Номер 303, страница 77 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

303. Рассчитайте массу 1,4-дибромбутена-2, полученного в результате двухстадийного синтеза из бутена-1 объемом 11,2 дм$^3$ (н. у.). Первая реакция — дегидрирование, вторая — бромирование. Известно, что выход продукта реакции на первой стадии составил 80 %, а на второй — 60 %.

Дано:

$V(\text{C}_4\text{H}_8 \text{, бутен-1}) = 11,2 \text{ дм}^3$ (н. у.)

$\eta_1 \text{ (выход на 1 стадии)} = 80\% = 0,8$

$\eta_2 \text{ (выход на 2 стадии)} = 60\% = 0,6$

$V(\text{C}_4\text{H}_8) = 11,2 \text{ дм}^3 = 11,2 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,0112 \text{ м}^3$

Найти:

$m(\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2 \text{, 1,4-дибромбутен-2}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнения реакций двухстадийного синтеза:

Первая стадия – каталитическое дегидрирование бутена-1 с образованием бутадиена-1,3.

$\text{CH}_2\text{=CH-CH}_2\text{-CH}_3 \xrightarrow{t, kat} \text{CH}_2\text{=CH-CH=CH}_2 + \text{H}_2$

Вторая стадия – бромирование бутадиена-1,3 (1,4-присоединение) с образованием 1,4-дибромбутена-2.

$\text{CH}_2\text{=CH-CH=CH}_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{BrCH}_2\text{-CH=CH-CH}_2\text{Br}$

2. Рассчитаем теоретическое количество вещества исходного бутена-1 ($\text{C}_4\text{H}_8$). Газ находится при нормальных условиях (н. у.), поэтому используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n_{теор}(\text{C}_4\text{H}_8) = \frac{V(\text{C}_4\text{H}_8)}{V_m} = \frac{11,2 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,5 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению первой реакции, из 1 моль бутена-1 образуется 1 моль бутадиена-1,3 ($\text{C}_4\text{H}_6$). Найдем практическое количество вещества бутадиена-1,3, полученного с учетом выхода на первой стадии ($\eta_1 = 80\%$).

$n_{практ}(\text{C}_4\text{H}_6) = n_{теор}(\text{C}_4\text{H}_8) \times \eta_1 = 0,5 \text{ моль} \times 0,8 = 0,4 \text{ моль}$

4. Полученное количество бутадиена-1,3 вступает в реакцию бромирования. Согласно уравнению второй реакции, из 1 моль бутадиена-1,3 образуется 1 моль 1,4-дибромбутена-2 ($\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2$). Найдем практическое количество вещества конечного продукта с учетом выхода на второй стадии ($\eta_2 = 60\%$).

$n_{практ}(\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2) = n_{практ}(\text{C}_4\text{H}_6) \times \eta_2 = 0,4 \text{ моль} \times 0,6 = 0,24 \text{ моль}$

5. Рассчитаем молярную массу 1,4-дибромбутена-2 ($\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2$), используя округленные атомные массы: $A_r(\text{C})=12 \text{ г/моль}$, $A_r(\text{H})=1 \text{ г/моль}$, $A_r(\text{Br})=80 \text{ г/моль}$.

$M(\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2) = 4 \times 12 + 6 \times 1 + 2 \times 80 = 48 + 6 + 160 = 214 \text{ г/моль}$

6. Найдем массу полученного 1,4-дибромбутена-2.

$m(\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2) = n_{практ}(\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2) \times M(\text{C}_4\text{H}_6\text{Br}_2) = 0,24 \text{ моль} \times 214 \text{ г/моль} = 51,36 \text{ г}$

Ответ: масса полученного 1,4-дибромбутена-2 составляет 51,36 г.