Дано:
- Масса смеси этилена (C2H4) и водорода (H2) = 176 г
- Объем смеси = 224 дм3 при нормальных условиях (н. у.)
- Относительная плотность газовой смеси по водороду = 10,75
Найти:
- Выход продукта реакции.
Решение:
1. Рассчитаем количество вещества смеси в моль:
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л (или 22,4 дм3).
Количество вещества n = V / Vm = 224 дм3 / 22,4 дм3/моль = 10 моль.
2. Пусть x - количество моль этилена, тогда количество моль водорода будет (10 - x).
Запишем уравнение для массы смеси:
M(C2H4) = 2*12 + 4*1 = 24 + 4 = 28 г/моль
M(H2) = 2 г/моль
Уравнение для массы смеси:
28x + 2(10 - x) = 176
28x + 20 - 2x = 176
26x = 156
x = 156 / 26 = 6 моль (этилен)
Следовательно, количество моль водорода:
10 - 6 = 4 моль (водород).
3. Запишем уравнение реакции:
C2H4 + H2 → C2H6.
На каждую молекулу этилена требуется 1 моль водорода.
Пройдя реакцию, весь этилен и 4 моль водорода будут использованы.
4. После реакции образуется 6 моль этана (C2H6) из 6 моль этилена и 6 моль водорода.
5. Рассчитаем относительную плотность полученного газа по водороду:
Молекулярная масса C2H6 = 2*12 + 6*1 = 24 + 6 = 30 г/моль.
Молекулярная масса H2 = 2 г/моль.
Теперь у нас есть 6 моль C2H6 и 4 моль H2 после отделения этана.
Общая масса смеси после реакции:
Масса C2H6 = 6 моль * 30 г/моль = 180 г.
Масса H2 оставшегося = 4 моль * 2 г/моль = 8 г.
Общая масса после реакции = 180 г + 8 г = 188 г.
Относительная плотность смеси по водороду:
p = m / V,
где m - масса, V - объем. Объем остается прежним (224 дм3).
Расчет:
p = 188 г / 224 дм3 = 0,839 г/дм3.
Однако нам нужна относительная плотность, которая равна 10,75:
Mсмеси = 10,75 * 2 г/моль = 21,5 г/моль.
Проверим расчеты на выход этана:
Выход этана = моль * масса = 6 моль * 30 г/моль = 180 г.
Ответ:
Выход продукта реакции составил 180 г.