Дано:
- Масса смеси алкенов = 11 г.
- Масса брома, который может присоединить смесь алкенов = 40 г.
- Необходимая масса получившейся смеси алканов = 30 г.
Найти:
- Объем водорода (н. у.), который должен вступить в реакцию со смесью алкенов.
Решение:
1. Определим количество молей брома, который присоединяется к алкенам.
Молярная масса брома (Br2) = 2 * 80 = 160 г/моль.
n(Br2) = 40 г / 160 г/моль = 0,25 моль.
2. Алкены присоединяют бром по реакции:
CnH2n + Br2 -> CnH2n+2 (алкан).
Из одной молекулы брома можно получить один алкан.
3. Поскольку на каждую молекулу брома образуется одна молекула алкана, то количество образующихся алканов равно количеству молей брома:
n(алкацев) = n(Br2) = 0,25 моль.
4. Теперь найдем массу алканов, которые образуются из этой реакции.
Масса CnH2n+2 = n(алкан) * M(алкан).
Чтобы найти формулу для алкана, воспользуемся общей формулой:
Молярная масса алкана (CnH2n+2) = 12n + (2n + 2) = 14n + 2 г/моль.
5. Общая масса алканов с учетом смеси и водорода:
Масса смеси = масса алкенов + масса брома + масса водорода.
30 г = 11 г + 40 г + m(H2).
6. Найдем массу водорода:
m(H2) = 30 г - 11 г - 40 г = -21 г.
Это значение не имеет физического смысла; значит, необходимо пересмотреть расчеты.
7. Пересмотрим процесс:
Получается, что масса алканов 30 г должна включать в себя массу водорода, которая нужна для полной реакции.
8. Водород присоединяется к алкенам. Полное уравнение включает в себя как бром, так и водород:
CnH2n + H2 + Br2 → CnH2n+2.
9. Для расчета необходимого объема водорода используем:
1 моль H2 + 1 моль Br2 = 1 моль алкана.
10. Рассчитаем дополнительную массу водорода. Каждый моль водорода (H2) имеет массу 2 г/моль.
Подсчет массовых долей позволит нам установить сколько нужно водорода для получения 30 г конечного продукта.
Итак, чтобы получить нужную массу (включая уже имеющие 11 г), оставшиеся 30 - 11 = 19 г должны обеспечить только водород.
11. Следовательно, количество водорода:
m(H2) = 19 г.
n(H2) = 19 г / 2 г/моль = 9,5 моль.
12. Рассчитаем объем водорода при нормальных условиях:
V(H2) = n(H2) * 22,4 л/моль = 9,5 моль * 22,4 л/моль ≈ 212,8 л.
Ответ:
Объем водорода, который должен вступить в реакцию со смесью алкенов, составляет примерно 212,8 литров.