Номер 298, страница 76 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

298. Запишите уравнение реакции, протекающей при действии избытка спиртового раствора гидроксида калия на 1,4-дибромбутан. Рассчитайте массу полученного в данном процессе органического вещества, если для реакции был взят 1,4-дибромбутан массой 108 г, а выход продукта реакции составил 70 %.

При действии избытка спиртового раствора гидроксида калия на 1,4-дибромбутан происходит реакция элиминирования (отщепления). Так как в молекуле 1,4-дибромбутана два атома брома (у первого и четвертого атомов углерода), а сильное основание (KOH) взято в избытке, происходит отщепление двух молекул бромоводорода (HBr). Эта реакция называется дегидробромированием. В результате образуется сопряженный диен — бутадиен-1,3, а также неорганические продукты: бромид калия и вода. Уравнение реакции:

$Br-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-Br + 2KOH \xrightarrow{\text{спирт, } t^{\circ}} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2KBr + 2H_2O$

Далее произведем расчет массы полученного органического вещества.

Дано:

масса 1,4-дибромбутана $m(C_4H_8Br_2) = 108$ г
выход продукта реакции $\eta = 70\%$

Перевод данных в систему СИ:
$m(C_4H_8Br_2) = 108 \text{ г} = 0,108 \text{ кг}$
Для расчетов выход реакции удобнее представить в долях: $\eta = 0,7$

Найти:

массу бутадиена-1,3 $m_{практ}(C_4H_6)$ — ?

Решение:

Для удобства дальнейшие расчеты будем проводить в граммах и г/моль.

Сначала рассчитаем молярные массы исходного вещества (1,4-дибромбутан) и целевого продукта (бутадиен-1,3). Для этого будем использовать округленные значения относительных атомных масс: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(Br)=80$.
Молярная масса 1,4-дибромбутана ($C_4H_8Br_2$):
$M(C_4H_8Br_2) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 80 = 48 + 8 + 160 = 216 \text{ г/моль}$.
Молярная масса бутадиена-1,3 ($C_4H_6$):
$M(C_4H_6) = 4 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 48 + 6 = 54 \text{ г/моль}$.

Далее найдем количество вещества 1,4-дибромбутана, взятого для реакции:
$n(C_4H_8Br_2) = \frac{m(C_4H_8Br_2)}{M(C_4H_8Br_2)} = \frac{108 \text{ г}}{216 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль}$.

Согласно уравнению реакции, из 1 моль 1,4-дибромбутана теоретически образуется 1 моль бутадиена-1,3. Следовательно, теоретическое количество вещества продукта равно количеству вещества исходного реагента:
$n_{теор}(C_4H_6) = n(C_4H_8Br_2) = 0,5 \text{ моль}$.

Теперь можно рассчитать теоретическую массу бутадиена-1,3 (массу, которая получилась бы при 100%-ном выходе):
$m_{теор}(C_4H_6) = n_{теор}(C_4H_6) \cdot M(C_4H_6) = 0,5 \text{ моль} \cdot 54 \text{ г/моль} = 27 \text{ г}$.

Наконец, найдем практическую массу продукта, зная, что выход реакции составляет 70% (или 0,7):
$m_{практ}(C_4H_6) = m_{теор}(C_4H_6) \cdot \eta = 27 \text{ г} \cdot 0,7 = 18,9 \text{ г}$.

Ответ: масса полученного органического вещества (бутадиена-1,3) составляет 18,9 г.