Номер 4, страница 85 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 4. *При гидрировании 20 л (н.у.) бутадиена образовалось 14 л (н.у.) бутана. Рассчитайте выход продукта реакции гидрирования. Какой объем водорода вступил в реакцию?

Ответ: 70%; 28 л $H_2$

Дано:

$V(C_4H_6) = 20 \text{ л}$

$V_{практ.}(C_4H_{10}) = 14 \text{ л}$

Условия нормальные (н.у.)

Перевод в систему СИ:

$V(C_4H_6) = 20 \text{ л} = 20 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.02 \text{ м}^3$

$V_{практ.}(C_4H_{10}) = 14 \text{ л} = 14 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.014 \text{ м}^3$

Найти:

$\eta$ (выход продукта) - ?

$V(H_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полного гидрирования бутадиена до бутана. Для превращения бутадиена (алкадиена с двумя двойными связями) в бутан (алкан) требуются две молекулы водорода:

$C_4H_6 + 2H_2 \rightarrow C_4H_{10}$

Все вещества в данной реакции при нормальных условиях являются газами. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы реагирующих и образующихся газов соотносятся как их стехиометрические коэффициенты. Из уравнения следует, что 1 объем бутадиена реагирует с 2 объемами водорода, образуя 1 объем бутана. Так как все расчеты основаны на соотношениях, для удобства будем использовать объемы в литрах.

Рассчитайте выход продукта реакции гидрирования.

2. Сначала определим теоретически возможный объем бутана ($V_{теор.}$), который мог бы получиться из 20 л бутадиена, если бы выход реакции был 100%.

Из уравнения реакции видно, что соотношение объемов бутадиена и бутана равно 1:1.

$\frac{V(C_4H_6)}{1} = \frac{V_{теор.}(C_4H_{10})}{1}$

Следовательно, теоретический объем бутана равен исходному объему бутадиена:

$V_{теор.}(C_4H_{10}) = V(C_4H_6) = 20 \text{ л}$

3. Выход продукта реакции ($\eta$) — это отношение практически полученного объема ($V_{практ.}$) к теоретически возможному объему ($V_{теор.}$), выраженное в процентах.

$\eta = \frac{V_{практ.}(C_4H_{10})}{V_{теор.}(C_4H_{10})} \times 100\%$

Подставляем известные значения:

$\eta = \frac{14 \text{ л}}{20 \text{ л}} \times 100\% = 0.7 \times 100\% = 70\%$

Ответ: выход продукта реакции гидрирования составляет 70%.

Какой объем водорода вступил в реакцию?

4. Объем водорода, который вступил в реакцию, следует рассчитывать исходя из объема продукта, который был получен практически (14 л бутана).

Используем соотношение объемов водорода и бутана из уравнения реакции, которое составляет 2:1.

$\frac{V(H_2)}{2} = \frac{V_{практ.}(C_4H_{10})}{1}$

Отсюда выражаем и находим объем водорода:

$V(H_2) = 2 \times V_{практ.}(C_4H_{10})$

Подставляем значение практического объема бутана:

$V(H_2) = 2 \times 14 \text{ л} = 28 \text{ л}$

Ответ: в реакцию вступило 28 л водорода.