена (н. у.) потребуется для получения 126 кг оксида этилена, если массовая доля производственных потерь этилена составляет 0,1?

Дано:

Найти:

Решение:

1. Составим уравнение реакции каталитического окисления этилена кислородом с образованием оксида этилена:

$2\text{C}_2\text{H}_4 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{Ag, t}} 2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов, используя относительные атомные массы: $Ar(\text{C}) = 12$, $Ar(\text{H}) = 1$, $Ar(\text{O}) = 16$.

Молярная масса этилена ($C_2H_4$):

$M(\text{C}_2\text{H}_4) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28 \text{ г/моль} = 28 \text{ кг/кмоль}$

Молярная масса оксида этилена ($C_2H_4O$):

$M(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 44 \text{ г/моль} = 44 \text{ кг/кмоль}$

3. Вычислим количество вещества (в киломолях) оксида этилена, полученного в результате реакции:

$n(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = \frac{m(\text{C}_2\text{H}_4\text{O})}{M(\text{C}_2\text{H}_4\text{O})} = \frac{126 \text{ кг}}{44 \text{ кг/кмоль}} \approx 2,8636 \text{ кмоль}$

4. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 2 моль этилена образуется 2 моль оксида этилена. Следовательно, количество вещества прореагировавшего этилена равно количеству вещества полученного оксида этилена:

$n_{\text{реаг}}(\text{C}_2\text{H}_4) = n(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = \frac{126}{44} \text{ кмоль}$

Это количество этилена, которое непосредственно вступило в реакцию.

5. Массовая доля производственных потерь этилена составляет 0,1 (10%). Это значит, что доля этилена, вступившего в реакцию, от общего количества составляет $1 - 0,1 = 0,9$ (90%). Так как для газа при одинаковых условиях масса пропорциональна количеству вещества, можно найти общее количество этилена, которое было взято для реакции с учетом потерь:

$n_{\text{общ}}(\text{C}_2\text{H}_4) = \frac{n_{\text{реаг}}(\text{C}_2\text{H}_4)}{1 - \omega_{\text{потерь}}} = \frac{126/44 \text{ кмоль}}{0,9} = \frac{126}{44 \cdot 0,9} = \frac{126}{39,6} \text{ кмоль} \approx 3,1818 \text{ кмоль}$

6. Найдем требуемый объем этилена при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($V_m$) равен $22,4 \text{ л/моль}$ или $22,4 \text{ м³/кмоль}$.

$V_{\text{общ}}(\text{C}_2\text{H}_4) = n_{\text{общ}}(\text{C}_2\text{H}_4) \cdot V_m = \frac{126}{39,6} \text{ кмоль} \cdot 22,4 \frac{\text{м³}}{\text{кмоль}} \approx 71,27 \text{ м³}$

Ответ: для получения 126 кг оксида этилена потребуется объем этилена 71,27 м³.