Разделы 
Дополнительно
Задача по химии - 3629
2023-09-07 
При полном гидрировании смеси бутана и одного из изомерных бутенов получено 22,4 $дм^{3}$ (н.у.) бутана. При гидратации исходного алкена с выходом 74 % получен бутанол-2 массой 20 г. Установите объемные доли газов в исходной смеси.
Решение:
В реакцию гидрирования вступает только бутен:
$\overset{0,365 \: моль}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{8}}} + H_{2} \overset{t^{ \circ}, кат.}{ \rightarrow} \overset{y}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{10}}}$ (1)
В реакцию гидратации также вступает только алкен, т. е. бутен:
$\overset{x}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{8}}} + H_{2}O \overset{t^{ \circ}, кат.}{ \rightarrow} \overset{0,365 \: моль}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{9}OH}}$; (2)
$M(C_{4}H_{9}OH) = 74 г/моль$.
Находим теоретическую массу спирта и его химическое количество:
$m(C_{4}H_{9}OH)_{теор} = \frac{m(C_{4}H_{9}OH)_{практ}}{ \eta} = \frac{20}{0,74} = 27$ (г);
$n(C_{4}H_{9}OH) = \frac{m(C_{4}H_{9}OH)_{теор}}{M(C_{4}H_{9}OH)} = \frac{27}{74} = 0,365$ (моль).
Из уравнения (2) следует, что химическое количество бутена также равно 0,365 моль:
$x = n(C_{4}H_{8}) = \frac{1 \cdot 0,365}{1} = 0,365$ (моль).
Тогда объем бутена в исходной смеси составляет:
$V(C_{4}H_{8}) = n(C_{4}H_{8}) \cdot V_{m} = 0,365 \cdot 22,4 = 8,2 (дм^{3})$.
Из уравнения (1) следует, что при гидрировании бутена образовалось 0,365 моль бутана:
$y = n(C_{4}H_{10}) = \frac{0,365 \cdot 1}{1} = 0,365$ (моль),
объем которого равен 0,365 -22,4 = 8,2 ($дм^{3}$).
Следовательно, в смеси объемом 22,4 $дм^{3}$ объем исходного бутана составляет
$V(C_{4}H_{10})_{исх} = V(смеси) - V(C_{4}H_{10})_{получ} = 22,4 - 8,2 = 14,2 (дм^{3})$.
Таким образом, исходная смесь состояла из бутана объемом 14,2 $дм^{3}$ и бутена объемом 8,2 $дм^{3}$; общий объем смеси равен 8,2 + 14,2 = 22,4 ($дм^{3}$). Находим объемные доли газов:
$\phi (C_{4}H_{10}) = \frac{V(C_{4}H_{10})}{V(смеси)} = \frac{14,2}{22,4} = 0,634$ (63,4 %);
$\phi (C_{4}H_{8}) = 100 \text{%} - \phi (C_{4}H_{10}) = 100 \text{%} - 63,4 \text{%} = 36,6$ %.
Или:
$\phi (C_{4}H_{8}) = \frac{V(C_{4}H_{8})}{V(смеси)} = \frac{8,2}{22,4} = 0,366$ (46,6 %).
Ответ: $\phi (C_{4}H_{8}) = 36,6$ %; $\phi (C_{4}H_{10}) = 63,4$ %.
При полном гидрировании смеси бутана и одного из изомерных бутенов получено 22,4 $дм^{3}$ (н.у.) бутана. При гидратации исходного алкена с выходом 74 % получен бутанол-2 массой 20 г. Установите объемные доли газов в исходной смеси.
Решение:
В реакцию гидрирования вступает только бутен:
$\overset{0,365 \: моль}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{8}}} + H_{2} \overset{t^{ \circ}, кат.}{ \rightarrow} \overset{y}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{10}}}$ (1)
В реакцию гидратации также вступает только алкен, т. е. бутен:
$\overset{x}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{8}}} + H_{2}O \overset{t^{ \circ}, кат.}{ \rightarrow} \overset{0,365 \: моль}{ \underset{1 \: моль}{C_{4}H_{9}OH}}$; (2)
$M(C_{4}H_{9}OH) = 74 г/моль$.
Находим теоретическую массу спирта и его химическое количество:
$m(C_{4}H_{9}OH)_{теор} = \frac{m(C_{4}H_{9}OH)_{практ}}{ \eta} = \frac{20}{0,74} = 27$ (г);
$n(C_{4}H_{9}OH) = \frac{m(C_{4}H_{9}OH)_{теор}}{M(C_{4}H_{9}OH)} = \frac{27}{74} = 0,365$ (моль).
Из уравнения (2) следует, что химическое количество бутена также равно 0,365 моль:
$x = n(C_{4}H_{8}) = \frac{1 \cdot 0,365}{1} = 0,365$ (моль).
Тогда объем бутена в исходной смеси составляет:
$V(C_{4}H_{8}) = n(C_{4}H_{8}) \cdot V_{m} = 0,365 \cdot 22,4 = 8,2 (дм^{3})$.
Из уравнения (1) следует, что при гидрировании бутена образовалось 0,365 моль бутана:
$y = n(C_{4}H_{10}) = \frac{0,365 \cdot 1}{1} = 0,365$ (моль),
объем которого равен 0,365 -22,4 = 8,2 ($дм^{3}$).
Следовательно, в смеси объемом 22,4 $дм^{3}$ объем исходного бутана составляет
$V(C_{4}H_{10})_{исх} = V(смеси) - V(C_{4}H_{10})_{получ} = 22,4 - 8,2 = 14,2 (дм^{3})$.
Таким образом, исходная смесь состояла из бутана объемом 14,2 $дм^{3}$ и бутена объемом 8,2 $дм^{3}$; общий объем смеси равен 8,2 + 14,2 = 22,4 ($дм^{3}$). Находим объемные доли газов:
$\phi (C_{4}H_{10}) = \frac{V(C_{4}H_{10})}{V(смеси)} = \frac{14,2}{22,4} = 0,634$ (63,4 %);
$\phi (C_{4}H_{8}) = 100 \text{%} - \phi (C_{4}H_{10}) = 100 \text{%} - 63,4 \text{%} = 36,6$ %.
Или:
$\phi (C_{4}H_{8}) = \frac{V(C_{4}H_{8})}{V(смеси)} = \frac{8,2}{22,4} = 0,366$ (46,6 %).
Ответ: $\phi (C_{4}H_{8}) = 36,6$ %; $\phi (C_{4}H_{10}) = 63,4$ %.
