Напиши дано, найти, решение 25 задача

Нет. В этой реакции водород выделяется, поэтому это не гидрирование, а дегидрирование:

\[ 2\mathrm{C_2H_6}\rightarrow \mathrm{C_4H_8}+2\mathrm{H_2} \]

При гидрировании водород присоединяется, например:

\[ \mathrm{C_4H_8+H_2\rightarrow C_4H_{10}} \]

Для реакции дегидрирования нужны высокая температура и катализатор:

\[ 2\mathrm{C_2H_6} \xrightarrow[\text{катализатор}]{t^\circ} \mathrm{C_4H_8}+2\mathrm{H_2} \]

Обычно: \(t\approx 500\text{–}700^\circ\mathrm{C}\), катализатор — оксид хрома \(\mathrm{Cr_2O_3}\) или никель.

Если речь о гидрировании:

\[ \mathrm{C_4H_8+H_2} \xrightarrow{\mathrm{Ni},\,t^\circ} \mathrm{C_4H_{10}} \]

нужны водород и катализатор \( \mathrm{Ni} \), \( \mathrm{Pt} \) или \( \mathrm{Pd} \).

Задача 11

Дано

\[ V_0(\text{смеси})=11{,}2\ \text{л} \]

\[ D_{\mathrm{H_2}}=16{,}8 \]

\[ V(\mathrm{H_2})=11{,}2\ \text{л} \]

\[ V_{\text{кон}}=17{,}92\ \text{л} \]

\[ V_m=22{,}4\ \text{л/моль} \]

Найти

Состав начальной и конечной смеси алкенов, степень превращения.

Решение

Средняя молярная масса смеси:

\[ \overline M=2\cdot D_{\mathrm{H_2}}=2\cdot16{,}8=33{,}6\ \text{г/моль} \]

Количество исходной смеси:

\[ n=\frac{11{,}2}{22{,}4}=0{,}5\ \text{моль} \]

Пусть \(x\) — количество этилена, \(y\) — количество пропилена:

\[ x+y=0{,}5 \]

\[ 28x+42y=33{,}6\cdot0{,}5=16{,}8 \]

Отсюда:

\[ x=0{,}3\ \text{моль},\qquad y=0{,}2\ \text{моль} \]

Начальная смесь:

\[ \omega(\mathrm{C_2H_4})=\frac{0{,}3}{0{,}5}\cdot100\%=60\% \]

\[ \omega(\mathrm{C_3H_6})=\frac{0{,}2}{0{,}5}\cdot100\%=40\% \]

Реакции гидрирования:

\[ \mathrm{C_2H_4+H_2\rightarrow C_2H_6} \]

\[ \mathrm{C_3H_6+H_2\rightarrow C_3H_8} \]

До реакции после добавления водорода:

\[ n_{\text{до}}=0{,}5+0{,}5=1\ \text{моль} \]

После реакции:

\[ n_{\text{после}}=\frac{17{,}92}{22{,}4}=0{,}8\ \text{моль} \]

Уменьшение количества газа:

\[ \Delta n=1-0{,}8=0{,}2\ \text{моль} \]

Это количество прореагировавших алкенов. Степень превращения:

\[ \alpha=\frac{0{,}2}{0{,}5}\cdot100\%=40\% \]

Так как превращение одинаково для обоих алкенов, их соотношение не изменяется.

Ответ

• Начальная смесь алкенов: \[ \mathrm{C_2H_4}=60\%,\qquad \mathrm{C_3H_6}=40\% \]

• Конечная смесь оставшихся алкенов: \[ \mathrm{C_2H_4}=60\%,\qquad \mathrm{C_3H_6}=40\% \]

• Степень превращения: \[ \boxed{40\%} \]

Состав всей конечной газовой смеси:

\[ \mathrm{H_2}=37{,}5\%,\quad \mathrm{C_2H_4}=22{,}5\%,\quad \mathrm{C_3H_6}=15\%,\quad \mathrm{C_2H_6}=15\%,\quad \mathrm{C_3H_8}=10\%. \]

---

Задача 12

Дано

\[ m(\mathrm{A})=5{,}6\ \text{г} \]

\[ m(\mathrm{HBr})=8{,}1\ \text{г} \]

\[ M(\mathrm{HBr})=81\ \text{г/моль} \]

Найти

Структурные формулы веществ \(А\), \(Б\), \(В\), все изомеры вещества \(А\).

Решение

Количество бромоводорода:

\[ n(\mathrm{HBr})=\frac{8{,}1}{81}=0{,}1\ \text{моль} \]

Алкен присоединяет HBr в соотношении \(1:1\), поэтому:

\[ n(\mathrm{A})=0{,}1\ \text{моль} \]

Молярная масса алкена:

\[ M(\mathrm{A})=\frac{5{,}6}{0{,}1}=56\ \text{г/моль} \]

Общая формула алкенов:

\[ \mathrm{C_nH_{2n}} \]

\[ 14n=56,\qquad n=4 \]

Следовательно:

\[ \mathrm{A=C_4H_8} \]

При взаимодействии бромалкана с натрием протекает реакция Вюрца:

\[ 2\mathrm{RBr}+2\mathrm{Na}\rightarrow \mathrm{R-R}+2\mathrm{NaBr} \]

Возможные варианты

1. Бут-1-ен

\[ \mathrm{CH_2=CH-CH_2-CH_3} \]

По правилу Марковникова:

\[ \mathrm{CH_2=CH-CH_2-CH_3+HBr} \rightarrow \mathrm{CH_3-CHBr-CH_2-CH_3} \]

\[ \boxed{\mathrm{Б: CH_3-CHBr-CH_2-CH_3}} \]

При реакции Вюрца:

\[ 2\mathrm{CH_3-CHBr-CH_2-CH_3}+2\mathrm{Na} \rightarrow \mathrm{CH_3-CH(CH_2CH_3)-CH(CH_2CH_3)-CH_3}+2\mathrm{NaBr} \]

\[ \boxed{\mathrm{В:\ 3,4-диметилгексан}} \]

2. Бут-2-ен

\[ \mathrm{CH_3-CH=CH-CH_3} \]

\[ \mathrm{CH_3-CH=CH-CH_3+HBr} \rightarrow \mathrm{CH_3-CHBr-CH_2-CH_3} \]

Вещество \(В\) также:

\[ \boxed{\mathrm{3,4-диметилгексан}} \]

3. 2-Метилпропен

\[ \mathrm{CH_2=C(CH_3)_2} \]

\[ \mathrm{CH_2=C(CH_3)_2+HBr} \rightarrow \mathrm{(CH_3)_3CBr} \]

\[ \boxed{\mathrm{Б:\ 2-бромо-2-метилпропан}} \]

\[ 2\mathrm{(CH_3)_3CBr}+2\mathrm{Na} \rightarrow \mathrm{(CH_3)_3C-C(CH_3)_3}+2\mathrm{NaBr} \]

\[ \boxed{\mathrm{В:\ 2,2,3,3-тетраметилбутан}} \]

Ответ

Структурные изомеры вещества \(А\):

1. \(\mathrm{CH_2=CH-CH_2-CH_3}\) — бут-1-ен;
2. \(\mathrm{CH_3-CH=CH-CH_3}\) — бут-2-ен;
3. \(\mathrm{CH_2=C(CH_3)_2}\) — 2-метилпропен.

У бут-2-ена дополнительно существуют цис- и транс-изомеры.

Степень превращения определяется по уменьшению общего количества газа.

1. Находим количество вещества до и после реакции

До реакции:

\[ n_0=\frac{11{,}2+11{,}2}{22{,}4}=1\ \text{моль} \]

После реакции:

\[ n_1=\frac{17{,}92}{22{,}4}=0{,}8\ \text{моль} \]

При гидрировании:

\[ \mathrm{C_2H_4+H_2\rightarrow C_2H_6} \]

два моля газа превращаются в один, поэтому количество прореагировавших алкена и водорода:

\[ \xi=n_0-n_1=1-0{,}8=0{,}2\ \text{моль} \]

Исходное количество алкенов:

\[ n(\text{алкенов})=\frac{11{,}2}{22{,}4}=0{,}5\ \text{моль} \]

Степень превращения:

\[ \alpha=\frac{0{,}2}{0{,}5}\cdot100\%=40\% \]

---

2. Как получен состав конечной смеси

В исходной смеси было:

\[ n(\mathrm{C_2H_4})=0{,}3\ \text{моль},\qquad n(\mathrm{C_3H_6})=0{,}2\ \text{моль} \]

Если принять, что оба алкена прореагировали на \(40\%\), то:

\[ n_{\text{прореаг.}}(\mathrm{C_2H_4})=0{,}3\cdot0{,}4=0{,}12\ \text{моль} \]

\[ n_{\text{прореаг.}}(\mathrm{C_3H_6})=0{,}2\cdot0{,}4=0{,}08\ \text{моль} \]

Тогда в конечной смеси:

\[ \begin{array}{c|c} \text{Вещество} & n,\ \text{моль}\\ \hline \mathrm{H_2} & 0{,}5-0{,}2=0{,}3\\ \mathrm{C_2H_4} & 0{,}3-0{,}12=0{,}18\\ \mathrm{C_3H_6} & 0{,}2-0{,}08=0{,}12\\ \mathrm{C_2H_6} & 0{,}12\\ \mathrm{C_3H_8} & 0{,}08 \end{array} \]

Всего:

\[ n_{\text{кон}}=0{,}8\ \text{моль} \]

Объёмные доли равны:

\[ \mathrm{H_2}: \frac{0{,}3}{0{,}8}\cdot100\%=37{,}5\% \]

\[ \mathrm{C_2H_4}=22{,}5\%,\quad \mathrm{C_3H_6}=15\%,\quad \mathrm{C_2H_6}=15\%,\quad \mathrm{C_3H_8}=10\% \]

Важное уточнение: \(40\%\) — это общая степень превращения, которая точно следует из условия. А распределение \(0{,}12\) и \(0{,}08\) моль предполагает, что оба алкена реагируют с одинаковой степенью превращения. Если этого в полном условии нет, точный состав конечной смеси определить однозначно нельзя.