Номер C, страница 262 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Из какого объема воды можно получить водород, необходимый для гидрирования 2 т триолеина, если при электролизе воды выход водорода составляет 90%?

Ответ: $V(\mathrm{H_2O}) = 135,78$ л.

2. При взаимодействии 12 г метанола с 10 г уксусной кислоты образовался эфир массой 10,5 г. Определите выход эфира.

Ответ: $\eta(\text{эфир}) = 85,16\%$.

1. Дано:

масса триолеина $m(\text{C}_{57}\text{H}_{104}\text{O}_6) = 2 \text{ т}$

выход водорода $\eta(\text{H}_2) = 90\%$

В СИ:

$m(\text{C}_{57}\text{H}_{104}\text{O}_6) = 2 \times 10^3 \text{ кг} = 2 \times 10^6 \text{ г}$

$\eta(\text{H}_2) = 0,9$

Найти:

$V(\text{H}_2\text{O}) - ?$

Решение:

Процесс состоит из двух стадий: получение водорода путем электролиза воды и последующее гидрирование триолеина.

1. Запишем уравнение реакции гидрирования триолеина. Триолеин (триолеат глицерина) имеет 3 двойные связи C=C, поэтому для полного гидрирования требуется 3 молекулы водорода на 1 молекулу триолеина.

$\text{C}_{57}\text{H}_{104}\text{O}_6 + 3\text{H}_2 \rightarrow \text{C}_{57}\text{H}_{110}\text{O}_6$ (тристеарин)

2. Рассчитаем молярную массу триолеина, используя округленные атомные массы: $M(\text{C}) = 12 \text{ г/моль}$, $M(\text{H}) = 1 \text{ г/моль}$, $M(\text{O}) = 16 \text{ г/моль}$.

$M(\text{C}_{57}\text{H}_{104}\text{O}_6) = 57 \times 12 + 104 \times 1 + 6 \times 16 = 684 + 104 + 96 = 884 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества триолеина массой 2 т.

$n(\text{C}_{57}\text{H}_{104}\text{O}_6) = \frac{m}{M} = \frac{2 \times 10^6 \text{ г}}{884 \text{ г/моль}} \approx 2262,44 \text{ моль}$.

4. Согласно уравнению реакции гидрирования, количество вещества водорода, необходимое для реакции, в 3 раза больше количества вещества триолеина.

$n_\text{практ}(\text{H}_2) = 3 \times n(\text{C}_{57}\text{H}_{104}\text{O}_6) = 3 \times 2262,44 \text{ моль} \approx 6787,33 \text{ моль}$.

Это практическое количество водорода, которое должно быть получено в результате электролиза.

5. Водород получают электролизом воды. Уравнение реакции:

$2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{электролиз}} 2\text{H}_2 + \text{O}_2$

Выход водорода составляет 90%. Это означает, что для получения необходимого практического количества водорода (6787,33 моль) нужно взять такое количество воды, которое теоретически дало бы больше водорода.

Теоретическое количество водорода, которое должно было бы получиться при 100% выходе:

$n_\text{теор}(\text{H}_2) = \frac{n_\text{практ}(\text{H}_2)}{\eta(\text{H}_2)} = \frac{6787,33 \text{ моль}}{0,9} \approx 7541,48 \text{ моль}$.

6. По уравнению электролиза, для получения 2 моль водорода требуется 2 моль воды. Следовательно, количество вещества воды равно теоретическому количеству вещества водорода.

$n(\text{H}_2\text{O}) = n_\text{теор}(\text{H}_2) \approx 7541,48 \text{ моль}$.

7. Рассчитаем массу воды. Молярная масса воды $M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \times 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.

$m(\text{H}_2\text{O}) = n(\text{H}_2\text{O}) \times M(\text{H}_2\text{O}) = 7541,48 \text{ моль} \times 18 \text{ г/моль} \approx 135746,64 \text{ г}$.

8. Найдем объем воды, приняв ее плотность $\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ г/мл} = 1000 \text{ г/л}$.

$V(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{\rho(\text{H}_2\text{O})} = \frac{135746,64 \text{ г}}{1000 \text{ г/л}} \approx 135,75 \text{ л}$.

Ответ: $V(\text{H}_2\text{O}) \approx 135,75 \text{ л}$.

2. Дано:

масса метанола $m(\text{CH}_3\text{OH}) = 12 \text{ г}$

масса уксусной кислоты $m(\text{CH}_3\text{COOH}) = 10 \text{ г}$

практическая масса эфира $m_\text{практ}(\text{эфир}) = 10,5 \text{ г}$

Найти:

выход эфира $\eta(\text{эфир}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции этерификации между метанолом и уксусной кислотой, в результате которой образуется сложный эфир метилацетат и вода.

$\text{CH}_3\text{OH} + \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOCH}_3 + \text{H}_2\text{O}$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов и продукта (метилацетата), используя округленные атомные массы: $M(\text{C}) = 12 \text{ г/моль}$, $M(\text{H}) = 1 \text{ г/моль}$, $M(\text{O}) = 16 \text{ г/моль}$.

$M(\text{CH}_3\text{OH}) = 12 + 4 \times 1 + 16 = 32 \text{ г/моль}$.

$M(\text{CH}_3\text{COOH}) = 2 \times 12 + 4 \times 1 + 2 \times 16 = 24 + 4 + 32 = 60 \text{ г/моль}$.

$M(\text{CH}_3\text{COOCH}_3) = 3 \times 12 + 6 \times 1 + 2 \times 16 = 36 + 6 + 32 = 74 \text{ г/моль}$.

3. Найдем количество вещества каждого из реагентов.

$n(\text{CH}_3\text{OH}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{OH})}{M(\text{CH}_3\text{OH})} = \frac{12 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,375 \text{ моль}$.

$n(\text{CH}_3\text{COOH}) = \frac{m(\text{CH}_3\text{COOH})}{M(\text{CH}_3\text{COOH})} = \frac{10 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} \approx 0,167 \text{ моль}$.

4. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении 1:1. Так как $0,167 \text{ моль} < 0,375 \text{ моль}$, уксусная кислота находится в недостатке и будет полностью расходоваться. Расчет теоретического выхода продукта ведется по лимитирующему реагенту.

5. Рассчитаем теоретически возможную массу эфира. По уравнению реакции, из 1 моль уксусной кислоты образуется 1 моль метилацетата.

$n_\text{теор}(\text{эфир}) = n(\text{CH}_3\text{COOH}) \approx 0,167 \text{ моль}$.

Для большей точности используем дробное значение: $n(\text{CH}_3\text{COOH}) = \frac{10}{60} = \frac{1}{6} \text{ моль}$.

$m_\text{теор}(\text{эфир}) = n_\text{теор}(\text{эфир}) \times M(\text{эфир}) = \frac{1}{6} \text{ моль} \times 74 \text{ г/моль} \approx 12,33 \text{ г}$.

6. Рассчитаем выход продукта (эфира) как отношение практической массы к теоретической.

$\eta(\text{эфир}) = \frac{m_\text{практ}(\text{эфир})}{m_\text{теор}(\text{эфир})} \times 100\% = \frac{10,5 \text{ г}}{12,33 \text{ г}} \times 100\% \approx 0,8514 \times 100\% \approx 85,14\%$.

Ответ: $\eta(\text{эфир}) \approx 85,14\%$.