Номер 4, страница 209 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

4. Вычислите массу этилового эфира уксусной кислоты, который может быть получен при взаимодействии 30 г уксусной кислоты с 40 г этилового спирта, если выход продукта реакции составляет 75 %.

Дано:

$m(CH_3COOH) = 30 \text{ г}$

$m(C_2H_5OH) = 40 \text{ г}$

$\eta = 75\% = 0.75$

Найти:

$m_{практ}(CH_3COOC_2H_5) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции этерификации — взаимодействия уксусной кислоты с этиловым спиртом с образованием этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата) и воды:

$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

2. Рассчитаем молярные массы участвующих в реакции веществ:

Молярная масса уксусной кислоты ($CH_3COOH$):

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

Молярная масса этилового спирта ($C_2H_5OH$):

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46 \text{ г/моль}$

Молярная масса этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$):

$M(CH_3COOC_2H_5) = 4 \cdot Ar(C) + 8 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 88 \text{ г/моль}$

3. Вычислим количество вещества (в молях) для каждого из реагентов по формуле $n = m/M$:

$n(CH_3COOH) = \frac{30 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

$n(C_2H_5OH) = \frac{40 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} \approx 0.87 \text{ моль}$

4. Определим, какое из веществ находится в недостатке. Согласно уравнению реакции, реагенты взаимодействуют в мольном соотношении 1:1.

Сравнивая количество вещества реагентов, видим, что $0.5 \text{ моль} < 0.87 \text{ моль}$. Следовательно, уксусная кислота является лимитирующим реагентом, и она прореагирует полностью. Этиловый спирт взят в избытке. Дальнейшие расчеты будем вести по количеству уксусной кислоты.

5. Рассчитаем теоретически возможную массу продукта (этилацетата). Из уравнения реакции следует, что из 1 моль уксусной кислоты образуется 1 моль этилацетата. Значит, из 0.5 моль кислоты теоретически образуется 0.5 моль эфира.

$n_{теор}(CH_3COOC_2H_5) = n(CH_3COOH) = 0.5 \text{ моль}$

Теперь найдем теоретическую массу этилацетата:

$m_{теор} = n_{теор} \cdot M$

$m_{теор}(CH_3COOC_2H_5) = 0.5 \text{ моль} \cdot 88 \text{ г/моль} = 44 \text{ г}$

6. Вычислим практическую массу этилацетата, учитывая, что выход продукта составляет 75% от теоретически возможного.

$m_{практ} = m_{теор} \cdot \eta$

$m_{практ}(CH_3COOC_2H_5) = 44 \text{ г} \cdot 0.75 = 33 \text{ г}$

Ответ: масса этилового эфира уксусной кислоты, который может быть получен, составляет 33 г.