Номер 300, страница 76 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

300. Запишите уравнение реакции, протекающей при действии избытка спиртового раствора гидроксида калия на 2-метил-1,4-дихлорбутан. Какая масса 2-метил-1,4-дихлорбутана потребуется для получения изопрена массой 54,4 г по указанной реакции, если выход продукта реакции составит 80 %?

Запишите уравнение реакции, протекающей при действии избытка спиртового раствора гидроксида калия на 2-метил-1,4-дихлорбутан.

При действии избытка спиртового раствора сильного основания, такого как гидроксид калия ($KOH$), на дигалогеналканы происходит реакция дегидрогалогенирования. Отщепляются две молекулы галогеноводорода ($HCl$) с образованием алкадиена. В данном случае 2-метил-1,4-дихлорбутан ($CH_2Cl-CH(CH_3)-CH_2-CH_2Cl$) превращается в 2-метилбутадиен-1,3 (широко известный как изопрен), а также образуются побочные продукты - хлорид калия и вода.

Уравнение реакции в общем виде:

$CH_2Cl-CH(CH_3)-CH_2-CH_2Cl + 2KOH \xrightarrow{спиртовой\ раствор, t} CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 + 2KCl + 2H_2O$

Ответ: $CH_2Cl-CH(CH_3)-CH_2-CH_2Cl + 2KOH \xrightarrow{спиртовой\ раствор, t} CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 + 2KCl + 2H_2O$

Какая масса 2-метил-1,4-дихлорбутана потребуется для получения изопрена массой 54,4 г по указанной реакции, если выход продукта реакции составит 80 %?

Дано:

$m_{практ}(C_5H_8) = 54,4 \text{ г}$

$\eta = 80 \% = 0,8$

Найти:

$m(C_5H_{10}Cl_2)$

Решение:

1. Определим теоретическую массу изопрена ($C_5H_8$), которая могла бы образоваться при 100%-ном выходе. Практический выход продукта ($\eta$) связан с практической ($m_{практ}$) и теоретической ($m_{теор}$) массами следующим соотношением:

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}}$

Отсюда, теоретическая масса изопрена равна:

$m_{теор}(C_5H_8) = \frac{m_{практ}(C_5H_8)}{\eta} = \frac{54,4 \text{ г}}{0,8} = 68 \text{ г}$

2. Вычислим молярные массы реагента и продукта, используя относительные атомные массы: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(Cl) = 35,5$.

Молярная масса изопрена ($C_5H_8$):

$M(C_5H_8) = 5 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 68 \text{ г/моль}$

Молярная масса 2-метил-1,4-дихлорбутана ($C_5H_{10}Cl_2$):

$M(C_5H_{10}Cl_2) = 5 \cdot 12 + 10 \cdot 1 + 2 \cdot 35,5 = 60 + 10 + 71 = 141 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) изопрена, соответствующее теоретической массе:

$\nu(C_5H_8) = \frac{m_{теор}(C_5H_8)}{M(C_5H_8)} = \frac{68 \text{ г}}{68 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между 2-метил-1,4-дихлорбутаном и изопреном составляет 1:1.

$\frac{\nu(C_5H_{10}Cl_2)}{1} = \frac{\nu(C_5H_8)}{1}$

Следовательно, для получения 1 моль изопрена теоретически необходим 1 моль 2-метил-1,4-дихлорбутана.

$\nu(C_5H_{10}Cl_2) = \nu(C_5H_8) = 1 \text{ моль}$

5. Рассчитаем требуемую массу 2-метил-1,4-дихлорбутана:

$m(C_5H_{10}Cl_2) = \nu(C_5H_{10}Cl_2) \cdot M(C_5H_{10}Cl_2) = 1 \text{ моль} \cdot 141 \text{ г/моль} = 141 \text{ г}$

Ответ: для получения 54,4 г изопрена потребуется 141 г 2-метил-1,4-дихлорбутана.