Номер 858, страница 203 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

858. Анинилин в лаборатории может быть синтезирован в соответствии со следующей схемой:

$\text{C}_6\text{H}_6 \xrightarrow[\text{I}]{\text{HNO}_3/\text{H}_2\text{SO}_4, t} \text{A} \xrightarrow[\text{II}]{\text{Fe/HCl}} \text{Б} \xrightarrow[\text{III}]{\text{KOH}} \text{В (анилин)}.$

Напишите формулы веществ А, Б, В.

Рассчитайте массу анилина, который был получен в результате осуществления указанных превращений из $15 \text{ см}^3$ бензола плотностью $0,89 \text{ г}/\text{см}^3$, если выход на первой стадии составил $80 \%$ , а суммарный выход стадий II и III равен $81 \%$ .

Напишите формулы веществ А, Б, В.

Схема превращений описывает трехстадийный синтез анилина из бензола.

I стадия: Нитрование бензола. Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесь концентрированных азотной и серной кислот) с образованием нитробензола (вещество А). Серная кислота выступает в роли катализатора и водоотнимающего агента.
Уравнение реакции: $C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_5NO_2 + H_2O$
Вещество А — это нитробензол, формула $C_6H_5NO_2$.

II стадия: Восстановление нитробензола. Нитробензол восстанавливается до анилина в кислой среде (реакция Зинина). В качестве восстановителя используют железо (или олово) в соляной кислоте. Поскольку реакция протекает в кислой среде, образующийся анилин (основание) тут же реагирует с соляной кислотой, образуя соль — хлорид фениламмония (вещество Б).
Уравнение реакции: $C_6H_5NO_2 + 3Fe + 7HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]Cl + 3FeCl_2 + 2H_2O$
Вещество Б — это хлорид фениламмония (солянокислый анилин), формула $[C_6H_5NH_3]Cl$.

III стадия: Выделение свободного анилина. На соль (хлорид фениламмония) действуют сильной щелочью (например, KOH), чтобы выделить свободный анилин (вещество В) из его соли.
Уравнение реакции: $[C_6H_5NH_3]Cl + KOH \rightarrow C_6H_5NH_2 + KCl + H_2O$
Вещество В — это анилин, формула $C_6H_5NH_2$.

Ответ: А - $C_6H_5NO_2$ (нитробензол), Б - $[C_6H_5NH_3]Cl$ (хлорид фениламмония), В - $C_6H_5NH_2$ (анилин).

Рассчитайте массу анилина, который был получен в результате осуществления указанных превращений из 15 см³ бензола плотностью 0,89 г/см³, если выход на первой стадии составил 80 %, а суммарный выход стадий II и III равен 81 %.

Дано:

Объем бензола $V(C_6H_6) = 15 \text{ см}^3$

Плотность бензола $\rho(C_6H_6) = 0,89 \text{ г/см}^3$

Выход на стадии I $\eta_1 = 80 \% = 0,80$

Суммарный выход на стадиях II и III $\eta_{2,3} = 81 \% = 0,81$

Найти:

Массу анилина $m(C_6H_5NH_2)$ - ?

Решение:

1. Запишем суммарное уравнение реакции синтеза анилина из бензола:
$C_6H_6 \rightarrow C_6H_5NH_2$
Из уравнения видно, что из 1 моль бензола теоретически можно получить 1 моль анилина.

2. Рассчитаем молярные массы бензола и анилина.
$M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \text{ г/моль}$
$M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 93 \text{ г/моль}$

3. Найдем массу исходного бензола:
$m(C_6H_6) = \rho(C_6H_6) \cdot V(C_6H_6) = 0,89 \text{ г/см}^3 \cdot 15 \text{ см}^3 = 13,35 \text{ г}$

4. Найдем количество вещества (моль) исходного бензола:
$n(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{13,35 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 0,1712 \text{ моль}$

5. По стехиометрии реакции, теоретическое количество вещества анилина равно количеству вещества бензола:
$n_{теор}(C_6H_5NH_2) = n(C_6H_6) = 0,1712 \text{ моль}$

6. Рассчитаем общий выход продукта по всем стадиям. Общий выход равен произведению выходов на каждой стадии:
$\eta_{общ} = \eta_1 \cdot \eta_{2,3} = 0,80 \cdot 0,81 = 0,648$

7. Рассчитаем практическое количество вещества анилина, которое будет получено с учетом выходов на всех стадиях:
$n_{практ}(C_6H_5NH_2) = n_{теор}(C_6H_5NH_2) \cdot \eta_{общ} = 0,1712 \text{ моль} \cdot 0,648 \approx 0,1109 \text{ моль}$

8. Найдем массу полученного анилина:
$m(C_6H_5NH_2) = n_{практ}(C_6H_5NH_2) \cdot M(C_6H_5NH_2) = 0,1109 \text{ моль} \cdot 93 \text{ г/моль} \approx 10,31 \text{ г}$

Ответ: масса полученного анилина составляет 10,31 г.