Вопрос школьника
При хлорировании метана объемом 6,16 л (при нормальных условиях) получен жидкий тетрахлорид углерода объемом 22,5 мл (плотность 1,6 г/мл). Рассчитайте массовую долю выхода продукта реакции.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать уравнение реакции хлорирования метана:
CH4 + 4Cl2 → CCl4 + 4HCl
Из уравнения видно, что на каждый молекулу метана (CH4) приходится одна молекула тетрахлорида углерода (CCl4). Таким образом, количество молекул CCl4, полученных в реакции, равно количеству молекул CH4, использованных в реакции.
Для расчета количества молекул CH4 в объеме 6,16 л необходимо использовать уравнение состояния идеального газа:
PV = nRT
где P — давление газа, V — его объем, n — количество молекул газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа.
При нормальных условиях (температура 0°C и давление 1 атм) давление газа равно 1 атм, температура 273 К, а универсальная газовая постоянная R равна 0,0821 л·атм/(моль·К).
Таким образом, количество молекул CH4 в объеме 6,16 л при нормальных условиях можно рассчитать следующим образом:
n(CH4) = PV/(RT) = (1 атм)·(6,16 л)/(0,0821 л·атм/(моль·К)·273 К) ≈ 0,25 моль
Количество молекул CCl4, полученных в реакции, равно количеству молекул CH4, то есть 0,25 моль.
Масса полученного тетрахлорида углерода можно рассчитать по формуле:
m = V·ρ
где V — объем жидкости, ρ — ее плотность.
Подставляя значения, получаем:
m(CCl4) = 22,5 мл·1,6 г/мл = 36 г
Массовая доля выхода продукта реакции (тетрахлорида углерода) равна отношению массы полученного продукта к массе использованного реагента (метана):
X = m(CCl4)/m(CH4) = 36 г/(0,25 моль·16 г/моль) ≈ 90%
Таким образом, массовая доля выхода продукта реакции составляет около 90%.
