Номер 1, страница 171 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

• 1. При восстановлении 250 г нитробензола получили 150 г анилина. Рассчитайте массовую долю выхода анилина.

Ответ: 79,36%.

Дано:

Масса нитробензола $m(C_6H_5NO_2) = 250$ г

Практическая масса полученного анилина $m_{практ}(C_6H_5NH_2) = 150$ г

Найти:

Массовую долю выхода анилина $\eta(C_6H_5NH_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции восстановления нитробензола до анилина. Эта реакция известна как реакция Зинина. Для расчетов нам важна стехиометрия между исходным веществом и продуктом:

$C_6H_5NO_2 + 6[H] \rightarrow C_6H_5NH_2 + 2H_2O$

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль нитробензола теоретически образуется 1 моль анилина, то есть их количества соотносятся как 1:1.

2. Рассчитаем молярные массы нитробензола ($C_6H_5NO_2$) и анилина ($C_6H_5NH_2$), используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева.

$M(C_6H_5NO_2) = 6 \cdot Ar(C) + 5 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N) + 2 \cdot Ar(O) = 6 \cdot 12.01 + 5 \cdot 1.008 + 14.01 + 2 \cdot 16.00 = 123.11$ г/моль.

$M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot Ar(C) + 7 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N) = 6 \cdot 12.01 + 7 \cdot 1.008 + 14.01 = 93.13$ г/моль.

3. Найдем количество вещества (в молях) исходного нитробензола:

$n(C_6H_5NO_2) = \frac{m(C_6H_5NO_2)}{M(C_6H_5NO_2)} = \frac{250 \text{ г}}{123.11 \text{ г/моль}} \approx 2.0307$ моль.

4. Согласно уравнению реакции, теоретическое количество вещества анилина, которое могло бы получиться, равно количеству вещества нитробензола:

$n_{теор}(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_5NO_2) \approx 2.0307$ моль.

5. Рассчитаем теоретическую массу анилина, которую можно получить из 250 г нитробензола (при 100% выходе):

$m_{теор}(C_6H_5NH_2) = n_{теор}(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 2.0307 \text{ моль} \cdot 93.13 \text{ г/моль} \approx 189.11$ г.

6. Массовая доля выхода продукта ($\eta$) вычисляется как отношение практически полученной массы продукта к теоретически возможной массе, выраженное в процентах:

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

Подставим полученные значения в формулу:

$\eta(C_6H_5NH_2) = \frac{150 \text{ г}}{189.11 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 0.7932 \cdot 100\% \approx 79.32\%$

Примечание: если использовать округленные до целых значений атомные массы (C-12, H-1, N-14, O-16), как это часто делают в школьных задачах, результат будет немного другим: $M(C_6H_5NO_2) = 123$ г/моль, $M(C_6H_5NH_2) = 93$ г/моль. Тогда $m_{теор} = (250/123) \cdot 93 \approx 189.02$ г, а выход $\eta = (150/189.02) \cdot 100\% \approx 79.36\%$. Этот результат совпадает с ответом, приведенным в условии.

Ответ: массовая доля выхода анилина составляет 79,36%.