номер 5, страница 207 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5.*Одним из современных промышленных методов получения уксусного альдегида является окисление этилена кислородом воздуха в присутствии хлоридов палладия(II) и меди(II) (Вакер-процесс):

$$C_2H_4 + O_2 \xrightarrow{CuCl_2, PdCl_2} C_2H_4O \text{ }$$ (коэффициенты не расставлены!)

Для синтеза этаналя в промышленных условиях смесь этилена и кислорода пропускают через реактор, содержащий раствор хлоридов палладия(II) и меди(II) при температуре $130 \text{ } ^\circ\text{C}$ и давлении $400 \text{ } кПа$. Известно, что степень превращения веществ в реакторе в указанных условиях составляет $25\%$. Укажите массу этаналя, образующегося из этилена объёмом (н. у.) $10 \text{ } м^3$ и достаточного количества кислорода.

5.Дано:

$V(\text{C}_2\text{H}_4) = 10\ \text{м}^3 = 10\,000\ \text{л}$ (н. у.)
$\eta = 25\ \%$ (или $0{,}25$)
$V_m = 22{,}4\ \text{л/моль}$
$M(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = 12 \cdot 2 + 1 \cdot 4 + 16 = 44\ \text{г/моль}$

Найти: $m(\text{C}_2\text{H}_4\text{O})$

Решение:

Составим уравнение каталитического окисления этилена (Вакер-процесс) и расставим стехиометрические коэффициенты:

$$2\text{C}_2\text{H}_4 + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{CuCl}_2, \text{PdCl}_2} 2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}$$

Параметры температуры ($130\ ^\circ\text{C}$) и давления ($400\ \text{кПа}$) описывают технологический режим процесса в реакторе, однако исходный объём этилена задан при нормальных условиях (н. у.).

Вычислим исходное количество вещества этилена:

$$n_{\text{исх}}(\text{C}_2\text{H}_4) = \frac{V(\text{C}_2\text{H}_4)}{V_m} = \frac{10\,000\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} \approx 446{,}43\ \text{моль}$$

По условию задачи в реакцию вступает только часть этилена, определяемая степенью превращения ($\eta = 25\ \%$):

$$n_{\text{прореаг}}(\text{C}_2\text{H}_4) = n_{\text{исх}}(\text{C}_2\text{H}_4) \cdot \eta = 446{,}43\ \text{моль} \cdot 0{,}25 \approx 111{,}61\ \text{моль}$$

По уравнению реакции количества этилена и получаемого этаналя равны ($1 : 1$):

$$n(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = n_{\text{прореаг}}(\text{C}_2\text{H}_4) \approx 111{,}61\ \text{моль}$$

Рассчитаем массу образовавшегося уксусного альдегида:

$$m(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = n(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) \cdot M(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}) = 111{,}61\ \text{моль} \cdot 44\ \text{г/моль} \approx 4910{,}8\ \text{г} \approx 4{,}91\ \text{кг}$$

Ответ: $4{,}91\ \text{кг}$ (или $\approx 4911\ \text{г}$)