Номер 249, страница 63 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

249. Пропилен массой 25,2 г вступил в реакцию гидрирования. При этом образовалась смесь пропана и пропилена, при пропускании которой через избыток разбавленного раствора $KMnO_4$ получено 11,6 г осадка. Рассчитайте объем (н. у.) водорода, вступившего в реакцию гидрирования.

Дано:

$m(C_3H_6)_{\text{исх}} = 25,2 \text{ г}$

$m(MnO_2) = 11,6 \text{ г}$

$m(C_3H_6)_{\text{исх}} = 0,0252 \text{ кг}$

$m(MnO_2) = 0,0116 \text{ кг}$

Найти:

$V(H_2) - ?$

Решение:

Процесс состоит из двух стадий. На первой стадии часть пропилена вступает в реакцию гидрирования с водородом, в результате чего образуется пропан. $C_3H_6 + H_2 \xrightarrow{кат.} C_3H_8$

На второй стадии полученная газовая смесь, состоящая из непрореагировавшего пропилена и образовавшегося пропана, пропускается через раствор перманганата калия. Пропан, являясь алканом, не реагирует с раствором $KMnO_4$. Пропилен, как алкен, вступает в реакцию мягкого окисления (реакция Вагнера), образуя осадок диоксида марганца $(MnO_2)$. $3C_3H_6 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_3H_8O_2 + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$

1. Рассчитаем количество вещества непрореагировавшего пропилена, используя массу выпавшего осадка $MnO_2$. Молярная масса диоксида марганца: $M(MnO_2) = 55 + 2 \cdot 16 = 87 \text{ г/моль}$. Количество вещества $MnO_2$: $n(MnO_2) = \frac{m(MnO_2)}{M(MnO_2)} = \frac{11,6 \text{ г}}{87 \text{ г/моль}} \approx 0,1333 \text{ моль}$. Согласно уравнению реакции окисления, соотношение количеств веществ пропилена и диоксида марганца составляет $3:2$. Найдем количество вещества пропилена, которое не вступило в реакцию гидрирования: $n(C_3H_6)_{\text{непрореаг}} = \frac{3}{2} n(MnO_2) = \frac{3}{2} \cdot \frac{11,6 \text{ г}}{87 \text{ г/моль}} = \frac{17,4}{87} = 0,2 \text{ моль}$.

2. Рассчитаем исходное количество вещества пропилена. Молярная масса пропилена $C_3H_6$: $M(C_3H_6) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 42 \text{ г/моль}$. Исходное количество вещества пропилена: $n(C_3H_6)_{\text{исх}} = \frac{m(C_3H_6)_{\text{исх}}}{M(C_3H_6)} = \frac{25,2 \text{ г}}{42 \text{ г/моль}} = 0,6 \text{ моль}$.

3. Найдем количество вещества пропилена, вступившего в реакцию гидрирования. Это разница между исходным количеством и непрореагировавшим: $n(C_3H_6)_{\text{прореаг}} = n(C_3H_6)_{\text{исх}} - n(C_3H_6)_{\text{непрореаг}} = 0,6 \text{ моль} - 0,2 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$.

4. Рассчитаем объем водорода. По уравнению реакции гидрирования ($C_3H_6 + H_2 \rightarrow C_3H_8$), количество вещества водорода равно количеству вещества прореагировавшего пропилена: $n(H_2) = n(C_3H_6)_{\text{прореаг}} = 0,4 \text{ моль}$. Объем водорода при нормальных условиях (н.у.) находим по формуле $V = n \cdot V_m$, где $V_m$ — молярный объем газов, равный $22,4 \text{ л/моль}$. $V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,4 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 8,96 \text{ л}$.

Ответ: $8,96 \text{ л}$