Номер 241, страница 61 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

241. Какой объем (н. у.) этана потребуется для получения 31 г 30%-ного раствора этиленгликоля по следующей схеме:

$C_2H_6 \xrightarrow{+Cl_2/h\nu} \text{...} \xrightarrow{\text{KOH (спирт.)}} \text{...} \xrightarrow{\text{KMnO}_4 \text{ (p-p)}} \text{...}?$

Дано:

$m(\text{р-ра C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = 31 \text{ г}$
$\omega(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = 30\% = 0.30$
Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$V(\text{C}_2\text{H}_6) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения реакций, соответствующих предложенной схеме превращений:

а) Хлорирование этана на свету (реакция замещения) с образованием хлорэтана:
$\text{C}_2\text{H}_6 + \text{Cl}_2 \xrightarrow{h\nu} \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl} + \text{HCl}$

б) Дегидрогалогенирование хлорэтана спиртовым раствором щелочи с образованием этена (этилена):
$\text{C}_2\text{H}_5\text{Cl} + \text{KOH (спирт.)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O}$

в) Окисление этена водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) с образованием этандиола-1,2 (этиленгликоля):
$3\text{C}_2\text{H}_4 + 2\text{KMnO}_4 + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow 3\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2 + 2\text{MnO}_2\downarrow + 2\text{KOH}$

2. Рассчитаем массу чистого этиленгликоля в 31 г 30%-го раствора:

$m(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = m(\text{р-ра}) \cdot \omega(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = 31 \text{ г} \cdot 0.30 = 9.3 \text{ г}$

3. Найдем количество вещества (моль) этиленгликоля. Для этого сначала рассчитаем его молярную массу:

$M(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = 2 \cdot A_r(\text{C}) + 6 \cdot A_r(\text{H}) + 2 \cdot A_r(\text{O}) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 62 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества:

$n(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = \frac{m(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2)}{M(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2)} = \frac{9.3 \text{ г}}{62 \text{ г/моль}} = 0.15 \text{ моль}$

4. Определим количество вещества этана, необходимое для получения 0.15 моль этиленгликоля.

Из уравнений реакций видно, что соотношение количеств веществ в цепочке превращений следующее:

$n(\text{C}_2\text{H}_6) : n(\text{C}_2\text{H}_5\text{Cl}) = 1:1$
$n(\text{C}_2\text{H}_5\text{Cl}) : n(\text{C}_2\text{H}_4) = 1:1$
$n(\text{C}_2\text{H}_4) : n(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = 3:3 = 1:1$

Следовательно, общее мольное соотношение исходного вещества (этана) и конечного продукта (этиленгликоля) равно 1:1.

$n(\text{C}_2\text{H}_6) = n(\text{C}_2\text{H}_4(\text{OH})_2) = 0.15 \text{ моль}$

5. Рассчитаем объем этана при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$V(\text{C}_2\text{H}_6) = n(\text{C}_2\text{H}_6) \cdot V_m = 0.15 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 3.36 \text{ л}$

Ответ: для получения 31 г 30%-го раствора этиленгликоля потребуется 3.36 л этана (н. у.).