3.Определите, какая масса 2-метилбутана необходима для получения 46,24 г изопрена, если доля выхода продукта реакции составляет 85%?

Для решения этой задачи, давайте сначала разберёмся, как проходит реакция между 2-метилбутаном и изопреном, а затем вычислим массу 2-метилбутана, необходимую для получения заданного количества изопрена с учетом выхода продукта.

Шаг 1: Определим выражение выхода продукта

Если выход продукта реакции составляет 85%, это означает, что из каждых 100 г реагента, 85 г будут превращены в продукт. Чтобы найти, сколько 2-метилбутана нам нужно, мы сначала выясним, насколько реально полученное количество изопрена.

Шаг 2: Определение теоретической массы изопрена

Пусть \( m_1 \) — это минимальная (теоретическая) масса изопрена, необходимая для получения 46,24 г. Мы можем использовать формулу:

\[ m_1 = \frac{m_{\text{изопрен}}}{\text{выход}} = \frac{46,24 \text{ г}}{0,85} \]

Шаг 3: Расчёт теоретической массы

Мы производим расчет:

\[ m_1 = \frac{46,24 \text{ г}}{0,85} \approx 54,33 \text{ г} \]

Это означает, что для получения 46,24 г изопрена с выходом 85% необходимо начать с примерно 54,33 г 2-метилбутана.

Шаг 4: Проблема стехиометрии

Следующий шаг — рассмотреть стехиометрию реакции. Для простоты предполагаем, что 2-метилбутан (C\(_5\)H\(_{12}\)) реагирует с неким реагентом (например, через дегидратацию или другую реакцию, где он превращается в изопрен (C\(_5\)H\(_8\)). Приведём уравнение реакции:

\[ \text{C}_5\text{H}_{12} \rightarrow \text{C}_5\text{H}_8 + \text{продукты} \]

Шаг 5: Определим молярную массу

Теперь определим молярные массы:

• Молярная масса 2-метилбутана (C\(_5\)H\(_{12}\)): \[ 5 \times 12 + 12 \times 1 = 60 + 12 = 72 \text{ г/моль} \]

• Молярная масса изопрена (C\(_5\)H\(_8\)): \[ 5 \times 12 + 8 \times 1 = 60 + 8 = 68 \text{ г/моль} \]

Шаг 6: Подсчет необходимого количества 2-метилбутана

Тогда по стехиометрии, из 1mol 2-метилбутана мы получаем 1mol изопрена. По этому правилу можем рассчитать, сколько 2-метилбутана нужно для 54,33 г:

\[ \text{моль 2-метилбутана} = \frac{54,33 \text{ г}}{72 \text{ г/моль}} \approx 0,754 \text{ моль} \]

Шаг 7: Масса 2-метилбутана

Теперь мы можем рассчитать массу 2-метилбутана, которая нам нужна:

\[ m_{\text{C}_5\text{H}_{12}} = 0,754 \text{ моль} \times 72 \text{ г/моль} \approx 54,33 \text{ г} \]

Ответ

Следовательно, для получения 46,24 г изопрена, если выход реакции составляет 85%, потребуется приблизительно 54,33 г 2-метилбутана.