Номер 2, страница 77 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 2. В каком случае больше получится бензола: из 100 г гексана или из 100 г ацетилена? Ответ подтвердите расчетами.

Дано:

$m(C_6H_{14}) = 100 \text{ г}$

$m(C_2H_2) = 100 \text{ г}$

Найти:

В каком случае масса полученного бензола $m(C_6H_6)$ будет больше.

Решение:

Для решения задачи необходимо сравнить массы бензола, которые можно теоретически получить из 100 г гексана и 100 г ацетилена. Для этого запишем уравнения соответствующих реакций и проведем расчеты, предполагая 100% выход продуктов.

1. Получение бензола из 100 г гексана

Бензол получают из гексана реакцией ароматизации (дегидроциклизации):

$C_6H_{14} \xrightarrow{t, p, kat} C_6H_6 + 4H_2$

Рассчитаем молярные массы гексана ($C_6H_{14}$) и бензола ($C_6H_6$), используя относительные атомные массы: $Ar(C) \approx 12$, $Ar(H) \approx 1$.

$M(C_6H_{14}) = 6 \cdot 12 + 14 \cdot 1 = 86 \text{ г/моль}$

$M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества гексана в 100 г:

$n(C_6H_{14}) = \frac{m(C_6H_{14})}{M(C_6H_{14})} = \frac{100 \text{ г}}{86 \text{ г/моль}} \approx 1.163 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль гексана образуется 1 моль бензола, следовательно, их количества вещества равны:

$n_1(C_6H_6) = n(C_6H_{14}) \approx 1.163 \text{ моль}$

Теперь найдем массу бензола, полученного из гексана:

$m_1(C_6H_6) = n_1(C_6H_6) \cdot M(C_6H_6) \approx 1.163 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} \approx 90.7 \text{ г}$

2. Получение бензола из 100 г ацетилена

Бензол получают из ацетилена реакцией тримеризации (реакция Зелинского):

$3C_2H_2 \xrightarrow{C_{акт.}, 600^\circ C} C_6H_6$

Рассчитаем молярную массу ацетилена ($C_2H_2$):

$M(C_2H_2) = 2 \cdot 12 + 2 \cdot 1 = 26 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества ацетилена в 100 г:

$n(C_2H_2) = \frac{m(C_2H_2)}{M(C_2H_2)} = \frac{100 \text{ г}}{26 \text{ г/моль}} \approx 3.846 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 3 моль ацетилена образуется 1 моль бензола. Найдем количество вещества полученного бензола:

$n_2(C_6H_6) = \frac{n(C_2H_2)}{3} \approx \frac{3.846 \text{ моль}}{3} \approx 1.282 \text{ моль}$

Теперь найдем массу бензола, полученного из ацетилена:

$m_2(C_6H_6) = n_2(C_6H_6) \cdot M(C_6H_6) \approx 1.282 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} \approx 100 \text{ г}$

Примечание: Поскольку у ацетилена ($C_2H_2$) и бензола ($C_6H_6$) одинаковая простейшая формула (CH), то по закону сохранения массы при полимеризации ацетилена в бензол масса продукта равна массе исходного вещества. То есть, из 100 г ацетилена образуется 100 г бензола.

Сравнение результатов:

Масса бензола из 100 г гексана: $m_1(C_6H_6) \approx 90.7 \text{ г}$

Масса бензола из 100 г ацетилена: $m_2(C_6H_6) = 100 \text{ г}$

Сравнивая полученные массы, видим, что $100 \text{ г} > 90.7 \text{ г}$.

Ответ: больше бензола получится из 100 г ацетилена (100 г) по сравнению с 100 г гексана (приблизительно 90,7 г).