Номер 6, страница 138 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

6. Какую массу (в г) этилацетата можно получить из 120 г уксусной кислоты и 138 г этанола, если выход сложного эфира равен 90 %?

Дано:

$m(CH_3COOH) = 120 \text{ г}$

$m(C_2H_5OH) = 138 \text{ г}$

$\eta (\text{выход}) = 90 \% = 0.9$

Найти:

$m(CH_3COOC_2H_5) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции этерификации (получения сложного эфира) уксусной кислоты этанолом. В результате реакции образуется этилацетат и вода:

$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов и продукта (этилацетата), используя относительные атомные массы элементов: C(12), H(1), O(16).

Молярная масса уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

Молярная масса этанола ($C_2H_5OH$):

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

Молярная масса этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$):

$M(CH_3COOC_2H_5) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 88 \text{ г/моль}$

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

Количество вещества уксусной кислоты:

$n(CH_3COOH) = \frac{120 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

Количество вещества этанола:

$n(C_2H_5OH) = \frac{138 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} = 3 \text{ моль}$

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, уксусная кислота и этанол реагируют в мольном соотношении 1:1. Поскольку количество молей уксусной кислоты (2 моль) меньше количества молей этанола (3 моль), уксусная кислота является лимитирующим реагентом. Это означает, что она прореагирует полностью, а этанол останется в избытке. Дальнейшие расчеты ведем по недостатку, то есть по уксусной кислоте.

5. Рассчитаем теоретическое количество вещества этилацетата ($n_{теор}$), которое может образоваться. По уравнению реакции, из 1 моль уксусной кислоты образуется 1 моль этилацетата. Следовательно, из 2 моль уксусной кислоты теоретически может образоваться 2 моль этилацетата.

$n_{теор}(CH_3COOC_2H_5) = n(CH_3COOH) = 2 \text{ моль}$

6. Рассчитаем теоретическую массу этилацетата ($m_{теор}$), которую можно было бы получить при 100% выходе:

$m_{теор} = n_{теор} \cdot M$

$m_{теор}(CH_3COOC_2H_5) = 2 \text{ моль} \cdot 88 \text{ г/моль} = 176 \text{ г}$

7. Рассчитаем практическую массу этилацетата ($m_{практ}$) с учетом заданного выхода реакции (90%). Выход продукта определяется как отношение практической массы к теоретической:

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}}$

Отсюда находим практическую массу:

$m_{практ} = m_{теор} \cdot \eta$

$m_{практ}(CH_3COOC_2H_5) = 176 \text{ г} \cdot 0.9 = 158.4 \text{ г}$

Ответ: можно получить 158,4 г этилацетата.