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%.