Номер 248, страница 62 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

248. Бутен-1 объемом $20 \text{ дм}^3$ (н. у.) присоединил водород объемом $3,2 \text{ дм}^3$ (н. у.). Какую массу брома может присоединить образовавшаяся смесь органических веществ?

Дано:

$V(C_4H_8) = 20 \text{ дм}^3$

$V(H_2) = 3.2 \text{ дм}^3$

Все объемы измерены при нормальных условиях (н. у.), молярный объем $V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

Перевод в СИ:

$V(C_4H_8) = 20 \text{ дм}^3 = 0.02 \text{ м}^3$

$V(H_2) = 3.2 \text{ дм}^3 = 0.0032 \text{ м}^3$

$V_m = 22.4 \text{ дм}^3/\text{моль} = 0.0224 \text{ м}^3/\text{моль}$

Найти:

$m(Br_2) - ?$

Решение:

1. В первую очередь происходит реакция гидрирования бутена-1 водородом. Запишем уравнение этой реакции:

$C_4H_8 + H_2 \xrightarrow{кат.} C_4H_{10}$

Из уравнения видно, что бутен-1 и водород реагируют в мольном соотношении 1:1. Согласно закону Авогадро, для газов при одинаковых условиях (в данном случае н. у.) соотношение объемов равно соотношению количеств вещества. Следовательно, объем прореагировавшего бутена-1 равен объему водорода, вступившего в реакцию.

$V(C_4H_8)_{\text{прореаг.}} = V(H_2) = 3.2 \text{ дм}^3$

2. Изначальный объем бутена-1 составлял $20 \text{ дм}^3$. Найдем объем бутена-1, который не вступил в реакцию и остался в избытке:

$V(C_4H_8)_{\text{ост.}} = V(C_4H_8)_{\text{исх.}} - V(C_4H_8)_{\text{прореаг.}} = 20 \text{ дм}^3 - 3.2 \text{ дм}^3 = 16.8 \text{ дм}^3$

Таким образом, после реакции гидрирования образовалась смесь двух органических веществ: продукта реакции — бутана ($C_4H_{10}$) — и непрореагировавшего бутена-1 ($C_4H_8$).

3. Далее эта смесь органических веществ взаимодействует с бромом. Бром вступает в реакцию присоединения с непредельными углеводородами. Из двух компонентов смеси только бутен-1 имеет двойную связь и будет реагировать с бромом. Бутан, как предельный углеводород (алкан), в реакцию присоединения с бромом не вступает.

Уравнение реакции бромирования бутена-1:

$C_4H_8 + Br_2 \rightarrow C_4H_8Br_2$

4. Чтобы найти массу брома, которая может присоединиться, сначала рассчитаем количество вещества оставшегося бутена-1, используя его объем и молярный объем газов при н. у.

$n(C_4H_8)_{\text{ост.}} = \frac{V(C_4H_8)_{\text{ост.}}}{V_m} = \frac{16.8 \text{ дм}^3}{22.4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0.75 \text{ моль}$

5. Из уравнения реакции бромирования видно, что бутен-1 и бром реагируют в мольном соотношении 1:1. Значит, количество вещества брома равно количеству вещества оставшегося бутена-1.

$n(Br_2) = n(C_4H_8)_{\text{ост.}} = 0.75 \text{ моль}$

6. Наконец, рассчитаем массу брома, зная его количество вещества и молярную массу. Молярная масса молекулярного брома $Br_2$ равна:

$M(Br_2) = 2 \times Ar(Br) \approx 2 \times 80 \text{ г/моль} = 160 \text{ г/моль}$

Теперь находим массу брома:

$m(Br_2) = n(Br_2) \times M(Br_2) = 0.75 \text{ моль} \times 160 \text{ г/моль} = 120 \text{ г}$

Ответ: образовавшаяся смесь органических веществ может присоединить 120 г брома.