Номер 5, страница 86 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 5. *При дегидрировании $2 \text{ м}^3$ (н. у.) изомера пентана образовалось $3,3 \text{ кг}$ 2-метилбутадиена-1,3. Рассчитайтевыход продукта реакции. Какой изомер пентана вступил в реакцию?

Ответ: $54,4\%$.

Дано:

$V(\text{изомер пентана}) = 2 \text{ м}^3$ (н. у.)

$m_{\text{практ}}(\text{2-метилбутадиен-1,3}) = 3.3 \text{ кг}$

Найти:

$\eta$ - ?

Какой изомер пентана вступил в реакцию?

Решение:

1. Сначала определим, какой изомер пентана вступил в реакцию. Продуктом реакции является 2-метилбутадиен-1,3 (также известный как изопрен). Его структурная формула $CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$. Углеродный скелет этого соединения имеет разветвленное строение. Реакция дегидрирования представляет собой отщепление атомов водорода, при этом углеродный скелет исходной молекулы сохраняется.

Изомерами пентана с общей формулой $C_5H_{12}$ являются:

• н-пентан (линейный скелет)

• 2-метилбутан или изопентан (разветвленный скелет)

• 2,2-диметилпропан или неопентан (сильно разветвленный скелет)

Углеродный скелет 2-метилбутадиена-1,3 совпадает со скелетом 2-метилбутана. Следовательно, в реакцию вступил 2-метилбутан (изопентан).

2. Уравнение реакции дегидрирования 2-метилбутана выглядит следующим образом:

$C_5H_{12} (\text{2-метилбутан}) \xrightarrow{t, kat} C_5H_8 (\text{2-метилбутадиен-1,3}) + 2H_2$

3. Рассчитаем теоретически возможную массу продукта. Для этого найдем количество вещества исходного 2-метилбутана. Так как объем дан для нормальных условий (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22.4 \text{ м}^3/\text{кмоль}$.

$n(C_5H_{12}) = \frac{V(C_5H_{12})}{V_m} = \frac{2 \text{ м}^3}{22.4 \text{ м}^3/\text{кмоль}} \approx 0.089286 \text{ кмоль}$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль 2-метилбутана образуется 1 моль 2-метилбутадиена-1,3. Значит, теоретически возможное количество вещества продукта равно количеству вещества исходного реагента:

$n_{\text{теор}}(C_5H_8) = n(C_5H_{12}) \approx 0.089286 \text{ кмоль}$

Вычислим молярную массу 2-метилбутадиена-1,3 ($C_5H_8$):

$M(C_5H_8) = 5 \times 12.01 + 8 \times 1.008 = 68.114 \text{ г/моль} \approx 68 \text{ г/моль}$ (для школьных расчетов часто используют округленные значения: $Ar(C)=12, Ar(H)=1$).

$M(C_5H_8) = 5 \times 12 + 8 \times 1 = 68 \text{ г/моль} = 68 \text{ кг/кмоль}$

Теперь найдем теоретическую массу продукта:

$m_{\text{теор}}(C_5H_8) = n_{\text{теор}}(C_5H_8) \cdot M(C_5H_8) = \frac{2}{22.4} \text{ кмоль} \cdot 68 \text{ кг/кмоль} = \frac{136}{22.4} \text{ кг} \approx 6.0714 \text{ кг}$

4. Рассчитаем выход продукта реакции ($\eta$). Выход продукта — это отношение практически полученной массы к теоретически возможной, выраженное в процентах.

Практическая масса продукта дана в условии: $m_{\text{практ}}(C_5H_8) = 3.3 \text{ кг}$.

$\eta = \frac{m_{\text{практ}}}{m_{\text{теор}}} \cdot 100\% = \frac{3.3 \text{ кг}}{6.0714 \text{ кг}} \cdot 100\% \approx 0.5435 \cdot 100\% \approx 54.4\%$

Ответ: Выход продукта реакции составляет 54,4%. В реакцию вступил 2-метилбутан (изопентан).