Задание 3 Решить задачи: І вариант 1.Как из метана можно получить бензол? Сколько литров метана необходимо затратить на получение 7,8 г бензола? 2. Сколько граммов гексахлорциклогексана можно получить из бензола массой 15,6 граммов и хлора объемом 15 л при освещении? ІІ вариант 1. Вычислить плотность паров бензола по воздуху, по водороду. 2.Какой объем ацетилена при н.у. необходим для получения бензола объемом 886 мл (пл. 0,88), если выход его составляет 75% от теоретического?

I Вариант

1. Как из метана можно получить бензол? Сколько литров метана необходимо затратить на получение 7,8 г бензола?

Пошаговое решение:

• Шаг 1: Запишем уравнение реакции ароматизации метана: \(6CH_4 \rightarrow C_6H_6 + 9H_2\)
• Шаг 2: Рассчитаем молярную массу бензола (C₆H₆):\(M(C_6H_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 78 \) г/моль
• Шаг 3: Рассчитаем количество вещества бензола:\(n(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{7.8}{78} = 0.1 \) моль
• Шаг 4: Из уравнения реакции видно, что из 6 моль метана получается 1 моль бензола. Следовательно, для получения 0,1 моль бензола потребуется: \(n(CH_4) = 6 \cdot n(C_6H_6) = 6 \cdot 0.1 = 0.6 \) моль метана
• Шаг 5: Рассчитаем объем метана, необходимого для получения 7,8 г бензола (при н.у.):\(V(CH_4) = n(CH_4) \cdot V_m = 0.6 \cdot 22.4 = 13.44 \) л

Ответ: 13,44 литров метана.

2. Сколько граммов гексахлорциклогексана можно получить из бензола массой 15,6 граммов и хлора объемом 15 л при освещении?

Пошаговое решение:

• Шаг 1: Запишем уравнение реакции: \(C_6H_6 + 3Cl_2 \rightarrow C_6H_6Cl_6\)
• Шаг 2: Рассчитаем количество вещества бензола:\(n(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{15.6}{78} = 0.2 \) моль
• Шаг 3: Рассчитаем количество вещества хлора (при н.у.):\(n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{15}{22.4} \approx 0.67 \) моль
• Шаг 4: Определим, какое вещество в избытке. По уравнению реакции, 1 моль бензола реагирует с 3 моль хлора. Проверим соотношение: \(\frac{n(C_6H_6)}{1} = \frac{0.2}{1} = 0.2\)\(\frac{n(Cl_2)}{3} = \frac{0.67}{3} \approx 0.22\)Так как \(0.2 < 0.22\), бензол в недостатке, хлор в избытке.
• Шаг 5: Рассчитаем молярную массу гексахлорциклогексана (C₆H₆Cl₆):\(M(C_6H_6Cl_6) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 6 \cdot 35.5 = 291 \) г/моль
• Шаг 6: Рассчитаем массу гексахлорциклогексана, который можно получить из 0,2 моль бензола:\(m(C_6H_6Cl_6) = n(C_6H_6) \cdot M(C_6H_6Cl_6) = 0.2 \cdot 291 = 58.2 \) г

Ответ: 58,2 грамма гексахлорциклогексана.

II Вариант

1. Вычислить плотность паров бензола по воздуху, по водороду.

Пошаговое решение:

• Шаг 1: Плотность паров бензола по воздуху:\(D_{воздух}(C_6H_6) = \frac{M(C_6H_6)}{M(воздуха)} = \frac{78}{29} \approx 2.69\)
• Шаг 2: Плотность паров бензола по водороду:\(D_{H_2}(C_6H_6) = \frac{M(C_6H_6)}{M(H_2)} = \frac{78}{2} = 39\)

Ответ: Плотность паров бензола по воздуху ≈ 2.69, по водороду = 39.

2. Какой объем ацетилена при н.у. необходим для получения бензола объемом 886 мл (пл. 0,88), если выход его составляет 75% от теоретического?

Пошаговое решение:

• Шаг 1: Запишем уравнение реакции тримеризации ацетилена в бензол: \(3C_2H_2 \rightarrow C_6H_6\)
• Шаг 2: Рассчитаем массу бензола:\(m(C_6H_6) = \rho(C_6H_6) \cdot V(C_6H_6) = 0.88 \cdot 886 = 779.68 \) г
• Шаг 3: Рассчитаем теоретическое количество вещества бензола:\(n_{теор}(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{779.68}{78} \approx 9.996 \) моль
• Шаг 4: Учитывая выход 75%, реальное количество вещества бензола:\(n_{практ}(C_6H_6) = n_{теор}(C_6H_6) \cdot \eta = 9.996 \cdot 0.75 \approx 7.497 \) моль
• Шаг 5: Из уравнения реакции следует, что 3 моль ацетилена дают 1 моль бензола. Значит, количество ацетилена: \(n(C_2H_2) = 3 \cdot n_{практ}(C_6H_6) = 3 \cdot 7.497 \approx 22.491 \) моль
• Шаг 6: Рассчитаем объем ацетилена при н.у.:\(V(C_2H_2) = n(C_2H_2) \cdot V_m = 22.491 \cdot 22.4 \approx 503.798 \) л

Ответ: 503,798 литров ацетилена.