Определите объем (н. у.) и массу этана, который образуется при нагревании йодметана массой 5,68 г с металлическим натрием массой 1,15 г.
Для решения задачи применим уравнение реакции между йодметаном (CH₃I) и металлическим натрием (Na):
\[ 2 \text{CH}_3\text{I} + 2 \text{Na} \rightarrow 2 \text{CH}_3\text{Na} + \text{I}_2 \]
Этан (C₂H₆) образуется при последующей реакции метилнатрия с водой, которую можно записать следующим образом:
\[ \text{CH}_3\text{Na} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6 + \text{NaOH} \]
Следовательно, в этой реакции мы сначала получаем метилнатрий, а затем из него — этан.
Находим молекулярные массы:
- Молекулярная масса йодметана (CH₃I) = 12 (C) + 3 * 1 (H) + 126.9 (I) = 140.9 г/моль.
- Молекулярная масса натрия (Na) = 22.99 г/моль.
- Молекулярная масса этана (C₂H₆) = 2 * 12 (C) + 6 * 1 (H) = 30 г/моль.
Рассчитаем количество вещества йодметана: \[ n_{\text{CH}_3\text{I}} = \frac{m_{\text{CH}_3\text{I}}}{M_{\text{CH}_3\text{I}}} = \frac{5.68 \, \text{г}}{140.9 \, \text{г/моль}} \approx 0.0404 \, \text{моль} \]
Рассчитаем количество вещества натрия: \[ n_{\text{Na}} = \frac{m_{\text{Na}}}{M_{\text{Na}}} = \frac{1.15 \, \text{г}}{22.99 \, \text{г/моль}} \approx 0.0500 \, \text{моль} \]
Применим соотношения из уравнения реакции. Из уравнения видно, что для получения двух моль метилнатрия (который образуется из одного моля йодметана) необходимо тоже два моля натрия. Таким образом, йодметан является лимитирующим реактантом, так как на каждую пару реагентов у нас должно быть по 1 молю натрия.
Сколько этана образуется: 1 моль CH₃I дает 1 моль C₂H₆. Следовательно, из 0.0404 моль CH₃I получится 0.0404 моль C₂H₆.
Рассчитаем массу этана: \[ m_{\text{C}_2\text{H}_6} = n_{\text{C}_2\text{H}_6} \times M_{\text{C}_2\text{H}_6} = 0.0404 \, \text{моль} \times 30 \, \text{г/моль} \approx 1.212 \, \text{г} \]
Объем этана при нормальных условиях (н.у.): Объем 1 моль газа при н.у. равен 22.4 л. \[ V_{\text{C}_2\text{H}_6} = n_{\text{C}_2\text{H}_6} \times 22.4 \, \text{л/моль} = 0.0404 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль} \approx 0.905 \, \text{л} \]
Итак, при нагревании 5,68 г йодметана с 1,15 г металлического натрия образуется примерно 1.212 г этана, а его объем при нормальных условиях составит около 0.905 литров.
