Номер 5, страница 196 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. Рассчитайте массу уксусной кислоты, которую можно получить каталитическим окислением $1 \text{ м}^3$ бутана (н. у.), если выход продукта реакции составляет $95 \%$.

Дано:

$V(C_4H_{10}) = 1\ м^3$
$\eta = 95\ \% = 0.95$
Условия: нормальные (н. у.), при которых молярный объем идеального газа $V_m = 22.4\ л/моль$.

Приведение к СИ:
$V_m = 22.4\ л/моль = 22.4 \cdot 10^{-3}\ м^3/моль$

Найти:

$m(CH_3COOH)\ -\ ?$

Решение:

1. Сначала запишем сбалансированное уравнение реакции каталитического окисления бутана кислородом воздуха с образованием уксусной кислоты и воды:

$2C_4H_{10} + 5O_2 \xrightarrow{кат., t} 4CH_3COOH + 2H_2O$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) бутана, вступившего в реакцию, используя его объем и молярный объем газа при нормальных условиях:

$n(C_4H_{10}) = \frac{V(C_4H_{10})}{V_m}$

$n(C_4H_{10}) = \frac{1\ м^3}{22.4 \cdot 10^{-3}\ м^3/моль} \approx 44.643\ моль$

3. По уравнению реакции определим теоретически возможное количество вещества уксусной кислоты. Согласно стехиометрическим коэффициентам, из 2 моль бутана образуется 4 моль уксусной кислоты, то есть их мольное соотношение равно $1:2$.

$n_{теор.}(CH_3COOH) = 2 \cdot n(C_4H_{10})$

$n_{теор.}(CH_3COOH) = 2 \cdot 44.643\ моль \approx 89.286\ моль$

4. Вычислим молярную массу уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60\ г/моль$

5. Теперь рассчитаем теоретическую массу уксусной кислоты, которая могла бы получиться при 100% выходе реакции:

$m_{теор.} = n_{теор.} \cdot M$

$m_{теор.}(CH_3COOH) = 89.286\ моль \cdot 60\ г/моль \approx 5357.16\ г$

6. Учитывая, что практический выход продукта составляет 95%, найдем реальную массу полученной уксусной кислоты:

$m_{практ.} = m_{теор.} \cdot \eta$

$m_{практ.}(CH_3COOH) = 5357.16\ г \cdot 0.95 \approx 5089.3\ г$

Для удобства можно перевести массу в килограммы: $5089.3\ г \approx 5.09\ кг$.

Ответ: масса уксусной кислоты, которую можно получить, составляет 5089.3 г (приблизительно 5.09 кг).