Этиловый спирт объёмом 50 см3 смешали с концентрированной серной кисло-той и нагрели до 150 оС. При этом выделился этилен объёмом 5,3 дм3 (н. у.). Рассчи-тайте, какая часть (%) этанола подверглась внутримолекулярной дегидратации. Плот-ность этанола 0,79 г/см3.
7. Какой объём этанола можно получить гидратацией 100 м3 (н. у.) этилена, если выход продукта реакции составляет 95 %? Плотность этанола 0,79 г/см3.
Ниже приведено подробное решение задач по химии (для ученика 10-го класса).
Часть 1. Внутримолекулярная дегидратация этанола до этилена
Данные:
- Объем этилового спирта: 50 см3
- Плотность этанола: 0,79 g/см3
- Объем этилена, выделившегося: 5,3 дм3 = 5,3 L
- Условия: нормальные условия (н.у.) для газов (1 atm, 0 °C), мольный объём газа 22,4 L/моль
- Реакция дегидратации этанола: C2H5OH → C2H4 + H2O (1 моль этанола → 1 моль этилена)
1) Определяем числа моль этанола и этилена
- Молей этилена, полученного из объема 5,3 L при н.у.:
n(Ethylene) = 5,3 L / 22,4 L/mol ≈ 0,237 mol
- Масса этанола:
mass(EtOH) = 50 см3 × 0,79 g/см3 = 39,5 g
- Моли этанола:
n(EtOH, нач) = 39,5 g / 46,07 g/mol ≈ 0,858 mol
2) Стехиометрия
- При дегидратации 1 моль этанола образует 1 моль этилена.
- Следовательно, часть этанола, подвергшаяся внутримолекулярной дегидратации, соответствуют moles(EtOH, дегидрат) = n(C2H4) ≈ 0,237 mol.
3) Вычисляем долю этанола, подвергшего дегидратации
- Доля (%) = (n(EtOH, дегидр) / n(EtOH, нач)) × 100% = 0,237 / 0,858 × 100% ≈ 27,6%
Ответ: примерно 28% этанола подверглось внутримолекулярной дегидратации; оставшиеся ~72% ушли в другие продукты (в том числе образование диэтила эфира или неполное использование).
Дополнительно (для проверки): масса этанола, не подвергшего дегидратации, ≈ 0,858 − 0,237 ≈ 0,621 молей этанола.
Часть 2. Объём этанола, который можно получить гидратацией этилена при выходе 95%
Данные:
- Объём этилена (н.у.): 100 м3 = 100000 L
- Выход продукта реакции: 95% (k = 0,95)
- Реакция гидратации: C2H4 + H2O → C2H5OH (1:1, молекула к молекуле)
- Плотность этанола: 0,79 g/см3
- Молярный объём газа при н.у.: 22,4 L/mol
- Молярная масса этанола: 46,07 g/mol
1) Определяем количество молей этилена и теоретический выпуск этанола
- Моли этилена:
n(Ethylene) = 100000 L / 22,4 L/mol ≈ 4464 mol
- Теоретический выпуск этанола (1 моль этилена → 1 моль этанола): ≈ 4464 mol
2) С учётом выхода 95%
- Реальный выпуск этанола: n(EtOH) = 0,95 × 4464 ≈ 4240 mol
3) Перевод в массу и объём
- Масса этанола:
m(EtOH) = 4240 mol × 46,07 g/mol ≈ 195 600 g
- Объём этанола по плотности 0,79 g/cm3:
V(EtOH) = 195600 g / 0,79 g/cm3 ≈ 247 400 cm3 ≈ 247,4 L ≈ 0,247 м3
Ответ: примерно 0,247 м3 (или около 247 литров) этанола можно получить при гидратации 100 м3 н.у. этиленa с выходом 95%.
Итого:
- Часть этанола, подвергшаяся внутримолекулярной дегидратации, ≈ 28%.
- Объём этанола, получаемый гидратацией 100 м3 этилена при 95% выходе, ≈ 0,247 м3.
