Номер 418, страница 95 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

418. В результате дегидрирования циклогексана массой 4,2 г с выходом $80 \%$ получен бензол. В результате нитрования полученного бензола образовался нитробензол массой 3,69 г. Определите выход продукта реакции нитрования.

Дано:
$m(C_6H_{12}) = 4,2 \text{ г}$
$\eta_1(\text{C}_6\text{H}_6) = 80 \% = 0,8$
$m_{\text{практ}}(C_6H_5NO_2) = 3,69 \text{ г}$

Найти:
$\eta_2(C_6H_5NO_2) - ?$

Решение:
1. Запишем уравнения протекающих реакций:
Реакция дегидрирования циклогексана в бензол:
$C_6H_{12} \xrightarrow{t, \text{kat}} C_6H_6 + 3H_2$
Реакция нитрования бензола с образованием нитробензола:
$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_5NO_2 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы веществ, участвующих в расчетах:
$M(C_6H_{12}) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 = 84 \text{ г/моль}$
$M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \text{ г/моль}$
$M(C_6H_5NO_2) = 6 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 123 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (моль) исходного циклогексана:
$n(C_6H_{12}) = \frac{m(C_6H_{12})}{M(C_6H_{12})} = \frac{4,2 \text{ г}}{84 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции дегидрирования, соотношение циклогексана и бензола $1:1$. Рассчитаем теоретическое количество вещества бензола, которое могло бы получиться:
$n_{\text{теор}}(C_6H_6) = n(C_6H_{12}) = 0,05 \text{ моль}$

5. Учитывая, что выход первой реакции составляет 80%, найдем практическое количество вещества полученного бензола:
$n_{\text{практ}}(C_6H_6) = n_{\text{теор}}(C_6H_6) \cdot \eta_1 = 0,05 \text{ моль} \cdot 0,8 = 0,04 \text{ моль}$

6. Полученное количество бензола вступает в реакцию нитрования. По уравнению реакции нитрования, соотношение бензола и нитробензола $1:1$. Рассчитаем теоретическое количество вещества нитробензола, которое можно получить из $0,04$ моль бензола:
$n_{\text{теор}}(C_6H_5NO_2) = n_{\text{практ}}(C_6H_6) = 0,04 \text{ моль}$

7. Найдем теоретическую массу нитробензола:
$m_{\text{теор}}(C_6H_5NO_2) = n_{\text{теор}}(C_6H_5NO_2) \cdot M(C_6H_5NO_2) = 0,04 \text{ моль} \cdot 123 \text{ г/моль} = 4,92 \text{ г}$

8. Теперь, зная практическую массу ($m_{\text{практ}}(C_6H_5NO_2) = 3,69 \text{ г}$) и теоретическую массу ($m_{\text{теор}}(C_6H_5NO_2) = 4,92 \text{ г}$) нитробензола, можем рассчитать выход продукта реакции нитрования ($\eta_2$):
$\eta_2 = \frac{m_{\text{практ}}(C_6H_5NO_2)}{m_{\text{теор}}(C_6H_5NO_2)} \cdot 100\% = \frac{3,69 \text{ г}}{4,92 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,75 \cdot 100\% = 75\%$

Ответ: выход продукта реакции нитрования составляет $75\%$.