Химия
8 класс
Вопрос
Для производства 1,5 т уксусной кислоты плотностью 1,059 г/мл было использовано $1155 м^3$ ацетилена (объем измерялся при $21^{\circ} С$ и давлении 798 мм рт. ст.). Пробу полученного раствора кислоты объемом 2,5 мл разбавили до объема 1 л. Установлено, что концентрация ионов водорода в таком растворе равна 3,2 (в единицах рН).
Вычислите:
а) молярную и процентную концентрации уксусной кислоты в полученном растворе;
б) степень превращения ацетилена в кислоту (в процентах).
Константу диссоциации уксусной кислоты принять при данных условиях равной $1,75 \cdot 10^{-5}$.
Ответ
$CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^{-} + H^{+}$,
$K = \frac{[CH_3COO^{-}][H^{+} ]}{CH_{3}COOH }$;
$[CH_3COO^{-}] = [H^{+} ] = x; CH_{3}COOH = c_x - x$,
$K = \frac{x^2}{c_x - x}$.
Полагая, что $c_x \gg x$, можно принять, что $c_x - x = c_x$. Тогда
$K = \frac{x^3}{c_x}$.
Отсюда
$c_x = \frac{x^2}{K} = \frac{[H^{+}]^2}{K}$,
$lg c_x = 2lg [H^{+}] - lg K$.
При $рH = -lg [H^{+}] = 3,2$, т. е. $lg [H^{+}] = \bar{4},800$ и $lg К = \bar{5},2430$, получаем
$lg c_x = \bar{2} \cdot 4,800 - \bar{5},2430 = \bar{2},3570$
и
$c_x = 0,02275$.
Концентрация раствора
$c = \frac{c_x \cdot 1000}{2,5} = 9,1 \: г-экв/л = 9,1 \: моль/л$.
Процентное содержание уксусной кислоты ($M = 60$) в полученном растворе
$c_{ \text{%}} = \frac {c \cdot M \cdot 100}{1000d} = \frac {9,1 \cdot 60 \cdot 100}{1000 \cdot 1,059} = 51,6$ %.
В 1,5 т раствора уксусной кислоты будет содержаться
$\frac{1500 \cdot 0,516}{6}0 = 12,9$ кмоля $CH_3COOH$.
Для проведения синтеза по схеме
$C_2H_2 + H_2O \underset {\:катализатор}{\rightarrow} CH_3CHO$,
$CH_3CHO + 0,5O_2 = CH_3COOH$
было взято $n$ кмолей ацетилена
$n = \frac{pV}{RT} = \frac {798 \cdot 1155}{760 \cdot 0,082 \cdot 294} = 50,24$ кмоля.
Выход уксусной кислоты составляет
$w = \frac{12,9 \cdot 100}{50,24} = 25,67$ %.