Номер C, страница 265 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Какая масса 90%-й уксусной кислоты образуется при окислении 56 л (н.у.) бутана, если ее выход составляет 60%?

Ответ: $m_{p-pa} = 200 \text{ г.}$

2. Какой объем 40%-го раствора ( $\rho= 1,437 \text{ г/мл}$) гидроксида натрия потребуется для получения 72%-го хозяйственного мыла при щелочном гидролизе 5 т тристеарата? Сколько кусков мыла можно получить, если масса каждого куска мыла 200 г?

Ответ: $V(\text{NaOH})_{p-pa} = 1,173 \text{ л}, n = 2580 \text{ кусков.}$

1. Дано:

$\omega(CH_3COOH)_{p-pa} = 90\% = 0.9$

$V(C_4H_{10}) = 56$ л (н.у.)

$\eta = 60\% = 0.6$

Найти:

$m_{p-pa}(CH_3COOH)$ - ?

Решение:

Запишем уравнение реакции каталитического окисления бутана до уксусной кислоты:

$2C_4H_{10} + 5O_2 \rightarrow 4CH_3COOH + 2H_2O$

1. Найдем количество вещества (бутана), вступившего в реакцию. Так как бутан находится в нормальных условиях (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:

$n(C_4H_{10}) = \frac{V(C_4H_{10})}{V_m} = \frac{56 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 2,5$ моль.

2. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества уксусной кислоты, которое могло бы образоваться:

Из уравнения видно, что из 2 моль бутана образуется 4 моль уксусной кислоты, то есть соотношение $n(C_4H_{10}) : n(CH_3COOH) = 2:4 = 1:2$.

$n_{теор}(CH_3COOH) = 2 \times n(C_4H_{10}) = 2 \times 2,5 \text{ моль} = 5$ моль.

3. Рассчитаем практическое количество вещества уксусной кислоты с учетом выхода продукта 60%:

$n_{практ}(CH_3COOH) = n_{теор}(CH_3COOH) \times \eta = 5 \text{ моль} \times 0,6 = 3$ моль.

4. Вычислим массу чистой уксусной кислоты. Молярная масса уксусной кислоты $CH_3COOH$:

$M(CH_3COOH) = 2 \times 12 + 4 \times 1 + 2 \times 16 = 60$ г/моль.

$m(CH_3COOH) = n_{практ}(CH_3COOH) \times M(CH_3COOH) = 3 \text{ моль} \times 60 \text{ г/моль} = 180$ г.

5. Найдем массу 90%-го раствора уксусной кислоты:

$m_{p-pa}(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{\omega(CH_3COOH)} = \frac{180 \text{ г}}{0,9} = 200$ г.

Ответ: $m_{p-pa} = 200$ г.

2. Дано:

$m((C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5) = 5$ т

$\omega(NaOH) = 40\% = 0.4$

$\rho_{p-pa}(NaOH) = 1,437$ г/мл

$\omega_{мыла} = 72\% = 0.72$

$m_{куска} = 200$ г

Перевод в систему СИ и другие единицы:

$m((C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5) = 5 \text{ т} = 5000 \text{ кг} = 5 \times 10^6$ г

$\rho_{p-pa}(NaOH) = 1,437 \text{ г/мл} = 1437$ г/л

$m_{куска} = 200 \text{ г} = 0,2$ кг

Найти:

$V_{p-pa}(NaOH)$ - ?

$n$ (кусков мыла) - ?

Решение:

Запишем уравнение реакции щелочного гидролиза тристеарата (сапонификация):

$(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5 + 3NaOH \rightarrow 3C_{17}H_{35}COONa + C_3H_5(OH)_3$

Тристеарат + Гидроксид натрия $\rightarrow$ Стеарат натрия (мыло) + Глицерин

1. Рассчитаем молярные массы веществ:

Молярная масса тристеарата $(C_{57}H_{110}O_6)$: $M((C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5) = 57 \times 12 + 110 \times 1 + 6 \times 16 = 890$ г/моль.

Молярная масса гидроксида натрия $(NaOH)$: $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40$ г/моль.

Молярная масса стеарата натрия (мыла) $(C_{17}H_{35}COONa)$: $M(C_{17}H_{35}COONa) = 18 \times 12 + 35 \times 1 + 2 \times 16 + 23 = 306$ г/моль.

2. Найдем количество вещества тристеарата:

$n((C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5) = \frac{m}{M} = \frac{5 \times 10^6 \text{ г}}{890 \text{ г/моль}} \approx 5618$ моль.

3. По уравнению реакции найдем количество вещества гидроксида натрия, необходимого для реакции:

$n(NaOH) = 3 \times n((C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5) = 3 \times 5618 \text{ моль} = 16854$ моль.

4. Рассчитаем массу чистого гидроксида натрия, а затем массу и объем его 40%-го раствора:

$m(NaOH) = n(NaOH) \times M(NaOH) = 16854 \text{ моль} \times 40 \text{ г/моль} = 674160$ г.

$m_{p-pa}(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{\omega(NaOH)} = \frac{674160 \text{ г}}{0,4} = 1685400$ г.

$V_{p-pa}(NaOH) = \frac{m_{p-pa}(NaOH)}{\rho_{p-pa}(NaOH)} = \frac{1685400 \text{ г}}{1437 \text{ г/л}} \approx 1173$ л.

5. Теперь найдем, сколько кусков мыла можно получить. Сначала определим массу чистого мыла (стеарата натрия), которое образуется в реакции:

Из уравнения реакции: $n(C_{17}H_{35}COONa) = 3 \times n((C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5) = 16854$ моль.

$m(C_{17}H_{35}COONa) = n \times M = 16854 \text{ моль} \times 306 \text{ г/моль} = 5157124$ г.

6. Эта масса чистого мыла составляет 72% от общей массы хозяйственного мыла. Найдем общую массу произведенного хозяйственного мыла:

$m_{хозяйственного\ мыла} = \frac{m(C_{17}H_{35}COONa)}{\omega_{мыла}} = \frac{5157124 \text{ г}}{0,72} \approx 7162672$ г.

7. Рассчитаем количество кусков мыла массой 200 г:

$n = \frac{m_{хозяйственного\ мыла}}{m_{куска}} = \frac{7162672 \text{ г}}{200 \text{ г}} \approx 35813$ кусков.

Ответ: $V_{p-pa}(NaOH) \approx 1173$ л, $n \approx 35813$ кусков.