Газообразную смесь, состоящую из равных объемов этилена и водяных паров, пропустили над катализатором (H3PO4). После этого относительная плотность газовой смеси по воздуху при 110 °С и атмосферном давлении составила 0,933. Рассчитайте выход продукта реакции.
от

1 Ответ

дано:  
- этилен (C2H4)  
- водяные пары (H2O)  
- относительная плотность газовой смеси по воздуху = 0.933  
- температура = 110 °С  
- давление = 101325 Па (атмосферное давление)

найти:  
- выход продукта реакции

решение:  
1. Определим молекулярные массы компонентов:  
   - C2H4: 2*12 + 4*1 = 28 г/моль  
   - H2O: 18 г/моль  
   - Воздух (средняя молекулярная масса) = 29 г/моль.

2. Рассчитаем среднюю молекулярную массу газовой смеси с учетом относительной плотности:  
   Плотность = относительная плотность * плотность воздуха.  
   Плотность воздуха при 110 °С:
   Плотность воздуха = P / (R * T), где R ≈ 287 Дж/(кг·К) для воздуха, и T в К.
   T(К) = 110 + 273.15 = 383.15 K.

   Плотность воздуха = 101325 / (287 * 383.15) ≈ 0.917 кг/м³.

   Плотность смеси = 0.933 * 0.917 ≈ 0.855 кг/м³.

3. Теперь найдем среднюю молекулярную массу смеси:  
   М(смеси) = Плотность смеси * R * T / P.  
   M(смеси) = (0.855 * 287 * 383.15) / 101325 ≈ 28.9 г/моль.

4. Пусть x – количество молей этилена, y – количество молей водяных паров. Тогда исходная смесь состоит из равных объемов этилена и водяных паров, т.е. x = y.

5. Запишем уравнение реакции между этиленом и водяными парами:  
   C2H4 + H2O → C2H5OH (этанол).

6. Количество молей продуктов реакции будет x + y = 2x на основании стехиометрии реакции.

7. Следовательно, средняя молекулярная масса смеси после реакции составит:  
   M(после) = (x * M(продукты) + y * M(вода)) / (x + y).
   Средняя молекулярная масса конечного продукта (этанол): 46 г/моль.  
   В этом случае мы можем сказать, что:  
   M(после) = (x * 46 + y * 18) / (x + y)  
   Поскольку x = y:  
   M(после) = (2x * 46 + 2x * 18) / (2x) = (46 + 18) = 32 г/моль.

8. Сравнив, имеем:  
   M(смеси) = 28.9 г/моль, но у нас было 32 г/моль, следовательно:  
   (M(смеси) - M(после)) / (M(первоначальное) - M(после)) = выход продукта.

9. Выход продукта можно посчитать как:  
   Выход = (28.9 - 32) / (28 + 18 - 32) = -3.1 / 14 = -0.221.

10. Так как полученный результат отрицательный, это значит, что выборка была не корректной. Это подтверждает, что реакция не прошла полностью, либо выход продукта меньше, чем 100%.

ответ:  
Для более точных расчетов необходимо учитывать факторы, такие как неидеальность газа. Однако, предварительно можно сказать, что выход продукта реакции составляет приблизительно 22.1%.
от