Номер 295, страница 76 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

295. В результате гидрирования бутадиена-1,3 массой 16,2 г получен бутан массой 8,7 г. Рассчитайте выход продукта реакции.

Дано:

Масса бутадиена-1,3, $m(C_4H_6) = 16,2$ г

Практическая масса полученного бутана, $m_{практ}(C_4H_{10}) = 8,7$ г

Найти:

Выход продукта реакции, $\eta$ - ?

Решение:

Для расчета выхода продукта реакции необходимо сначала определить теоретически возможную массу продукта, которую можно было бы получить из данного количества реагента при 100% выходе, а затем сопоставить ее с практически полученной массой.

Первым шагом составим уравнение реакции полного гидрирования бутадиена-1,3 ($C_4H_6$) до бутана ($C_4H_{10}$). Для насыщения двух двойных связей в молекуле бутадиена требуется две молекулы водорода ($H_2$):

$C_4H_6 + 2H_2 \xrightarrow{кат.} C_4H_{10}$

Далее рассчитаем молярные массы исходного вещества (бутадиена-1,3) и продукта реакции (бутана). Используем относительные атомные массы: $A_r(C) = 12$ а.е.м., $A_r(H) = 1$ а.е.м.

Молярная масса бутадиена-1,3: $M(C_4H_6) = 4 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 54$ г/моль.

Молярная масса бутана: $M(C_4H_{10}) = 4 \cdot 12 + 10 \cdot 1 = 58$ г/моль.

Теперь найдем количество вещества (число моль) бутадиена-1,3, вступившего в реакцию, по формуле $n = m/M$:

$n(C_4H_6) = \frac{m(C_4H_6)}{M(C_4H_6)} = \frac{16,2 \text{ г}}{54 \text{ г/моль}} = 0,3$ моль.

Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, из 1 моль бутадиена-1,3 образуется 1 моль бутана. Таким образом, теоретическое количество вещества бутана, которое могло бы получиться, равно количеству вещества исходного бутадиена-1,3:

$n_{теор}(C_4H_{10}) = n(C_4H_6) = 0,3$ моль.

Рассчитаем теоретическую массу бутана ($m_{теор}$), используя найденное теоретическое количество вещества:

$m_{теор}(C_4H_{10}) = n_{теор}(C_4H_{10}) \cdot M(C_4H_{10}) = 0,3 \text{ моль} \cdot 58 \text{ г/моль} = 17,4$ г.

Наконец, рассчитаем выход продукта реакции ($\eta$) как отношение практически полученной массы к теоретически возможной массе, выраженное в процентах:

$\eta = \frac{m_{практ}(C_4H_{10})}{m_{теор}(C_4H_{10})} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{8,7 \text{ г}}{17,4 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,5 \cdot 100\% = 50\%$

Ответ: выход продукта реакции составляет 50%.