Альдегиды и кетоны. Задача 2

1. Напишем уравнение реакции:

СН₂О + Н_2(г) = СН₃ОН_(ж)

2. Примем количество вещества исходной смеси 1 моль. Пусть количество вещества формальдегида в исходной смеси будет равно х, тогда количество вещества водорода в этой смеси будет равным (1-х) моль

Массы компонентов соответственно будут равны:

m₁(СН₂О) = 30х г.; m₁(Н₂) = (1-Х) ⋅ 2 = (2-2х)г.

3. Зная плотность по водороду исходной смеси найдем ее молекулярную массу:

М₁(смеси) = D_H2(1) ⋅ М(Н₂) = 6,6 ⋅ 2=13,2г/моль

4. Масса смеси равна сумме масс ее компонентов. Учитывая это, определяем состав исходной смеси:

М₁(смеси) = m₁(СН₂О) + m₁(Н₂) = 30х + (2-2х) = 13,2; отсюда х = 0,4

Таким образом, в состав исходной смеси входит 0,4 моль формальдегида. Количество вещества водорода в смеси равно:

n₁(H₂) = 0,1 – 0,4 = 0,6 моль

5. Аналогично определим состав конечной смеси. Примем количество вещества формальдегида в конечной смеси y моль, тогда количество вещества водорода в данной смеси будет равно: n2(Н2) = (1 — y) моль

Массы компонентов соответственно будут равны:

m₂(СН₂О) = 30y г.; m₂(Н₂) = (1-y) ⋅ 2 = (2-2y)г.

Молярная масса конечной смеси будет равна:

М₂(смеси) = D_H2(2) ⋅ М(Н₂) = 4,5 ⋅ 2 = 9 г/моль

Составим уравнение и решим его

М₂(смеси) = m₂(СН₂О) + m₂(Н₂) = 30y + (2-2y) = 9; отсюда y = 0,25 моль

n₂(H₂) = 0,1 – 0,25 = 0,75 моль

6. Однако, если в реакцию вступает 1 моль смеси СН₂О и Н₂, то количество вещества после реакции будет меньше на 1 моль. Количество вещества уменьшится, так как часть формальдегида и водорода превратится в метанол, который является жидкостью и не входит в состав газовой смеси. Примем количество вещества прореагировавшего формальдегида за z моль. Тогда количество вещества оставшегося формальдегида будет равно:

n_ост(СН₂О) = n₁(СН₂О) – z = (0,4 — z)моль

Согласно уравнению реакции: n_{прореаг}(Н₂) = n_{прореаг}(СН₂О) = z моль

Соответственно: n_ост(Н₂) = n₁(H₂) — n_{прореаг}(Н₂) = 0,6 – z  моль

7. Количество вещества водорода и формальдегида в оставшейся после реакции смеси пропорциональны количествам вещества водорода и формальдегида в 1 моль той же смеси:

n_ост(Н₂) / n_ост(СН₂О) = n₂(H₂) / n₂(СН₂О) или

0,6 – z  / 0,4 – z = 0,75 / 0,25

Получаем уравнение:

0,6 – z  / 0,4 – z =3, отсюда z =0,3

Следовательно, количество вещества прореагировавшего формальдегида равно 0,3 моль. В соответствии с уравнением реакции количество вещества образовавшегося метанола также равно 0,3 моль:

n_{прореаг}(СН₂О) = n(CH₃OH) = 0,3 моль

8. Вычислим количество вещества смеси формальдегида и водорода объемом 17,92л : n(смеси) = 17,92 / 22,4 = 0,8 моль

Из предыдущего решения следует, что из 1 моль смеси можно получить 0,3 моль метанола. Составим пропорцию и найдем количество вещества метанола, которое можно получить из 0,8 моль смеси:

Из 1 моль смеси можно получить 0,3 моль метанола

Из 0,8 моль смеси можно получить Х моль метанола

Отсюда, х = 0,24 моль

9. Найдем массу метанола:

m(CH₃OH) = n(CH₃OH) ⋅ M(H₃OH) = 0,24⋅32=7,68 г

Ответ:7,68 г