номер 6, страница 151 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

6. Для растворения лаков и красок широко используются растворители 645 и 646, которые содержат 50% толуола (по массе). Рассчитайте объём гептана плотностью $0,68 \text{ г/см}^3$, который потребуется для получения $1 \text{ кг}$ толуола, если выход продукта реакции дегидроциклизации составляет 90%.

Дано:
$m_{\text{практ}}(\text{C}_7\text{H}_8) = 1\text{ кг} = 1000\text{ г}$
$\rho(\text{C}_7\text{H}_{16}) = 0{,}68\text{ г/см}^3$
$\eta = 90\% = 0{,}9$
$\omega(\text{толуола в растворителе}) = 50\%$ (справочные данные)
Найти: $V(\text{C}_7\text{H}_{16})$

Решение:

1. Составим уравнение реакции дегидроциклизации (ароматизации) гептана в толуол (метилбензол):

$$\text{C}_7\text{H}_{16} \xrightarrow{t, \text{ кат.}} \text{C}_7\text{H}_8 + 4\text{H}_2\uparrow$$

2. Рассчитаем молярные массы веществ:

$M(\text{C}_7\text{H}_8) = 7 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 92\text{ г/моль}$
$M(\text{C}_7\text{H}_{16}) = 7 \cdot 12 + 16 \cdot 1 = 100\text{ г/моль}$

3. Найдем теоретическую массу и теоретическое количество вещества толуола с учетом практического выхода реакции $\eta = 90\%$:

$$m_{\text{теор}}(\text{C}_7\text{H}_8) = \frac{m_{\text{практ}}(\text{C}_7\text{H}_8)}{\eta} = \frac{1000\text{ г}}{0{,}9} \approx 1111{,}11\text{ г}$$
$$n_{\text{теор}}(\text{C}_7\text{H}_8) = \frac{m_{\text{теор}}}{M} = \frac{1111{,}11\text{ г}}{92\text{ г/моль}} \approx 12{,}08\text{ моль}$$

4. По уравнению реакции определим количество вещества и массу гептана:

По коэффициентам реакции: $n(\text{C}_7\text{H}_{16}) = n_{\text{теор}}(\text{C}_7\text{H}_8) \approx 12{,}08\text{ моль}$.
$$m(\text{C}_7\text{H}_{16}) = n(\text{C}_7\text{H}_{16}) \cdot M(\text{C}_7\text{H}_{16}) = 12{,}08\text{ моль} \cdot 100\text{ г/моль} = 1208\text{ г}$$

5. Рассчитаем необходимый объём гептана:

$$V(\text{C}_7\text{H}_{16}) = \frac{m(\text{C}_7\text{H}_{16})}{\rho(\text{C}_7\text{H}_{16})} = \frac{1208\text{ г}}{0{,}68\text{ г/см}^3} \approx 1776\text{ см}^3 \approx 1{,}78\text{ л}$$

Примечание: В условии задачи приведена информация о содержании толуола в растворителях (50 %), однако требование сформулировано строго для получения $1\text{ кг}$ чистого толуола. Если же по смыслу задачи предполагалось получить $1\text{ кг}$ растворителя (в котором содержится $50\%$, то есть $0{,}5\text{ кг}$ толуола), то объём гептана составит ровно в два раза меньше — примерно $0{,}89\text{ л}$ ($888\text{ см}^3$).

Ответ: $1{,}78\text{ л}$ (или $1776\text{ см}^3$).