Номер 8, страница 104 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

8. Какую массу (в килограммах) этиленгликоля можно получить из 108 $м^3$ этилена (н. у.), если известно, что массовая доля выхода продукта реакции составляет 0,78 от теоретического?

Дано:

$V(C_2H_4) = 108 \text{ м}^3$ (н. у.)

$\eta (\text{выход}) = 0,78$

Найти:

$m(C_2H_4(OH)_2)$ — ?

Решение:

1. Для получения этиленгликоля ($C_2H_4(OH)_2$) из этилена ($C_2H_4$) проводят реакцию окисления. Пример — реакция Вагнера:

$3C_2H_4 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_2H_4(OH)_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

Вне зависимости от конкретного способа получения, стехиометрическое соотношение между исходным этиленом и конечным этиленгликолем составляет 1:1. Таким образом, из одного моля этилена теоретически получается один моль этиленгликоля.

$n(C_2H_4) = n_{теор}(C_2H_4(OH)_2)$

2. Найдем количество вещества этилена. Поскольку объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), мы можем использовать молярный объем газов, который составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ или, что удобнее для данной задачи, $V_m = 22,4 \text{ м}^3/\text{кмоль}$.

$n(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{108 \text{ м}^3}{22,4 \text{ м}^3/\text{кмоль}} \approx 4,8214 \text{ кмоль}$

3. Следовательно, теоретически возможное количество вещества этиленгликоля равно количеству вещества этилена:

$n_{теор}(C_2H_4(OH)_2) \approx 4,8214 \text{ кмоль}$

4. Рассчитаем молярную массу этиленгликоля ($C_2H_6O_2$):

$M(C_2H_6O_2) = 2 \cdot A_r(C) + 6 \cdot A_r(H) + 2 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 62 \text{ г/моль}$

Для наших расчетов удобнее использовать массу в килограммах на киломоль: $M(C_2H_6O_2) = 62 \text{ кг/кмоль}$.

5. Теперь мы можем найти теоретическую массу этиленгликоля, которую можно было бы получить при 100% выходе:

$m_{теор}(C_2H_4(OH)_2) = n_{теор}(C_2H_4(OH)_2) \cdot M(C_2H_6O_2)$

$m_{теор}(C_2H_4(OH)_2) \approx 4,8214 \text{ кмоль} \cdot 62 \text{ кг/кмоль} \approx 298,93 \text{ кг}$

6. Практическая масса продукта находится с учетом массовой доли выхода ($\eta$), которая равна 0,78 (или 78%).

$m_{практ} = m_{теор} \cdot \eta$

$m_{практ}(C_2H_4(OH)_2) \approx 298,93 \text{ кг} \cdot 0,78 \approx 233,1654 \text{ кг}$

Проводя расчет без промежуточных округлений:

$m_{практ} = \frac{108}{22,4} \cdot 62 \cdot 0,78 \approx 233,16 \text{ кг}$

Округляя результат до трех значащих цифр (согласно данным задачи), получаем 233 кг.

Ответ: можно получить 233 кг этиленгликоля.