Номер 713, страница 161 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

713. Какая масса этилпропаноата будет получена при взаимодействии 15,0 мл этанола (плотность 0,79 $ \text{г}/\text{мл} $) и 14,8 мл соответствующей кислоты (плотность 1 $ \text{г}/\text{см}^3 $), если выход продукта реакции равен 80 $ \% $?

Дано:

$V(C_2H_5OH) = 15,0 \text{ мл} = 15,0 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

$\rho(C_2H_5OH) = 0,79 \text{ г/мл} = 790 \text{ кг/м}^3$

$V(\text{пропановой кислоты}) = 14,8 \text{ мл} = 14,8 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

$\rho(\text{пропановой кислоты}) = 1 \text{ г/см}^3 = 1000 \text{ кг/м}^3$

$\eta = 80 \% = 0,8$

Найти:

$m_{\text{практ}}(\text{этилпропаноата}) - ?$

Решение:

1. Этилпропаноат — это сложный эфир, который образуется в результате реакции этерификации между этанолом ($C_2H_5OH$) и соответствующей ему пропановой (пропионовой) кислотой ($CH_3CH_2COOH$). Запишем уравнение реакции:

$CH_3CH_2COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3CH_2COOC_2H_5 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы реагентов и продукта, используя относительные атомные массы: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$.

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

$M(CH_3CH_2COOH) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 74 \text{ г/моль}$

$M(CH_3CH_2COOC_2H_5) = 5 \cdot 12 + 10 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 102 \text{ г/моль}$

3. Найдем массы исходных веществ (реагентов), используя формулу $m = \rho \cdot V$. Примем, что $1 \text{ мл} = 1 \text{ см}^3$.

$m(C_2H_5OH) = \rho(C_2H_5OH) \cdot V(C_2H_5OH) = 0,79 \text{ г/мл} \cdot 15,0 \text{ мл} = 11,85 \text{ г}$

$m(CH_3CH_2COOH) = \rho(CH_3CH_2COOH) \cdot V(CH_3CH_2COOH) = 1 \text{ г/см}^3 \cdot 14,8 \text{ см}^3 = 14,8 \text{ г}$

4. Определим количество вещества (в молях) для каждого реагента по формуле $n = m/M$.

$n(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{M(C_2H_5OH)} = \frac{11,85 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 0,2576 \text{ моль}$

$n(CH_3CH_2COOH) = \frac{m(CH_3CH_2COOH)}{M(CH_3CH_2COOH)} = \frac{14,8 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

5. Определим, какой из реагентов находится в недостатке (лимитирующий реагент). Согласно уравнению реакции, кислота и спирт реагируют в мольном соотношении 1:1. Так как количество молей пропановой кислоты ($0,2 \text{ моль}$) меньше, чем количество молей этанола ($0,2576 \text{ моль}$), пропановая кислота является лимитирующим реагентом. Дальнейшие расчеты ведем по ней.

6. Рассчитаем теоретически возможное количество вещества этилпропаноата. По уравнению реакции, из 1 моль пропановой кислоты образуется 1 моль этилпропаноата.

$n_{\text{теор}}(\text{этилпропаноата}) = n(CH_3CH_2COOH) = 0,2 \text{ моль}$

7. Вычислим теоретическую массу этилпропаноата ($m_{\text{теор}}$).

$m_{\text{теор}}(\text{этилпропаноата}) = n_{\text{теор}}(\text{этилпропаноата}) \cdot M(\text{этилпропаноата}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 102 \text{ г/моль} = 20,4 \text{ г}$

8. Найдем практическую массу продукта ($m_{\text{практ}}$), учитывая, что выход реакции ($\eta$) составляет 80%.

$m_{\text{практ}} = m_{\text{теор}} \cdot \eta = 20,4 \text{ г} \cdot 0,80 = 16,32 \text{ г}$

Ответ: масса полученного этилпропаноата составляет 16,32 г.