Номер 6, страница 143 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

6. Этиловый спирт объёмом 50 $cm^3$ смешали с концентрированной серной кислотой и нагрели до 150 $^\circ C$. При этом выделился этилен объёмом 5,3 $dm^3$ (н. у.). Рассчитайте, какая часть (%) этанола подверглась внутримолекулярной дегидратации. Плотность этанола 0,79 $g/cm^3$.

Дано:
Объём этилового спирта, $V(C_2H_5OH) = 50 \text{ см}^3$
Плотность этилового спирта, $\rho(C_2H_5OH) = 0.79 \text{ г/см}^3$
Объём выделившегося этилена (н. у.), $V(C_2H_4) = 5.3 \text{ дм}^3$
Молярный объём газа при н. у., $V_m = 22.4 \text{ дм}^3\text{/моль}$

Найти:
Массовую долю прореагировавшего этанола, $\eta(C_2H_5OH)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции внутримолекулярной дегидратации этанола. Реакция протекает при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве катализатора и водоотнимающего средства. При температуре выше 140 °C образуется алкен – этилен:

$C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4, t > 140^\circ C} C_2H_4 \uparrow + H_2O$

2. Рассчитаем начальное количество вещества (моль) этанола. Сначала найдём его массу, используя объём и плотность:

$m(C_2H_5OH)_{исх.} = V(C_2H_5OH) \cdot \rho(C_2H_5OH) = 50 \text{ см}^3 \cdot 0.79 \text{ г/см}^3 = 39.5 \text{ г}$

Теперь найдём количество вещества, используя молярную массу этанола. Молярная масса $C_2H_5OH$:

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

$n(C_2H_5OH)_{исх.} = \frac{m(C_2H_5OH)_{исх.}}{M(C_2H_5OH)} = \frac{39.5 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 0.8587 \text{ моль}$

3. Рассчитаем количество вещества (моль) выделившегося этилена. Объём дан при нормальных условиях (н. у.), поэтому используем молярный объём газа $V_m = 22.4 \text{ дм}^3\text{/моль}$:

$n(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{5.3 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3\text{/моль}} \approx 0.2366 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, из 1 моль этанола образуется 1 моль этилена. Следовательно, количество вещества этанола, вступившего в реакцию, равно количеству вещества образовавшегося этилена:

$n(C_2H_5OH)_{реаг.} = n(C_2H_4) \approx 0.2366 \text{ моль}$

5. Теперь можем рассчитать, какая часть (в процентах) исходного этанола подверглась дегидратации. Для этого найдём отношение количества прореагировавшего этанола к его исходному количеству:

$\eta = \frac{n(C_2H_5OH)_{реаг.}}{n(C_2H_5OH)_{исх.}} \cdot 100\% = \frac{0.2366 \text{ моль}}{0.8587 \text{ моль}} \cdot 100\% \approx 27.55\%$

Ответ: Внутримолекулярной дегидратации подверглось 27,55 % этанола.