Номер 1, страница 81 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 1*. При взаимодействии $8,86 \text{ мл}$ бензола ($\text{пл. } 0,88 \text{ г/мл}$) с $24 \text{ г}$ брома был получен бромбензол массой $14,13 \text{ г}$. Определите выход бромбензола.

Ответ: $90\%$.

1*. Дано:

Объем бензола $V(C_6H_6) = 8,86 \text{ мл}$

Плотность бензола $\rho(C_6H_6) = 0,88 \text{ г/мл}$

Масса брома $m(Br_2) = 24 \text{ г}$

Практическая масса бромбензола $m_{практ.}(C_6H_5Br) = 14,13 \text{ г}$ $V(C_6H_6) = 8,86 \text{ мл} = 8,86 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$ $\rho(C_6H_6) = 0,88 \text{ г/мл} = 880 \text{ кг/м}^3$ $m(Br_2) = 24 \text{ г} = 0,024 \text{ кг}$ $m_{практ.}(C_6H_5Br) = 14,13 \text{ г} = 0,01413 \text{ кг}$

Найти:

Выход бромбензола $\eta(C_6H_5Br) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции бромирования бензола. Реакция протекает в присутствии катализатора, например, бромида железа(III) ($FeBr_3$). $C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$

2. Рассчитаем массу бензола, вступившего в реакцию, используя его объем и плотность по формуле $m = \rho\cdot V$: $m(C_6H_6) = 0,88 \text{ г/мл} \cdot 8,86 \text{ мл} = 7,7968 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы реагентов (бензола, брома) и продукта (бромбензола), используя относительные атомные массы из периодической таблицы: $Ar(C)=12 \text{ а.е.м.}, Ar(H)=1 \text{ а.е.м.}, Ar(Br)=80 \text{ а.е.м.}$. $M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \text{ г/моль}$ $M(Br_2) = 2 \cdot 80 = 160 \text{ г/моль}$ $M(C_6H_5Br) = 6 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 80 = 157 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) для каждого из исходных реагентов по формуле $n = m/M$: $n(C_6H_6) = \frac{7,7968 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 0,09996 \text{ моль} \approx 0,1 \text{ моль}$ $n(Br_2) = \frac{24 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,15 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (является лимитирующим), чтобы рассчитать теоретический выход продукта. Согласно уравнению реакции, бензол и бром реагируют в мольном соотношении 1:1.

Сравниваем количество вещества реагентов: $n(C_6H_6) \approx 0,1 \text{ моль}$, а $n(Br_2) = 0,15 \text{ моль}$.

Так как $n(C_6H_6) < n(Br_2)$, бензол находится в недостатке и является лимитирующим реагентом. Это означает, что он прореагирует полностью, и расчет продукта нужно вести по нему.

6. Рассчитаем теоретическую массу бромбензола ($m_{теор.}$), которая могла бы образоваться при 100% выходе. Из уравнения реакции следует, что из 1 моль бензола образуется 1 моль бромбензола, следовательно: $n_{теор.}(C_6H_5Br) = n(C_6H_6) \approx 0,1 \text{ моль}$

Теперь найдем теоретически возможную массу бромбензола: $m_{теор.}(C_6H_5Br) = n_{теор.}(C_6H_5Br) \cdot M(C_6H_5Br) \approx 0,1 \text{ моль} \cdot 157 \text{ г/моль} = 15,7 \text{ г}$

Для большей точности можно использовать неокругленное значение количества вещества бензола: $m_{теор.}(C_6H_5Br) = 0,09996 \text{ моль} \cdot 157 \text{ г/моль} \approx 15,694 \text{ г}$

7. Определим практический выход продукта ($\eta$) как отношение практически полученной массы к теоретически возможной массе, выраженное в процентах: $\eta = \frac{m_{практ.}(C_6H_5Br)}{m_{теор.}(C_6H_5Br)} \cdot 100\%$ $\eta = \frac{14,13 \text{ г}}{15,7 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,9 \cdot 100\% = 90\%$

Ответ: Выход бромбензола составляет 90%.