Масса сжиженного газа в баллонах для бытового использования составляет около

Кг. Рассчитайте объем воздуха, необходимый для сжигания этого количества газа, полагая, что его основной состав — пропан. Какой объем углекислого газа при этом выделится? Расчеты приведите к нормальным условиям.

Решение:

1. Определим по уравнению реакции объемы кислорода и углекислого газа.

10 кг х м³                           у м³

С₃Н₈ + 5О₂→ 4Н₂О + 3СО₂

1 моль 5 моль              3 моль

44 г/моль 22,4 л/моль 22,4 л/моль

44 г (кг) 112л (м³) 67,2 л (м³)

Х = 10 ∙ 67,2 / 44 =  25,45 м³ О₂

У = 10 ∙ 112 / 44 = 15,27 м³ СО₂

2. Определим объем воздуха, принимая, что содержание кислорода в нем составляет 21% (по объему).

Х м3 воздуха – 100%

25,45 м³ О₂ - 21%

Х = 121, 19 м³ воздуха.

Ответ: 121,2 м³ воздуха; 15,27 м³ СО₂ .

ПРИМЕР 14. Рассчитайте объем воздуха, необходимый для сгорания природного газа объемом 1 м³с объемными долями метана 91%, этана 4%, водорода 2%, азота и других негорючих газов 3%.

Решение:

1. Определим объемы горючих компонентов природного газа объемом 1 м³(1000 л).

V(СН₄) = 1000∙0,91 = 910 л

V(С₂Н₆) = 1000∙0,04 = 40 л

V(Н₂) = 1000∙0,02 = 20 л

2. Определим объемы кислорода, необходимые для сгорания отдельных компонентов природного газа.

910 л  Х л

СН₄+ 2O₂→ СO₂+ 2Н₂O

1 л       2 л

X = 910 ∙ 2 = 1820 л

40 л    У л

2 С₂Н₆ + 7 O₂ →  4 СO₂ +  6Н₂O

2 л          7 л

У = 40 ∙ 7 / 2 = 140 л

20 л  Z л

2 Н₂ +  O₂ =   2 Н₂O

2 л       1 л

Z = 20 ∙ 1 / 2 = 10 л

3. Определим суммарный объем кислорода.

1820 + 140 + 10 = 1970 л

4. Определим объем воздуха, полагая, что объемная доля кислорода составляет 21%.

V(воздух) = 1970:0,21 = 9381 л ≈ 9,4 м³

Ответ: 9,4  м³.

ПРИМЕР 15. Определите массу технического карбида кальция, содержащего 10% примесей, для получения 5,0 л ацетилена, если выход продукта составляет 95% от теоретически возможного.

Решение:

1. Определим теоретический выход ацетилена.

V(С₂Н₂) = 5 ∙ 95 / 100 = 4,75л

2. Определим массу СаС₂ для получения ацетилена объемом 5,26 л

Х г          5,26 л

СаС₂+ 2Н₂O   →  С₂Н₂ +   Са (ОН)₂

1 моль  1 моль

64 г/моль 22,4 л/моль

64 г          22,4 л

Х = 64 ∙ 5,26 / 22,4 = 15, 03 г

3. Определим массу технического карбида кальция.

Х = 100% - 10% = 90% - это 15,03г карбида кальция без примесей.

15,03 г (чистый СаС₂) – 90%

Х г (СаС₂ с примесями) – 100%

Х = 15,03 ∙ 100% / 90% = 16,7г.

Ответ: 16,7 г.

ПРИМЕР 16. К избытку метанола массой 50,0 г добавили 4,0 г натрия. Определите массовую долю метанолята натрия в полученном растворе.

Решение:

1. Определим массы полученных продуктов реакции.

4,0 г                        х г           у г

2Na + 2СН₃ОН → 2CH₃ONa + Н₂

2 моль                 2 моль  1 моль

23 г/моль            54 г/моль  2 г/моль

46 г                       108 г    2 г

Х = 4 ∙ 108 / 46 = 9,39г CH₃ONa

У = 4 ∙ 2 / 46 = 0,2 г

2. Определим массу полученного раствора с учетом выделившегося водорода.

m _{раствора} = m _СН3ОН  + m _Na - m _H2 = (50,0 + 4,0) – 0,2 = 53,8 г

3. Определим массовую долю алкоголята в растворе:

W = m _СН3ОNa ∙ 100% /   m _{раствора} = 9,39 ∙ 100% / 53,8 г = 17,5%.

Ответ: 17,5%.

ПРИМЕР 17. Через раствор уксусной кислоты объемом 2,0 л с массовой долей СН₃СООН 50% (плотность 1,06) пропустили аммиак объемом 50,0 л (н.у.). Определите состав полученного раствора, считая, что аммиак поглотился полностью.

Решение:

1. Определим массу кислоты в исходном растворе.

m_{раствора СН3СООН} = V ∙ ρ = 2,0 ∙ 1,06  = 2,12 г

m_{р.в. СН3СООН} = m_{раствора СН3СООН} ∙ W = 2,12 ∙ 50% / 100% = 1,06 кг, или 1060 г

2. Определим массы получившегося ацетата аммония и уксусной кислоты, прореагировавшей с аммиаком по уравнению реакции:

Х г               50,0 л         у г

СН₃СООН + NH₃→ CH₃COONH₄

1 моль       1 моль          1 моль

60 г/моль      22,4 л/моль 77 г/моль

60 г             22,4 л             77 г

Х = 50 ∙ 60 / 22,4 = 133,9 г

У = 50 ∙ 77 / 22,4 = 171,875 г

3. Определим массу аммиака:

M(NH₃) = 17 г/моль, или

22,4 л (NH₃) — 17 г

50,0 л (NH₃) — х г

Х = 17 ∙ 50 / 22,4 = 37,9 г

4. Определим массу непрореагировавшей кислоты.

1060 — 133,9 = 926,1 г

5. Определим массу полученного раствора.

(2000 ∙ 1,06) + 37,9 = 2157,9 г

6. Определим массовую долю кислоты в полученном растворе.

ω% (СН₃СООН) = 926,1 ∙ 100 % / 2157,9 = 42,9 %,

7. Определим массовую долю ацетата аммония в полученном растворе.

ω% (CH₃COONH₄) = 171,875 ∙ 100 % / 2157,9 = 8,0 %.

Ответ: ω% (СН₃СООН) = 42,9%, ω% (CH₃COONH₄) = 8,0%.

ПРИМЕР 18. Вычислите максимально возможный выход этилацетата, если для реакции было взято 40 г кислоты и 20 г спирта.

Решение:

1-й способ

1. Определим количества веществ, данных по условию.

М(С₂Н₅ОН) = 46 г/моль; М(СН₃СООН) = 60 г/моль

2. Запишем уравнение реакции.

СН₃СООН + С₂Н₅ОН → СН₃СООС₂Н₅ +  Н₂О

3. Сравнивая мольные отношения реагирующих веществ по уравнению (а) и по условию задачи (б):

а) n (CH₃COOH): n(C₂H₅OH) = 1:1

б) n(CH₃COOH): n(C₂H₅OH) = 0,67:0,43,

делаем вывод, что кислота в избытке, массу продукта реакции определяем по спирту.

4. Определим массу этилацетата.

n (C₂H₅OH)  = n(CH₃COOC₂H₅) = 0,43 моль

М(СН₃СООС₂Н₅) = 88 г/моль

m(CH₃COOC₂H₅) = 0,43∙88 ≈ 38 (г)

Ответ: 38 г.

ПРИМЕР 19. Из бензола массой 50 кг реакцией нитрования было получено мононитропроизводное с выходом 92%, которое было количественно восстановлено железом в присутствии соляной кислоты с выходом амина 80% от теоретически возможного. Определите массу полученного анилина.

Решение:

Й способ

1. Определим практический выход нитробензола и анилина, используя стехиометрические уравнения реакций.

50 кг   х кг (72,5 кг) у кг

С₆Н₆ → C₆H₅NO₂ → С₆Н₅NH₂

1 моль  1 моль          1 моль

78 г/моль 123 г/моль 93 г/моль

                                                78 кг  123 кг 93 кг

X = 50 ∙ 123 / 78 = 78,8 кг C₆H₅NO₂

С учётом выхода:

m (C₆H₅NO₂) = 78,8∙0,92 = 72,5 кг

y = 72,5 ∙ 93 / 78 = 54,8 кг

2. Определим практический выход анилина.

54,8 ∙ 0,8 = 43,8 кг

Ответ: 43,8 кг.

Й способ

Вычисление массы продукта, получаемого через несколько стадий, на каждой из которых происходят производственные потери веществ, можно осуществлять, также используя стехиометрическое уравнение без записи промежуточных продуктов.

1. Определим теоретический выход анилина из 50 кг бензола.

50 кг   х кг

С₆Н₆ → C₆H₅NH₂

1 моль 1 моль

78 г/моль 93 г/моль

78 кг 93 кг

2. Определим практический выход анилина с учетом потерь на каждом этапе производства.

m(C₆H_SNH₂) = 59,6∙0,92∙0,80 = 43,8 (кг)

Ответ: 43,8 кг.

ПРИМЕР 20. В лабораторной установке из 120 л ацетилена (н.у.) получили 60 г бензола. Найдите практический выход бензола.

Решение.
3C₂H₂ (650 ^оС, активированный уголь) = C₆H₆

n (C₂H₂) = V(C₂H₂)/ V_M = 120 л: 22,4 л/моль = 5,35 моль
n (C₆H₆)_теор = 1/3 х n(C₂H₂) = 1/3 х 5,35 моль = 1,785 моль
n (C₆H₆)_практ = m(C₆H₆)/ M(C₆H₆) = 60 г: 78 г/моль = 0,77 моль
ή = (n_практ: n_теор) ∙ 100% = (0,77: 1,785) ∙ 100% = 43%

Ответ. 43%.

ЧТО ТАКОЕ ИЗОМЕРИЯ

Рас­смот­рен­ные нами ранее виды фор­мул, опи­сы­ва­ю­щих ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства, по­ка­зы­ва­ют, что одной мо­ле­ку­ляр­ной может со­от­вет­ство­вать несколь­ко раз­ных струк­турных фор­мул.

На­при­мер, мо­ле­ку­ляр­ной фор­му­ле C₂H₆O со­от­вет­ству­ют два ве­ще­ства с раз­ны­ми струк­тур­ны­ми фор­му­ла­ми – эти­ло­вый спирт и ди­ме­ти­ло­вый эфир. Рис. 1.

Эти­ло­вый спирт – жид­кость, ко­то­рая ре­а­ги­ру­ет с ме­тал­ли­че­ским на­три­ем с вы­де­ле­ни­ем во­до­ро­да, кипит при +78,5⁰С. При тех же усло­ви­ях ди­ме­ти­ло­вый эфир – газ, не ре­а­ги­ру­ю­щий с на­три­ем, кипит при -23⁰С.

Эти ве­ще­ства от­ли­ча­ют­ся своим стро­е­ни­ем – раз­ным ве­ще­ствам со­от­вет­ству­ет оди­на­ко­вая мо­ле­ку­ляр­ная фор­му­ла.

 

Рисунок 1 - Меж­клас­со­вая изо­ме­рия

Яв­ле­ние су­ще­ство­ва­ния ве­ществ, име­ю­щих оди­на­ко­вый со­став, но раз­ное стро­е­ние и по­это­му раз­ные свой­ства на­зы­ва­ют изо­ме­ри­ей (от гре­че­ских слов «изос» – «рав­ный» и «мерос» – «часть», «доля»).

Су­ще­ству­ют раз­ные типы изо­ме­рии.