Давайте решим задачу шаг за шагом.
Задача:
При нитровании бензола массой 117 г получил 180 г нитробензола. Нужно найти теоретический выход этого процесса, то есть определить, какой процент от теоретически возможного продукта получен на практике.
Шаг 1. Записать уравнение реакции
Нитрование бензола — это реакция замещения водорода на нитрогруппу (-NO₂):
\[ C_6H_6 + HNO_3 \rightarrow C_6H_5NO_2 + H_2O \]
На практике нитрование происходит за счет реакции бензола с концентрированной азотной кислотой, и предполагается, что весь бензол превращается в нитробензол.
Шаг 2. Найти молярную массу бензола и нитробензола
Молярная масса бензола \( C_6H_6 \): \[ 6 \times 12\,g/mol + 6 \times 1\,g/mol = 72 + 6 = 78\,g/mol \]
Молярная масса нитробензола \( C_6H_5NO_2 \): \[ 6 \times 12 + 5 \times 1 + 14 + 2 \times 16 = 72 + 5 + 14 + 32 = 123\,g/mol \]
Шаг 3. Рассчитать теоретический выход
Максимальный выход нитробензола при полной реакции — это 100%. Теоретический выход очищается от неидеальностей и потерь.
В условии указано, что начали с 117 г бензола.
Объем возможного нитробензола, если бы все бензол превратился в нитробензол:
\[ \text{Масса нитробензола} = \frac{\text{масса бензола}}{\text{молярная масса бензола}} \times \text{молярная масса нитробензола} \]
Таким образом,
\[ \text{Масса нитробензола} (теоретическая) = \frac{117\,g}{78\,g/mol} \times 123\,g/mol \]
Вычисляем:
\[ \frac{117}{78} = 1,5 \]
\[ 1,5 \times 123\,g = 184,5\,g \]
Это масса нитробензола, которую можно было бы получить при полном превращении бензола.
Шаг 4. Рассчитать реальный КПД, или фактический выход
Из условия получено 180 г нитробензола.
Теперь рассчитаем теоретический выход:
\[ \text{Процент выхода} = \frac{\text{фактическая масса нитробензола}}{\text{теоретическая масса}} \times 100\% \]
\[ \text{Процент выхода} = \frac{180\,g}{184,5\,g} \times 100\% \approx 97,6\% \]
Ответ:
Теоретический выход нитробензола составляет примерно 97,6%.
На практике получено 180 г при теоретическом возможном результате около 184,5 г.