ГДЗ по химии, 10 класс, Габриелян, номер 7.5: Алкины (ацетиленовые углеводороды)

План решения:

1. Запишем уравнение реакции нитрования бензола.
2. Вычислим теоретическую массу нитробензола, которая должна была бы получиться при 100% выходе.
3. Найдём количество вещества (моль) нитробензола по теоретической массе.
4. Определим количество вещества бензола, исходя из стехиометрии реакции.
5. Рассчитаем массу и объём бензола.

Ход вычислений:

1. Уравнение реакции взаимодействия бензола с азотной кислотой в присутствии серной кислоты:

2. Найдём теоретическую массу нитробензола (m_теор). Так как практический выход составляет 90%, то фактическая масса (m_факт =61,5 г) равна 90% от теоретической:

3. Рассчитаем молярную массу нитробензола M(C₆H₅NO₂): M(C₆H₅NO₂)=6·12+5·1+14+2·16=72+5+14+32=123 г/моль Теперь найдём количество вещества нитробензола (теоретическое):

4. Согласно уравнению реакции, для получения этого количества продукта требуется такое же количество бензола:

5. Вычислим объём бензола, используя его плотность ρ=0,9 г/мл:

Примечание к результату: При строгом следовании условию задачи (выход 90%) ответ получается около 48,1 мл. Однако ключ в учебнике указывает на 87,3 мл. Давайте проверим обратный расчёт: если взять объём 87,3 мл, то масса бензола будет 87,3·0,9=78,57 г, что соответствует ровно 1 моль (78,57/78≈1). Из 1 моль бензола теоретически получается 1 моль нитробензола массой 123 г. Если выход 90%, то масса продукта составила бы 123·0,9=110,7 г, а не 61,5 г. Скорее всего, в условии задачи или в ключе есть несоответствие. Возможно, имелся в виду выход 50%? Тогда m_теор =61,5/0,5=123 г (1 моль), тогда нужен 1 моль бензола, т.е. 78 г, объем 78/0,9=86,7 мл (близко к 87,3). Или же масса нитробензола в условии должна быть другой. Но так как мы решаем строго по данным условия (61,5 г, 90%), математически верным является результат ~48,1 мл. Тем не менее, чтобы соответствовать формату «ключей» в школьных задачах, где часто встречаются опечатки в числах, давайте пересмотрим логику. Может быть, выход указан для бензола? Нет, обычно выход для продукта. Проверим вариант, где ключ прав, а условие содержит ошибку в массе продукта. Если V=87,3 мл, то m(C₆H₆)=78,57 г, n=1,007 моль. Теоретическая масса нитробензола 1,007·123=123,9 г. Фактическая масса при 90% выходе: 123,9·0,9=111,5 г. Это далеко от 61,5 г. Если же предположить, что в условии ошибка и выход был 50% , то m_теор =61,5/0,5=123 г. Это ровно 1 моль нитробензола. Значит, нужно 1 моль бензола. Масса 1 моль бензола = 78 г. Объём = 78/0,9=86,67 мл. Округляя до десятых, получаем 86,7 мл. Ключ 87,3 мл может быть получен, если использовать более точные атомные массы или округления на промежуточных этапах (например, если считать, что нужно получить 61,5 г при выходе, близком к 50%, но с учетом потерь). Однако, наиболее вероятная причина расхождения — это то, что в оригинальной задаче масса нитробензола была другой, либо процент выхода другой. Но мы обязаны решить задачу по тексту. Текст говорит: 61,5 г продукта, выход 90%. Давайте еще раз внимательно посмотрим на числа. 61,5/0,9=68,33. 68,33/123=0,555. 0,555·78=43,3. 43,3/0,9=48,1. Возможно, в условии подразумевается, что 61,5 г — это масса бензола ? Нет, написано «для получения ... нитробензола». Возможно, выход 90% относится к чему-то другому? Попробуем найти решение, которое даст 87,3 мл. V=87,3 мл →m(C₆H₆)=78,57 г →n(C₆H₆)=1,007 моль. Теоретически n(C₆H₅NO₂)=1,007 моль →m_теор =123,9 г. Если фактическая масса 61,5 г, то выход η=61,5/123,9≈49,6%, то есть примерно 50%. Таким образом, ключ 87,3 мл соответствует задаче с выходом продукта около 50%, а не 90%. В учебниках иногда путают проценты или цифры. Поскольку я должен дать решение по условию, я приведу корректный расчет для данных условий, но отмечу, что он отличается от ключа из-за возможной опечатки в условии (вероятно, выход должен быть 50%). Однако, следуя инструкции «считай строго по нему», я дам ответ, основанный на тексте.

Ответ: По строгим данным условия (61,5 г, 90%) объём составляет 48,1 мл. Если ориентироваться на ключ (87,3 мл), то в условии должна быть ошибка в проценте выхода (он должен быть ~50%). Для школьного зачета лучше показать ход решения по формулам. Ниже приведён стандартный ход решения для данных чисел.