Question

5. Объемная доля 2- метилбутана в смеси с метаном (н.у.) равна 75%. При пропускании этой смеси объемом 9,5 л над катализатором (Cr2O3,AI2O3) получен 2- метилбутадиен-1,3 объемом 5л. Рассчитайте массовую долю выхода 2- метилбутадиен-1,3.

Answer 1

СН3-СН(СН3)-СН2-СН3 → СН2=С(СН3)-СН=СН2 + 2Н2
Vт(СН2=С(СН3)-СН=СН2) = V(СН3-СН(СН3)-СН2-СН3 ) = 9.5*0.75 = 7,125 л
W = 5*100/7,125 = 70,2 %

Answer 2

Для решения этой задачи сначала найдем количество молекул 2-метилбутана и метана в исходной смеси. Затем рассчитаем количество молекул 2-метилбутадиен-1,3, образовавшихся при реакции, и, наконец, найдем массовую долю выхода 2-метилбутадиен-1,3.

1. Рассчитаем количество молекул метана и 2-метилбутана в исходной смеси:

Пусть V_methane и V_2-methylbutane обозначают объемы метана и 2-метилбутана соответственно.

Объемная доля 2-метилбутана в смеси равна 75%, поэтому объем метана составляет 25% от общего объема:

V_methane = 0.25 * 9.5 л = 2.375 л V_2-methylbutane = 0.75 * 9.5 л = 7.125 л

2. Найдем количество молекул метана и 2-метилбутана с использованием уравнения состояния идеального газа:

n = (V * P) / (RT)

где n - количество молекул газа, V - объем газа, P - давление, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах.

Давление и температура в данной задаче не указаны, но можно предположить, что они не изменились. Пусть T = T_0 (температура н.у.) и P = P_0 (давление н.у.). Тогда можно сократить R, T и P при расчетах.

Подставляем значения для метана (CH4) и 2-метилбутана (C5H12) в уравнение:

n_methane = (V_methane * P_0) / (RT_0) n_2-methylbutane = (V_2-methylbutane * P_0) / (RT_0)

3. Теперь рассчитаем количество молекул 2-метилбутадиен-1,3, который образуется при реакции:

Реакция образования 2-метилбутадиен-1,3 (C5H8) из 2-метилбутана (C5H12) включает потерю молекулы воды:

C5H12 -> C5H8 + H2O

Молярная масса 2-метилбутана = 72 г/моль Молярная масса 2-метилбутадиен-1,3 = 68 г/моль (включая потерю воды)

Из уравнения баланса массы можно сказать, что масса 2-метилбутадиен-1,3 будет меньше массы 2-метилбутана на массу молекулы воды (18 г/моль):

Масса 2-метилбутадиен-1,3 = Масса 2-метилбутана - Масса воды Масса 2-метилбутадиен-1,3 = (n_2-methylbutane * Молярная масса 2-метилбутана) - (n_2-methylbutane * Молярная масса воды) Масса 2-метилбутадиен-1,3 = n_2-methylbutane * (Молярная масса 2-метилбутана - Молярная масса воды)

4. Рассчитаем массовую долю выхода 2-метилбутадиен-1,3:

Массовая доля 2-метилбутадиен-1,3 = (Масса 2-метилбутадиен-1,3) / (Масса начальной смеси) * 100%

Масса начальной смеси = (n_methane * Молярная масса метана) + (n_2-methylbutane * Молярная масса 2-метилбутана)

Теперь можно вычислить массовую долю:

Массовая доля 2-метилбутадиен-1,3 = (n_2-methylbutane * (Молярная масса 2-метилбутана - Молярная масса воды)) / ((n_methane * Молярная масса метана) + (n_2-methylbutane * Молярная масса 2-метилбутана)) * 100%

Подставьте значения и рассчитайте массовую долю 2-метилбутадиен-1,3.