Номер C, страница 241 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Какой объем 76%-й азотной кислоты ( $\rho= 1,445 \text{ г/мл}$) потребуется для нитрования 300 мл бензола ( $\rho= 0,88 \text{ г/мл}$)?

Ответ: $V(\text{HNO}_3) = 194,16 \text{ мл.}$

2. Какой объем раствора 80%-й азотной кислоты ( $\rho=1,46 \text{ г/мл}$) потребуется для нитрования 184 г толуола ( $\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_3$)? Определите массу образовавшегося тротила, если выход продукта равен 90%.

Ответ: $m (\text{C}_6\text{H}_2(\text{CH}_3)(\text{NO}_2)_3) = 408,6 \text{ г.}$

$V(\text{HNO}_3)\text{р-р} = 323,63 \text{ мл.}$

тротил (тол) – взрывчатое вещество

3. Сколько литров водорода при 50o С и $p = 150 \text{ кПа}$ потребуется для гидрирования 500 мл бензола ( $\rho= 0,88 \text{ г/мл}$)?

Ответ: $V(\text{H}_2) = 302,89 \text{ л.}$

4. Определите объем бензола ( $\rho= 0,88 \text{ г/мл}$), необходимого для хлорирования, если для полного поглощения выделенного хлороводорода потребовалось 250 мл ( $\rho= 1,225 \text{ г/мл}$) 20%-го раствора NaOH.

Ответ: $V(\text{C}_6\text{H}_6) = 135,72 \text{ мл.}$

5. Какой объем 32%-й соляной кислоты ( $\rho= 1,163 \text{ г/мл}$) потребуется для получения хлора, необходимого для хлорирования 250 мл бензола ( $\rho=0,88 \text{ г/мл}$)? Хлор получают по реакции взаимодействия соляной кислоты (конц.) с перманганатом калия.

Ответ: $V(\text{HCl}) = 885,2 \text{ мл.}$

1. Дано:

$V(C_6H_6) = 300$ мл

$\rho(C_6H_6) = 0,88$ г/мл

$\omega(HNO_3) = 76\% = 0,76$

$\rho(\text{р-ра } HNO_3) = 1,445$ г/мл

Найти:

$V(\text{р-ра } HNO_3)$ - ?

Решение:

1. Уравнение реакции нитрования бензола:

$C_6H_6 + HNO_3 \rightarrow C_6H_5NO_2 + H_2O$

2. Найдем массу и количество вещества бензола:

$m(C_6H_6) = V(C_6H_6) \cdot \rho(C_6H_6) = 300 \text{ мл} \cdot 0,88 \text{ г/мл} = 264 \text{ г}$

Молярная масса бензола $M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78$ г/моль.

$n(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{264 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 3,3846 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, соотношение бензола и азотной кислоты 1:1, следовательно, количество вещества азотной кислоты равно количеству вещества бензола:

$n(HNO_3) = n(C_6H_6) \approx 3,3846 \text{ моль}$

4. Найдем массу чистой азотной кислоты, необходимой для реакции:

Молярная масса азотной кислоты $M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль.

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 3,3846 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} \approx 213,23 \text{ г}$

5. Найдем массу 76%-го раствора азотной кислоты:

$m(\text{р-ра } HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{213,23 \text{ г}}{0,76} \approx 280,57 \text{ г}$

6. Найдем объем этого раствора:

$V(\text{р-ра } HNO_3) = \frac{m(\text{р-ра } HNO_3)}{\rho(\text{р-ра } HNO_3)} = \frac{280,57 \text{ г}}{1,445 \text{ г/мл}} \approx 194,16 \text{ мл}$

Ответ: $V(HNO_3) = 194,16$ мл.

2. Дано:

$m(C_7H_8) = 184$ г

$\omega(HNO_3) = 80\% = 0,80$

$\rho(\text{р-ра } HNO_3) = 1,46$ г/мл

$\eta = 90\% = 0,90$

Найти:

$V(\text{р-ра } HNO_3)$ - ?

$m(\text{тротила})$ - ?

Решение:

1. Уравнение реакции нитрования толуола до тринитротолуола (тротила):

$C_6H_5CH_3 + 3HNO_3 \rightarrow C_6H_2(NO_2)_3CH_3 + 3H_2O$

2. Найдем молярные массы веществ:

$M(C_7H_8) = 7 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 92$ г/моль.

$M(HNO_3) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63$ г/моль.

$M(C_7H_5(NO_2)_3) = 7 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 3 \cdot (14 + 2 \cdot 16) = 227$ г/моль.

3. Найдем количество вещества толуола:

$n(C_7H_8) = \frac{m(C_7H_8)}{M(C_7H_8)} = \frac{184 \text{ г}}{92 \text{ г/моль}} = 2 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции найдем теоретическое количество вещества $HNO_3$ и тротила:

$n(HNO_3) = 3 \cdot n(C_7H_8) = 3 \cdot 2 = 6 \text{ моль}$

$n_{\text{теор.}}(\text{тротила}) = n(C_7H_8) = 2 \text{ моль}$

5. Рассчитаем объем раствора азотной кислоты:

$m(HNO_3) = n(HNO_3) \cdot M(HNO_3) = 6 \text{ моль} \cdot 63 \text{ г/моль} = 378 \text{ г}$

$m(\text{р-ра } HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{\omega(HNO_3)} = \frac{378 \text{ г}}{0,80} = 472,5 \text{ г}$

$V(\text{р-ра } HNO_3) = \frac{m(\text{р-ра } HNO_3)}{\rho(\text{р-ра } HNO_3)} = \frac{472,5 \text{ г}}{1,46 \text{ г/мл}} \approx 323,63 \text{ мл}$

6. Рассчитаем практическую массу тротила с учетом выхода 90%:

$m_{\text{теор.}}(\text{тротила}) = n_{\text{теор.}}(\text{тротила}) \cdot M(\text{тротила}) = 2 \text{ моль} \cdot 227 \text{ г/моль} = 454 \text{ г}$

$m_{\text{практ.}}(\text{тротила}) = m_{\text{теор.}}(\text{тротила}) \cdot \eta = 454 \text{ г} \cdot 0,90 = 408,6 \text{ г}$

Ответ: $m(C_6H_2(CH_3)(NO_2)_3) = 408,6$ г, $V(HNO_3)_{\text{р-р}} = 323,63$ мл.

3. Дано:

$V(C_6H_6) = 500$ мл

$\rho(C_6H_6) = 0,88$ г/мл

$T(H_2) = 50^\circ\text{C}$

$p(H_2) = 150$ кПа

$R = 8,314$ Дж/(моль·К)

Перевод в СИ:

$T = 50 + 273,15 = 323,15$ K

$p = 150 \cdot 10^3$ Па

Найти:

$V(H_2)$ - ?

Решение:

1. Уравнение реакции гидрирования бензола:

$C_6H_6 + 3H_2 \rightarrow C_6H_{12}$

2. Найдем массу и количество вещества бензола:

$m(C_6H_6) = V(C_6H_6) \cdot \rho(C_6H_6) = 500 \text{ мл} \cdot 0,88 \text{ г/мл} = 440 \text{ г}$

$M(C_6H_6) = 78$ г/моль

$n(C_6H_6) = \frac{440 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 5,641 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции найдем количество вещества водорода:

$n(H_2) = 3 \cdot n(C_6H_6) = 3 \cdot 5,641 \text{ моль} \approx 16,923 \text{ моль}$

4. Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, найдем объем водорода:

$pV = nRT \Rightarrow V = \frac{nRT}{p}$

$V(H_2) = \frac{16,923 \text{ моль} \cdot 8,314 \frac{\text{Дж}}{\text{моль} \cdot \text{К}} \cdot 323,15 \text{ К}}{150000 \text{ Па}} \approx 0,30289 \text{ м}^3$

5. Переведем объем в литры:

$V(H_2) = 0,30289 \text{ м}^3 \cdot 1000 \frac{\text{л}}{\text{м}^3} = 302,89 \text{ л}$

Ответ: $V(H_2) = 302,89$ л.

4. Дано:

$V(\text{р-ра } NaOH) = 250$ мл

$\rho(\text{р-ра } NaOH) = 1,225$ г/мл

$\omega(NaOH) = 20\% = 0,20$

$\rho(C_6H_6) = 0,88$ г/мл

Найти:

$V(C_6H_6)$ - ?

Решение:

1. Уравнения реакций:

$C_6H_6 + Cl_2 \xrightarrow{FeCl_3} C_6H_5Cl + HCl$ (хлорирование бензола)

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$ (поглощение хлороводорода)

2. Найдем массу и количество вещества $NaOH$ в растворе:

$m(\text{р-ра } NaOH) = V \cdot \rho = 250 \text{ мл} \cdot 1,225 \text{ г/мл} = 306,25 \text{ г}$

$m(NaOH) = m(\text{р-ра } NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 306,25 \text{ г} \cdot 0,20 = 61,25 \text{ г}$

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{61,25 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 1,53125 \text{ моль}$

3. Из уравнений реакций следует, что $n(C_6H_6) = n(HCl) = n(NaOH)$.

$n(C_6H_6) = 1,53125 \text{ моль}$

4. Найдем массу и объем бензола, вступившего в реакцию:

$M(C_6H_6) = 78$ г/моль.

$m(C_6H_6) = n(C_6H_6) \cdot M(C_6H_6) = 1,53125 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} = 119,4375 \text{ г}$

$V(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{\rho(C_6H_6)} = \frac{119,4375 \text{ г}}{0,88 \text{ г/мл}} \approx 135,72 \text{ мл}$

Ответ: $V(C_6H_6) = 135,72$ мл.

5. Дано:

$V(C_6H_6) = 250$ мл

$\rho(C_6H_6) = 0,88$ г/мл

$\omega(HCl) = 32\% = 0,32$

$\rho(\text{р-ра } HCl) = 1,163$ г/мл

Найти:

$V(\text{р-ра } HCl)$ - ?

Решение:

1. Уравнения реакций:

$C_6H_6 + Cl_2 \rightarrow C_6H_5Cl + HCl$ (хлорирование бензола)

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 8H_2O + 5Cl_2$ (получение хлора)

2. Найдем количество вещества бензола, а затем необходимое количество хлора:

$m(C_6H_6) = V \cdot \rho = 250 \text{ мл} \cdot 0,88 \text{ г/мл} = 220 \text{ г}$

$M(C_6H_6) = 78$ г/моль.

$n(C_6H_6) = \frac{220 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 2,8205 \text{ моль}$

Из первого уравнения $n(Cl_2) = n(C_6H_6) \approx 2,8205 \text{ моль}$.

3. Из второго уравнения найдем количество вещества соляной кислоты, необходимое для получения этого количества хлора:

$n(HCl) = n(Cl_2) \cdot \frac{16}{5} = 2,8205 \text{ моль} \cdot 3,2 = 9,0256 \text{ моль}$

4. Найдем массу чистой соляной кислоты:

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5$ г/моль.

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 9,0256 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} \approx 329,43 \text{ г}$

5. Найдем массу и объем 32%-го раствора соляной кислоты:

$m(\text{р-ра } HCl) = \frac{m(HCl)}{\omega(HCl)} = \frac{329,43 \text{ г}}{0,32} \approx 1029,47 \text{ г}$

$V(\text{р-ра } HCl) = \frac{m(\text{р-ра } HCl)}{\rho(\text{р-ра } HCl)} = \frac{1029,47 \text{ г}}{1,163 \text{ г/мл}} \approx 885,2 \text{ мл}$

Ответ: $V(HCl) = 885,2$ мл.