номер 7, страница 120 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

7.*Какую массу каучука можно получить по методу Лебедева из $1 \text{ м}^3$ технического спирта плотностью $0.79 \text{ г/см}^3$, содержащего $96 \%$ этанола по массе, если выход реакции получения бутадиена равен $95 \%$, а реакции полимеризации — $98 \%$?

7.Дано:
$V(\text{техн. спирта}) = 1\text{ м}^3 = 10^6\text{ см}^3$
$\rho = 0{,}79\text{ г/см}^3$
$\omega(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = 96\% = 0{,}96$
$\eta_1(\text{бутадиена}) = 95\% = 0{,}95$
$\eta_2(\text{полимеризации}) = 98\% = 0{,}98$
$M(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = 46\text{ г/моль}$
$M(\text{C}_4\text{H}_6) = 54\text{ г/моль}$
Найти: $m(\text{каучука})$

Решение:

1. Уравнения протекающих реакций:
1) Получение бутадиена-1,3 по методу С. В. Лебедева (дегидратация и дегидрирование этанола): $$2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \xrightarrow{\text{ZnO, Al}_2\text{O}_3,\; 450\,^\circ\text{C}} \text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{H}_2\uparrow$$ 2) Полимеризация бутадиена-1,3 с образованием бутадиенового каучука: $$n\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \xrightarrow{t,\, p,\,\text{кат.}} (-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-)_n$$

2. Нахождение массы и количества чистого этанола:
Масса технического спирта: $$m(\text{техн. спирта}) = V \cdot \rho = 10^6\text{ см}^3 \cdot 0{,}79\text{ г/см}^3 = 790\,000\text{ г} = 790\text{ кг}$$ Масса чистого спирта (этанола): $$m(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = m(\text{техн. спирта}) \cdot \omega(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = 790\text{ кг} \cdot 0{,}96 = 758{,}4\text{ кг}$$ Количество вещества этанола: $$n(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = \frac{m(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH})}{M(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH})} = \frac{758{,}4\text{ кг}}{46\text{ кг/кмоль}} \approx 16{,}487\text{ кмоль}$$

3. Расчёт количества и массы полученного бутадиена:
По уравнению реакции (1) из 2 моль этанола теоретически образуется 1 моль дивинила: $$n_{\text{теор}}(\text{C}_4\text{H}_6) = \frac{1}{2} n(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}) = \frac{16{,}487}{2} \approx 8{,}2435\text{ кмоль}$$ С учётом выхода первой реакции ($\eta_1 = 95\%$): $$n_{\text{практ}}(\text{C}_4\text{H}_6) = n_{\text{теор}}(\text{C}_4\text{H}_6) \cdot \eta_1 = 8{,}2435\text{ кмоль} \cdot 0{,}95 \approx 7{,}8313\text{ кмоль}$$

4. Расчёт массы бутадиенового каучука:
Молярная масса мономерного звена $(-\text{C}_4\text{H}_6-)$ равна молярной массе самого бутадиена ($54\text{ г/моль}$ или $54\text{ кг/кмоль}$).
Теоретическая масса каучука при условии полной полимеризации полученного бутадиена: $$m_{\text{теор}}(\text{каучука}) = n_{\text{практ}}(\text{C}_4\text{H}_6) \cdot M(\text{C}_4\text{H}_6) = 7{,}8313\text{ кмоль} \cdot 54\text{ кг/кмоль} \approx 422{,}89\text{ кг}$$ С учётом выхода реакции полимеризации ($\eta_2 = 98\%$): $$m_{\text{практ}}(\text{каучука}) = m_{\text{теор}}(\text{каучука}) \cdot \eta_2 = 422{,}89\text{ кг} \cdot 0{,}98 \approx 414{,}43\text{ кг}$$

Ответ: $414{,}4\text{ кг}$