Чтобы рассчитать массу уксусной кислоты, которую можно получить из 1 м³ бутана при каталитическом окислении, сначала необходимо записать уравнение реакции.
Шаг 1: Написание уравнения реакции.
При каталитическом окислении бутана (C₄H₁₀) образуется уксусная кислота (CH₃COOH), а также углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O). Уравнение реакции можно записать следующим образом:
[ \text{C}4\text{H}{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} ]
Шаг 2: Вычисление количества бутана.
1 м³ (при нормальных условиях) соответствует 1 моль газа на 22.4 л (или 0.0224 м³). Таким образом, 1 м³ бутана содержит:
[ \text{Количество моль бутана} = \frac{1 , \text{м³}}{0.0224 , \text{м³/моль}} \approx 44.64 , \text{моль} ]
Шаг 3: Определение стехиометрии реакции.
Предполагаем, что для получения уксусной кислоты в идеальных условиях количество молей реагентов и продуктов соответствует их количественным коэффициентам в уравнении реакции. В реальных условиях вся масса бутана не будет превращена в уксусную кислоту, но для расчетов воспользуемся идеальным случаем.
Согласно уравнению, на каждые 2 моля бутана можно получить 2 моля уксусной кислоты. Таким образом, 44.64 моль бутана может дать примерно 44.64 моль уксусной кислоты:
[ n_{\text{CH}3\text{COOH}} = n{\text{C}4\text{H}{10}} \approx 44.64 , \text{моль} ]
Шаг 4: Масса уксусной кислоты.
Теперь найдем массу уксусной кислоты, зная, что молярная масса CH₃COOH составляет 60 г/моль.
[ m_{\text{CH}3\text{COOH}} = n{\text{CH}3\text{COOH}} \times M{\text{CH}_3\text{COOH}} ]
[ m_{\text{CH}_3\text{COOH}} \approx 44.64 , \text{моль} \times 60 , \text{г/моль} \approx 2678.4 , \text{г} ]
Шаг 5: Учитываем процент выхода продукта.
Так как выход реакции составляет 95%, мы должны умножить полученную массу на 0.95:
[ m_{\text{выход}} = 2678.4 , \text{г} \times 0.95 \approx 2544.48 , \text{г} ]
Ответ:
Масса уксусной кислоты, которую можно получить из 1 м³ бутана при каталитическом окислении с выходом 95%, составляет примерно 2544.48 граммов.
