Номер 5, страница 176 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. Одним из современных промышленных методов получения уксусного альдегида является окисление этилена хлоридом палладия в присутствии хлорида меди(II) и кислорода воздуха (Вакер-процесс):

$C_2H_4 + O_2 \xrightarrow{CuCl_2, PdCl_2/H_2O} C_2H_4O$ (коэффициенты не расставлены!)

Для синтеза этаналя в промышленных условиях смесь этилена и кислорода пропускают через реактор, содержащий раствор хлоридов палладия и меди(II) при температуре 130 °С и давлении 400 кПа. Известно, что степень превращения веществ в реакторе в указанных условиях составляет 25 %. Укажите массу этаналя, образующегося из этилена объёмом (н. у.) 10 м³ и достаточного количества кислорода.

Дано:

Объем этилена $V(C_2H_4) = 10 \text{ м}^3$ (н. у.)

Степень превращения $\eta = 25\% = 0.25$

Кислород $O_2$ взят в достаточном количестве (в избытке)

Молярный объем газа при нормальных условиях $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}$

Найти:

Массу этаналя $m(C_2H_4O)$

Решение:

1. Первым шагом необходимо составить и уравнять уравнение химической реакции окисления этилена до этаналя (уксусного альдегида), известной как Вакер-процесс:

$2C_2H_4 + O_2 \xrightarrow{CuCl_2, PdCl_2/H_2O} 2C_2H_4O$

Из стехиометрических коэффициентов уравнения следует, что количество вещества прореагировавшего этилена равно количеству вещества образовавшегося этаналя, то есть $\nu(C_2H_4) = \nu(C_2H_4O)$.

2. Рассчитаем начальное количество вещества этилена, исходя из его объема при нормальных условиях (н. у.).

$\nu_{исх.}(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{10 \text{ м}^3}{0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}} \approx 446.43 \text{ моль}$

3. Определим количество вещества этилена, которое фактически вступило в реакцию, используя известную степень превращения ($\eta$). Степень превращения показывает, какая часть исходного реагента была израсходована в реакции.

$\nu_{прореаг.}(C_2H_4) = \nu_{исх.}(C_2H_4) \times \eta = 446.43 \text{ моль} \times 0.25 = 111.6075 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, количество вещества образовавшегося этаналя ($C_2H_4O$) равно количеству вещества прореагировавшего этилена.

$\nu(C_2H_4O) = \nu_{прореаг.}(C_2H_4) = 111.6075 \text{ моль}$

5. Вычислим молярную массу этаналя ($C_2H_4O$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы (C=12, H=1, O=16).

$M(C_2H_4O) = 2 \times 12 + 4 \times 1 + 16 = 24 + 4 + 16 = 44 \text{ г/моль}$

6. Наконец, рассчитаем массу полученного этаналя, умножив его количество вещества на молярную массу.

$m(C_2H_4O) = \nu(C_2H_4O) \times M(C_2H_4O) = 111.6075 \text{ моль} \times 44 \text{ г/моль} \approx 4910.7 \text{ г}$

Переведем полученное значение в килограммы: $4910.7 \text{ г} = 4.9107 \text{ кг}$.

Округляя результат до трех значащих цифр, получаем $4.91 \text{ кг}$.

Ответ: масса этаналя, образующегося из 10 м³ этилена, составляет 4.91 кг.