Какой количество водорода требуется для проведения процесса гидрирования 12,4 г смеси газов, содержащей 23,58% этена

Magiya_Lesa

51

Для решения этой задачи нам потребуется знать молярные массы веществ, а также принцип молярных соотношений в химических реакциях. Давайте начнем с подсчета молярных масс.

Молярная масса этена (C₂H₄) равна 28,05 г/моль.
Молярная масса пропена (C₃H₆) равна 42,08 г/моль.
Молярная масса бутена-2 (C₄H₈) равна 56,11 г/моль.
Молярная масса водорода (H₂) равна 2,02 г/моль.

Теперь мы можем приступить к вычислению количества водорода, требуемого для проведения процесса гидрирования смеси газов.

Для начала определим мольные доли каждого вещества в смеси газов.

Мольная доля этена:
\[\text{мольная доля этена} = \frac{\text{масса этена}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\%\]
\[\text{мольная доля этена} = \frac{23,58\%}{100\%} = 0,2358\]

Мольная доля пропена:
\[\text{мольная доля пропена} = \frac{\text{масса пропена}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\%\]
\[\text{мольная доля пропена} = \frac{32,26\%}{100\%} = 0,3226\]

Мольная доля бутена-2:
\[\text{мольная доля бутена-2} = \frac{\text{масса бутена-2}}{\text{общая масса смеси}} \times 100\%\]
\[\text{мольная доля бутена-2} = \frac{45,16\%}{100\%} = 0,4516\]

Теперь мы можем вычислить количество вещества (в молях) для каждого компонента смеси.

Количество этилена:
\[\text{количество этена (моль)} = \text{мольная доля этена} \times \frac{\text{масса этена}}{\text{молярная масса этена}}\]
\[\text{количество этена (моль)} = 0,2358 \times \frac{12,4\text{ г}}{28,05\text{ г/моль}} = 0,1047\text{ моль}\]

Количество пропена:
\[\text{количество пропена (моль)} = \text{мольная доля пропена} \times \frac{\text{масса пропена}}{\text{молярная масса пропена}}\]
\[\text{количество пропена (моль)} = 0,3226 \times \frac{12,4\text{ г}}{42,08\text{ г/моль}} = 0,0954\text{ моль}\]

Количество бутена-2:
\[\text{количество бутена-2 (моль)} = \text{мольная доля бутена-2} \times \frac{\text{масса бутена-2}}{\text{молярная масса бутена-2}}\]
\[\text{количество бутена-2 (моль)} = 0,4516 \times \frac{12,4\text{ г}}{56,11\text{ г/моль}} = 0,0999\text{ моль}\]

Теперь мы можем использовать химическую реакцию гидрирования каждого компонента, чтобы определить количество водорода, необходимого для каждого случая.

Реакция гидрирования этена (C₂H₄):
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆

Переведем это в мольные соотношения:
1 моль этена требует 1 моль водорода.

Следовательно, количество водорода, требуемого для этена, равно:
\[\text{количество водорода для этена (моль)} = \text{количество этена (моль)} = 0,1047\text{ моль}\]

Реакция гидрирования пропена (C₃H₆):
C₃H₆ + H₂ → C₃H₈

Переведем это в мольные соотношения:
1 моль пропена требует 1 моль водорода.

Следовательно, количество водорода, требуемого для пропена, равно:
\[\text{количество водорода для пропена (моль)} = \text{количество пропена (моль)} = 0,0954\text{ моль}\]

Реакция гидрирования бутена-2 (C₄H₈):
C₄H₈ + H₂ → C₄H₁₀

Переведем это в мольные соотношения:
1 моль бутена-2 требует 1 моль водорода.

Следовательно, количество водорода, требуемого для бутена-2, равно:
\[\text{количество водорода для бутена-2 (моль)} = \text{количество бутена-2 (моль)} = 0,0999\text{ моль}\]

Теперь найдем общее количество водорода, требуемого для всех компонентов смеси, просуммировав результаты выше:
\[\text{общее количество водорода (моль)} = \text{количество водорода для этена (моль)} + \text{количество водорода для пропена (моль)} + \text{количество водорода для бутена (моль)}\]
\[\text{общее количество водорода (моль)} = 0,1047\text{ моль} + 0,0954\text{ моль} + 0,0999\text{ моль} = 0,300\text{ моль}\]

Итак, требуется 0,300 моль водорода для проведения процесса гидрирования 12,4 г смеси газов, содержащей 23,58% этена, 32,26% пропена и 45,16% бутена 2.