Химия
8 класс
Вопрос
Пары этаналя смешали с водородом в молярном отношении 1:2 при давлении 300 кПа и температуре $400^{ \circ } C$ в замкнутом реакторе, предназначенном для синтеза этанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 20%. Определите объемную долю паров этанола в реакционной смеси и процент превращения уксусного альдегида в этанол.
Ответ
$CH_{3}CHO + H_{2} \leftrightarrow C_{2}H_{5}OH$.
Пусть в исходной смеси содержалось $x$ моль этаналя, $n(CH_{3}CHO) = x$, тогда, по условию, $n(H_{2}) = 2x$. Общее число молей газов равно $n_{1} = 3x$.
Реакция этаналя с водородом обратима. Пусть в эту реакцию вступает $y$ моль $CH_{3}CHO$, тогда водорода расходуется также $y$ моль, и образуется $y$ моль $C_{2}H_{5}OH$. В конечной смеси содержатся: $n(CH_{3}CHO) = x - y, n(H_{2}) = 2x - y, n(C_{2}H_{5}OH) = y$. Общее число молей газов равно $n_{2} = (x - y) + (2x - y) + y = 3x - y$.
По условию, давление в конечной смеси уменьшилось на 20% по сравнению с исходным. Поскольку температура в процессе реакции не изменяется и объем реактора постоянен, то уменьшение давления вызвано только уменьшением числа молей газов. Таким образом, $n_{2} = 0,8n_{1}$, или
$3x - y = 0,8 \cdot 3x$,
то есть $y = 0,6x$.
По закону Авогадро, объемная доля газа равна его мольной доле, поэтому объемная доля паров этанола равна:
$\omega (C_{2}H_{5}OH) = \frac{y}{3x-y} = 0,25$.
Процент превращения уксусного альдегида в этанол (т.е. практический выход этанола) равен $\frac{y}{x} = 0,6$.
Ответ. 25% $C_{2}H_{5}OH$, процент превращения $CH_{3}CHO$ - 60%.