Номер 4, страница 84 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 4. Какая масса технического 80%-го карбида кальция потребуется для получения из него 12,5 г винилхлорида, если выход на каждой из стадий составляет 80%?

Ответ: 25 г.

Дано:

$m_{практ}(C_2H_3Cl) = 12,5 \text{ г}$

$ω(CaC_2 \text{ в техн. образце}) = 80\% = 0,8$

$η_1 = 80\% = 0,8$ (выход на первой стадии)

$η_2 = 80\% = 0,8$ (выход на второй стадии)

Найти:

$m(техн. \ CaC_2)$ — ?

Решение:

Процесс получения винилхлорида из карбида кальция представляет собой цепочку из двух химических превращений:

1. Получение ацетилена гидролизом карбида кальция:

$CaC_2 + 2H_2o \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$

2. Получение винилхлорида (хлорэтена) гидрохлорированием ацетилена:

$C_2H_2 + HCl \rightarrow CH_2=CHCl$

Для решения задачи будем проводить вычисления в обратном порядке: от конечного продукта (винилхлорида) к исходному реагенту (техническому карбиду кальция), учитывая на каждом этапе выход продукта и содержание основного вещества.

1. Определим теоретическую массу винилхлорида, которую необходимо было бы получить для обеспечения практического выхода 12,5 г при 80%-м выходе на второй стадии ($η_2$).

Формула выхода продукта: $η = \frac{m_{практ}}{m_{теор}}$. Отсюда теоретическая масса:

$m_{теор}(C_2H_3Cl) = \frac{m_{практ}(C_2H_3Cl)}{η_2} = \frac{12,5 \text{ г}}{0,8} = 15,625 \text{ г}$

2. Рассчитаем молярные массы винилхлорида и карбида кальция.

$M(C_2H_3Cl) = 2 \cdot A_r(C) + 3 \cdot A_r(H) + 1 \cdot A_r(Cl) = 2 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 35,5 = 62,5 \text{ г/моль}$

$M(CaC_2) = A_r(Ca) + 2 \cdot A_r(C) = 40 + 2 \cdot 12 = 64 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) теоретически необходимого винилхлорида.

$n_{теор}(C_2H_3Cl) = \frac{m_{теор}(C_2H_3Cl)}{M(C_2H_3Cl)} = \frac{15,625 \text{ г}}{62,5 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции (2), ацетилен и винилхлорид реагируют в соотношении 1:1. Следовательно, для получения 0,25 моль винилхлорида потребовалось 0,25 моль ацетилена. Это количество ацетилена является практически полученным на первой стадии.

$n_{практ}(C_2H_2) = n_{теор}(C_2H_3Cl) = 0,25 \text{ моль}$

5. Теперь определим теоретическое количество ацетилена, которое должно было образоваться на первой стадии, чтобы обеспечить практический выход 0,25 моль при 80%-м выходе ($η_1$).

$n_{теор}(C_2H_2) = \frac{n_{практ}(C_2H_2)}{η_1} = \frac{0,25 \text{ моль}}{0,8} = 0,3125 \text{ моль}$

6. Согласно уравнению реакции (1), из 1 моль карбида кальция образуется 1 моль ацетилена. Значит, для получения 0,3125 моль ацетилена теоретически требуется 0,3125 моль чистого карбида кальция.

$n(чист. \ CaC_2) = n_{теор}(C_2H_2) = 0,3125 \text{ моль}$

7. Вычислим массу чистого карбида кальция.

$m(чист. \ CaC_2) = n(чист. \ CaC_2) \cdot M(CaC_2) = 0,3125 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 20 \text{ г}$

8. Эта масса чистого карбида кальция содержится в техническом образце, чистота которого составляет 80%. Найдем массу технического карбида кальция.

Формула массовой доли: $ω = \frac{m_{чист}}{m_{техн}}$. Отсюда масса технического образца:

$m(техн. \ CaC_2) = \frac{m(чист. \ CaC_2)}{ω(CaC_2)} = \frac{20 \text{ г}}{0,8} = 25 \text{ г}$

Ответ: 25 г.