Какова масса полученного нитроэтана при реакции этана объемом 44,8 л с азотной кислотой? Каков практический выход

Морской_Бриз

65

Хорошо, чтобы решить данную задачу, нам необходимо знать уравнение реакции между этаном и азотной кислотой. Затем мы сможем использовать коэффициенты реакции, чтобы найти мольные соотношения между этаном и нитроэтаном.

Уравнение реакции между этаном (C2H6) и азотной кислотой (HNO3) можно записать следующим образом:

\[ C2H6 + HNO3 \to C2H5NO2 + H2O \]

Теперь перейдем к нахождению массы нитроэтана.
Сначала нам необходимо выразить объем этана в условиях нормальных условий (0 градусов Цельсия и 1 атмосферы давления). Для этого воспользуемся формулой газового закона:

\[ PV = nRT \]

где P - давление газа, V - его объем, n - количество молей газа, R - газовая постоянная (примерно 0,0821 л * атм / (моль * К)), T - температура в Кельвинах.

Подставим известные значения:

\[ P = 1 атм \]
\[ V = 44,8 л \]
\[ T = 273,15 K \]
\[ R = 0,0821 л \cdot атм / (моль \cdot К) \]

Теперь мы сможем найти количество молей этана:

\[ n = \frac{{PV}}{{RT}} \]

\[ n = \frac{{1 \cdot 44,8}}{{0,0821 \cdot 273,15}} \approx 1,729 \, \text{моль} \]

Таким образом, у нас есть 1,729 моль этана. Теперь мы можем использовать коэффициенты реакции, чтобы найти мольные соотношения между этаном и нитроэтаном. Из уравнения реакции видно, что коэффициенты для этана и нитроэтана равны 1:1. Это означает, что для образования каждой моли нитроэтана требуется одна моль этана.

Таким образом, мольное соотношение между этаном и нитроэтаном равно 1:1. Значит, количество молей нитроэтана равно количеству молей этана, то есть 1,729 моль.

Для нахождения массы нитроэтана воспользуемся формулой:

\[ m = n \cdot M \]

где m - масса вещества, n - количество молей вещества, M - молярная масса.

Молярная масса нитроэтана (C2H5NO2) можно вычислить, сложив массы атомов углерода, водорода, азота и кислорода:

\[ M = 2 \cdot M_C + 5 \cdot M_H + M_N + 2 \cdot M_O \]

где \( M_C \), \( M_H \), \( M_N \), \( M_O \) - молярные массы атомов углерода, водорода, азота и кислорода соответственно.

Молярные массы атомов:
\( M_C = 12,01 \) г/моль,
\( M_H = 1,01 \) г/моль,
\( M_N = 14,01 \) г/моль,
\( M_O = 16,00 \) г/моль.

Подставим значения:

\[ M = 2 \cdot 12,01 + 5 \cdot 1,01 + 14,01 + 2 \cdot 16,00 \approx 75,07 \, \text{г/моль} \]

Теперь посчитаем массу нитроэтана:

\[ m = 1,729 \cdot 75,07 \approx 129,75 \, \text{г} \]

Таким образом, масса полученного нитроэтана составляет около 129,75 г.

Теперь, чтобы найти практический выход в процентах, нам необходимо знать теоретическую массу нитроэтана, которую мы ожидали получить в результате реакции. Для этого мы можем использовать соотношение коэффициентов реакции.

Из уравнения реакции видно, что коэффициенты для этана и нитроэтана равны 1:1. Это означает, что для образования каждой моли нитроэтана требуется одна моль этана.

Мы уже вычислили количество молей этана, которое было равно 1,729 моль. Следовательно, теоретическое количество молей нитроэтана равно 1,729 моль.

Теперь мы можем найти теоретическую массу нитроэтана:

\[ m_{\text{теор}} = n_{\text{теор}} \cdot M \]

\[ m_{\text{теор}} = 1,729 \cdot 75,07 \approx 129,75 \, \text{г} \]

Обратите внимание, что теоретическая масса нитроэтана такая же, как и масса, которую мы уже рассчитали.

Теперь мы можем найти практический выход (в процентах) по формуле:

\[ \text{практический выход} = \frac{{m}}{{m_{\text{теор}}}} \cdot 100\% \]

\[ \text{практический выход} = \frac{{129,75}}{{129,75}} \cdot 100\% \approx 100\% \]

Таким образом, практический выход нитроэтана составляет около 100%.