Номер 7, страница 143 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

7. Какой объём этанола можно получить гидратацией $100 \text{ м}^3$ (н. у.) этилена, если выход продукта реакции составляет $95 \%$? Плотность этанола $0,79 \text{ г/см}^3$.

Дано:

$V(C_2H_4) = 100 \text{ м}^3$ (н. у.)

$\eta = 95\%$

$\rho(C_2H_5OH) = 0,79 \text{ г/см}^3$

$V(C_2H_4) = 100 \text{ м}^3$
$\eta = 0,95$
$\rho(C_2H_5OH) = 790 \text{ кг/м}^3$

Найти:

$V(C_2H_5OH) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции гидратации этилена (присоединения воды) с образованием этанола:

$C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{t, p, кат.} C_2H_5OH$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) этилена. Так как объем дан при нормальных условиях (н. у.), для расчета используем молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 0,0224 \text{ м}^3/\text{моль}$:

$\nu(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{100 \text{ м}^3}{0,0224 \text{ м}^3/\text{моль}} \approx 4464,3 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между этиленом и этанолом составляет 1:1. Это означает, что из 1 моль этилена теоретически можно получить 1 моль этанола. Рассчитаем теоретически возможное количество вещества этанола:

$\nu_{теор}(C_2H_5OH) = \nu(C_2H_4) \approx 4464,3 \text{ моль}$

4. Практический выход продукта реакции составляет 95%. Рассчитаем практическое количество вещества этанола, которое будет получено:

$\nu_{практ}(C_2H_5OH) = \nu_{теор}(C_2H_5OH) \cdot \eta = 4464,3 \text{ моль} \cdot 0,95 \approx 4241,1 \text{ моль}$

5. Найдем массу полученного этанола. Для этого сначала вычислим молярную массу этанола ($C_2H_5OH$), используя относительные атомные массы элементов: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$.

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

Теперь можно рассчитать массу этанола:

$m(C_2H_5OH) = \nu_{практ}(C_2H_5OH) \cdot M(C_2H_5OH) = 4241,1 \text{ моль} \cdot 46 \text{ г/моль} \approx 195091 \text{ г}$

6. Зная массу и плотность этанола, найдем его объем. Плотность дана в г/см³, поэтому объем получится в см³. Затем переведем его в м³, чтобы ответ был в тех же единицах, что и исходный объем газа (в 1 м³ содержится 1 000 000 см³).

$V(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{\rho(C_2H_5OH)} = \frac{195091 \text{ г}}{0,79 \text{ г/см}^3} \approx 246950 \text{ см}^3$

Переведем объем в кубические метры:

$V(C_2H_5OH) = 246950 \text{ см}^3 \cdot \frac{1 \text{ м}^3}{1000000 \text{ см}^3} \approx 0,247 \text{ м}^3$

Округляя результат до двух значащих цифр (в соответствии с наименее точными данными в условии — плотностью и выходом), получаем $0,25 \text{ м}^3$.

Ответ: объем этанола, который можно получить, составляет примерно $0,25 \text{ м}^3$.