Номер 468, страница 106 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

468. Этиленгликоль получали по схеме:

$H_2C=CH_2 \xrightarrow{Cl_2} \dots \xrightarrow{NaOH/H_2O} \dots$

Какую массу этиленгликоля можно получить из 11,2 дм³ (н. у.) этилена, если суммарный выход продукта реакции равен 60 %?

Дано:

$V(C_2H_4) = 11,2 \text{ дм}^3$ (н. у.)
$\eta \text{ (выход)} = 60 \% = 0,6$

Найти:

$m(C_2H_6O_2)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнения реакций для получения этиленгликоля из этилена (этена) согласно схеме:

Первая стадия — хлорирование этилена с образованием 1,2-дихлорэтана:
$CH_2=CH_2 + Cl_2 \rightarrow CH_2Cl-CH_2Cl$

Вторая стадия — щелочной гидролиз 1,2-дихлорэтана с образованием этиленгликоля:
$CH_2Cl-CH_2Cl + 2NaOH_{(водн.)} \rightarrow HO-CH_2-CH_2-OH + 2NaCl$

Из уравнений видно, что из 1 моль этилена образуется 1 моль 1,2-дихлорэтана, из которого, в свою очередь, образуется 1 моль этиленгликоля. Таким образом, стехиометрическое соотношение между исходным этиленом и конечным продуктом этиленгликолем составляет 1:1.

2. Найдем количество вещества этилена ($C_2H_4$), вступившего в реакцию. Поскольку газ взят при нормальных условиях (н. у.), для расчета используем молярный объем газов $V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$:
$n(C_2H_4) = \frac{V(C_2H_4)}{V_m} = \frac{11,2 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,5 \text{ моль}$

3. Рассчитаем теоретическое количество вещества этиленгликоля ($C_2H_6O_2$), которое можно получить. Согласно стехиометрии, оно равно количеству вещества этилена:
$n_{\text{теор.}}(C_2H_6O_2) = n(C_2H_4) = 0,5 \text{ моль}$

4. Вычислим молярную массу этиленгликоля ($C_2H_6O_2$):
$M(C_2H_6O_2) = 2 \cdot A_r(C) + 6 \cdot A_r(H) + 2 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 62 \text{ г/моль}$

5. Найдем теоретически возможную массу этиленгликоля:
$m_{\text{теор.}}(C_2H_6O_2) = n_{\text{теор.}}(C_2H_6O_2) \cdot M(C_2H_6O_2) = 0,5 \text{ моль} \cdot 62 \text{ г/моль} = 31 \text{ г}$

6. Рассчитаем практическую массу этиленгликоля, учитывая, что суммарный выход продукта реакции составляет 60% ($\eta = 0,6$):
$m_{\text{практ.}}(C_2H_6O_2) = m_{\text{теор.}}(C_2H_6O_2) \cdot \eta = 31 \text{ г} \cdot 0,6 = 18,6 \text{ г}$

Ответ: можно получить 18,6 г этиленгликоля.