Номер 3, страница 81 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 3. Какую массу нитробензола можно получить из 30 г раствора азотной кислоты с массовой долей 90% и бензола, который был получен из 13,44 л ацетилена (н. у.)?

Ответ: 24,6 г.

Дано:

$m(\text{р-ра } HNO_3) = 30 \text{ г}$

$\omega(HNO_3) = 90\% = 0.9$

$V(C_2H_2) = 13.44 \text{ л (н.у.)}$

Найти:

$m(C_6H_5NO_2) - ?$

Решение:

Процесс получения нитробензола в данном случае состоит из двух последовательных реакций. Сначала из ацетилена получают бензол, а затем бензол нитруют азотной кислотой.

1. Реакция получения бензола из ацетилена (тримеризация):

$3C_2H_2 \xrightarrow{t, C_{акт.}} C_6H_6$

Найдем количество вещества ацетилена, используя молярный объем газов при нормальных условиях ($V_m = 22.4$ л/моль):

$n(C_2H_2) = \frac{V(C_2H_2)}{V_m} = \frac{13.44 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.6 \text{ моль}$

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

$n(C_6H_6) = \frac{1}{3} n(C_2H_2) = \frac{1}{3} \times 0.6 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$

2. Реакция нитрования бензола азотной кислотой с образованием нитробензола:

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Рассчитаем массу чистой азотной кислоты в исходном растворе:

$m(HNO_3) = m(\text{р-ра } HNO_3) \times \omega(HNO_3) = 30 \text{ г} \times 0.9 = 27 \text{ г}$

Найдем количество вещества азотной кислоты. Молярная масса $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \times 16 = 63$ г/моль.

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{27 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} \approx 0.4286 \text{ моль}$

Для определения лимитирующего реагента сравним количество вещества бензола и азотной кислоты. По уравнению реакции они реагируют в соотношении 1:1. У нас есть 0.2 моль бензола и ≈0.4286 моль азотной кислоты.

Поскольку $n(C_6H_6) < n(HNO_3)$, бензол находится в недостатке и полностью прореагирует. Расчет массы продукта ведется по лимитирующему реагенту (бензолу).

Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося нитробензола равно количеству вещества прореагировавшего бензола:

$n(C_6H_5NO_2) = n(C_6H_6) = 0.2 \text{ моль}$

Найдем массу полученного нитробензола. Молярная масса $M(C_6H_5NO_2) = 6 \times 12 + 5 \times 1 + 14 + 2 \times 16 = 123$ г/моль.

$m(C_6H_5NO_2) = n(C_6H_5NO_2) \times M(C_6H_5NO_2) = 0.2 \text{ моль} \times 123 \text{ г/моль} = 24.6 \text{ г}$

Ответ: 24,6 г.