Каковы массовые доли нитробензола и n-нитротолуола в исходной смеси, если для каталитического восстановления 5,34

Алекс

11

Данная задача на массовые доли может быть решена с использованием закона пропорций. Для начала, нам необходимо определить количество вещества водорода (н.у), которое мы использовали. Для этого мы можем использовать уравнение реакции каталитического восстановления:

\[
C_6H_5NO_2 + C_7H_7NO_2 + 3H_2 \rightarrow C_6H_6 + C_7H_8O + 2H_2O
\]

Из уравнения видно, что коэффициент пропорциональности между нитробензолом (C₆H₅NO₂) и водородом (H₂) равен 1:3. Аналогичный коэффициент между n-нитротолуолом (C₇H₇NO₂) и водородом (H₂) также равен 1:3.

Теперь мы можем перейти к вычислению количества вещества водорода (н.у). Используя уравнение состояния газов (pV = nRT), мы можем выразить количество вещества водорода следующим образом:

\[
n(H₂) = \frac{{PV}}{{RT}}
\]

где P - давление (в нормальных условиях равно 1 атм), V - объем водорода (в данной задаче равен 2,688 л), R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/(моль·К)), T - температура (в нормальных условиях равна 273 K).

\[
n(H₂) = \frac{{1 \, атм \cdot 2,688 \, л}}{{0,0821 \, л·атм/(моль·К) \cdot 273 \, K}}
\]

\[
n(H₂) = 0,108 \, моль
\]

Так как коэффициент пропорциональности между веществами и водородом равен 1:3, то мы можем установить следующую пропорцию:

\[
\frac{{n(C₆H₅NO₂)}}{{n(H₂)}} = \frac{{n(C₇H₇NO₂)}}{{n(H₂)}} = \frac{1}{3}
\]

Подставим известное нам значение количества вещества водорода и найдем количество вещества нитробензола:

\[
n(C₆H₅NO₂) = \frac{1}{3} \cdot 0,108 \, моль
\]

\[
n(C₆H₅NO₂) = 0,036 \, моль
\]

Аналогично, найдем количество вещества n-нитротолуола:

\[
n(C₇H₇NO₂) = \frac{1}{3} \cdot 0,108 \, моль
\]

\[
n(C₇H₇NO₂) = 0,036 \, моль
\]

Теперь мы можем найти массы данных веществ, используя их молярные массы. Молярная масса нитробензола (C₆H₅NO₂) равна 123,11 г/моль, а молярная масса n-нитротолуола (C₇H₇NO₂) равна 137,14 г/моль.

\[
m(C₆H₅NO₂) = n(C₆H₅NO₂) \cdot M(C₆H₅NO₂)
\]

\[
m(C₆H₅NO₂) = 0,036 \, моль \cdot 123,11 \, г/моль
\]

\[
m(C₆H₅NO₂) = 4,43 \, г
\]

Аналогично, найдем массу n-нитротолуола:

\[
m(C₇H₇NO₂) = n(C₇H₇NO₂) \cdot M(C₇H₇NO₂)
\]

\[
m(C₇H₇NO₂) = 0,036 \, моль \cdot 137,14 \, г/моль
\]

\[
m(C₇H₇NO₂) = 4,94 \, г
\]

Таким образом, массовая доля нитробензола в исходной смеси равна \( \frac{{4,43 \, г}}{{5,34 \, г}} \cdot 100\% \approx 82,98\% \), а массовая доля n-нитротолуола равна \( \frac{{4,94 \, г}}{{5,34 \, г}} \cdot 100\% \approx 92,51\% \).