Номер 4, страница 141 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 4. При нагревании метанола массой 19,2г и уксусной кислоты массой 28,8 г получен метилацетат массой 29,6 г. Определите массовую долю выхода эфира.

Ответ: 83,3%.

4. Дано:

$m(CH_3OH) = 19,2 \text{ г}$ (масса метанола)

$m(CH_3COOH) = 28,8 \text{ г}$ (масса уксусной кислоты)

$m_{практ}(CH_3COOCH_3) = 29,6 \text{ г}$ (практическая масса полученного метилацетата)

Найти:

$\eta$ (массовая доля выхода эфира) - ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение реакции этерификации, в которой уксусная кислота реагирует с метанолом с образованием сложного эфира (метилацетата) и воды. Реакция является обратимой и обычно проводится в присутствии катализатора (например, серной кислоты).

$CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_3 + H_2O$

Из уравнения видно, что реагенты вступают в реакцию в стехиометрическом соотношении 1:1.

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчете. Для этого используем относительные атомные массы элементов из Периодической таблицы (C=12, H=1, O=16).

Молярная масса метанола ($CH_3OH$):

$M(CH_3OH) = 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 32 \text{ г/моль}$

Молярная масса уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

$M(CH_3COOH) = 12 \cdot 2 + 4 \cdot 1 + 16 \cdot 2 = 60 \text{ г/моль}$

Молярная масса метилацетата ($CH_3COOCH_3$):

$M(CH_3COOCH_3) = 12 \cdot 3 + 6 \cdot 1 + 16 \cdot 2 = 74 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) каждого из исходных реагентов, чтобы определить, который из них находится в недостатке и будет полностью расходоваться, определяя теоретический выход продукта.

Количество вещества метанола:

$\nu(CH_3OH) = \frac{m(CH_3OH)}{M(CH_3OH)} = \frac{19,2 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

Количество вещества уксусной кислоты:

$\nu(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{28,8 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0,48 \text{ моль}$

4. Сравниваем полученные количества веществ. Поскольку стехиометрическое соотношение реагентов 1:1, реагент с меньшим количеством молей является лимитирующим. В данном случае, $0,48 \text{ моль} < 0,6 \text{ моль}$, следовательно, уксусная кислота находится в недостатке. Расчет теоретического выхода продукта будем вести по уксусной кислоте.

5. Рассчитаем теоретически возможную массу метилацетата ($m_{теор}$), которая могла бы образоваться, если бы реакция прошла до конца (выход 100%). Согласно уравнению реакции, из 1 моль уксусной кислоты образуется 1 моль метилацетата, значит:

$\nu_{теор}(CH_3COOCH_3) = \nu(CH_3COOH) = 0,48 \text{ моль}$

Теперь найдем теоретическую массу метилацетата:

$m_{теор}(CH_3COOCH_3) = \nu_{теор}(CH_3COOCH_3) \cdot M(CH_3COOCH_3) = 0,48 \text{ моль} \cdot 74 \text{ г/моль} = 35,52 \text{ г}$

6. Наконец, определим массовую долю выхода эфира ($\eta$), которая равна отношению практически полученной массы продукта к теоретически возможной массе, выраженному в процентах.

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{29,6 \text{ г}}{35,52 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0,8333 \cdot 100\% = 83,33\%$

Округлим результат до десятых, как в ответе, приведенном в условии.

Ответ: массовая доля выхода эфира составляет 83,3%.