Номер 2, страница 25, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. При окислении 10 мл метилового спирта ($\rho=0,8 \text{ г/мл}$) получили 120 г 3%-ного раствора формальдегида. Какова массовая доля выхода продукта реакции (в %)?

Ответ: 48%.

Дано:

$V(CH_3OH) = 10 \text{ мл}$

$\rho(CH_3OH) = 0.8 \text{ г/мл}$

$m_{р-ра}(HCHO) = 120 \text{ г}$

$\omega(HCHO) = 3\%$

Перевод в СИ:

$V(CH_3OH) = 10 \text{ мл} = 1 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

$\rho(CH_3OH) = 0.8 \text{ г/мл} = 800 \text{ кг/м}^3$

$m_{р-ра}(HCHO) = 120 \text{ г} = 0.12 \text{ кг}$

Найти:

$\eta - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции каталитического окисления метилового спирта (метанола) кислородом воздуха с образованием формальдегида (метаналя):

$2CH_3OH + O_2 \xrightarrow{t, kat} 2HCHo + 2H_2O$

Из уравнения реакции следует, что стехиометрическое соотношение между метанолом и формальдегидом составляет $1:1$ (или $2:2$).

2. Рассчитаем практическую массу формальдегида, полученную в ходе реакции. Это масса чистого вещества в 120 граммах 3%-ного раствора.

$m_{практ.}(HCHO) = m_{р-ра}(HCHO) \cdot \omega(HCHO)$

$m_{практ.}(HCHO) = 120 \text{ г} \cdot 0.03 = 3.6 \text{ г}$

3. Рассчитаем теоретически возможную массу формальдегида, которую можно было получить из всего взятого метилового спирта.

Сначала найдем массу исходного метилового спирта, используя его объем и плотность:

$m(CH_3OH) = V(CH_3OH) \cdot \rho(CH_3OH)$

$m(CH_3OH) = 10 \text{ мл} \cdot 0.8 \text{ г/мл} = 8 \text{ г}$

Теперь найдем количество вещества (в молях) метилового спирта. Для этого вычислим его молярную массу:

$M(CH_3OH) = 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 32 \text{ г/моль}$

Количество вещества метанола:

$n(CH_3OH) = \frac{m(CH_3OH)}{M(CH_3OH)} = \frac{8 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.25 \text{ моль}$

Поскольку соотношение реагента и продукта $1:1$, теоретическое количество вещества формальдегида равно количеству вещества метанола:

$n_{теор.}(HCHO) = n(CH_3OH) = 0.25 \text{ моль}$

Теперь найдем теоретическую массу формальдегида. Молярная масса формальдегида:

$M(HCHO) = 12 + 2 \cdot 1 + 16 = 30 \text{ г/моль}$

$m_{теор.}(HCHO) = n_{теор.}(HCHO) \cdot M(HCHO)$

$m_{теор.}(HCHO) = 0.25 \text{ моль} \cdot 30 \text{ г/моль} = 7.5 \text{ г}$

4. Вычислим массовую долю выхода продукта реакции ($\eta$). Это отношение практической массы продукта к теоретически возможной массе, выраженное в процентах.

$\eta = \frac{m_{практ.}(HCHO)}{m_{теор.}(HCHO)} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{3.6 \text{ г}}{7.5 \text{ г}} \cdot 100\% = 0.48 \cdot 100\% = 48\%$

Ответ: массовая доля выхода продукта реакции составляет 48%.