Алкадиены: Часть 4

Видео

Конспект

Задача 2.

Условие

Смесь пропена и бутадиена-1,3 массой 20,7 г способная присоединить 13,44 л (н.у.) водорода. Рассчитайте массовые и объемные доли газов в смеси.

Решение

Обозначим массу смеси как m_{смеси} , объем водорода как V_{H_2} : m_{смеси} = 20,7 \, г V_{H_2} = 13,44 \, л

Найдем: \omega - ? \varphi - ?

1. Запишем реакции полного гидрирования пропена и бутадиена. CH_{2}=CH-CH_{3}+H_{2} \xrightarrow{Ni, t^{\circ} C} CH_{3}-CH_{2}-CH_{3}

CH_{2}=CH-CH=CH_{2}+2 H_{2} \xrightarrow{Ni, t^{\circ} C} CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3} 2. Обозначим количества углеводородов переменными, выразим через них массу смеси. v_{H_{2}(1)} = v_{пропена} = x моль; \quad

v_{H_{2}(2)} = 2 \cdot v_{бутадиена} = 2y моль m_{смеси} = m_1 + m_2 = \nu_{1} \cdot M_1 + \nu_2 \cdot M_2 = 42x + 54y = 20,7 г

3. Заметим, что количества водорода, участвующие в каждой реакции, также могут быть выражены через переменные с использованием мольных соотношений. Рассчитаем и выразим через них общий объем водорода. \begin{aligned}

& v_{H 2}=\frac{V_{H 2}}{V_{m}}=\frac{13,44}{22,4}=0,6 \text { моль}; \quad \begin{array}{l}

\overset{x\ моль}{CH_{2}=CH-CH_{3}}+\overset{x\ моль}{H_{2}} \xrightarrow{Ni, t^{\circ}C} CH_{3}-CH_{2}-CH_{3} \\

\overset{y\ моль}{CH_{2}=CH-CH=CH_{2}}+\overset{2y\ моль}{2H_{2}} \xrightarrow{Ni, t^{\circ}C} CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3}

\end{array} \\

\end{aligned}

& v_H 2(1)=v_= ; v_H 2(2)=2 v_=2 y

v_H_2=v_H_2(1)+v_H_2(2)=x+2y

4. Объединим выведенные уравнения и решим систему. Получим количества пропена и бутадиена в смеси. \left\{\begin{array} { c }

{ x + 2 y = 0 , 6 } \\

{ 4 2 x + 5 4 y = 2 0 , 7 }

\end{array} \Leftrightarrow \left\{\begin{array} { c }

{ x = 0 , 6 - 2 y } \\

{ 4 2 ( 0 , 6 - 2 y ) + 5 4 y = 2 0 , 7 }

\end{array} \Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c}

x=0,3 \text { моль } \\

y=0,15 \text { моль }

\end{array} \right.\right.\right.

5. Рассчитаем массовые и объемные доли компонентов.

При этом объёмная доля может быть рассчитана через количества веществ.

\begin{gathered}

\omega_{\text {пропена }}=\frac{m_{\text {пропена }}}{m_{\text {смеси }}}=\frac{42 x}{20,7} \cdot 100=\frac{12,6}{20,7} \cdot 100=60,89 % \\

\omega_{\text {бутадиена }}=\frac{m_{\text {бутадиена }}}{m_{\text {смеси }}}=\frac{54 y}{20,7} \cdot 100=\frac{8,1}{20,7} \cdot 100=39,11 % \\

\quad \varphi_{\text {пропена }}=\frac{v_{\text {пропена }}}{v_{\text {смеси }}}=\frac{x}{x+y} \cdot 100=\frac{0,3}{0,3+0,15} \cdot 100=66,7 % \\

\quad \varphi_{\text {бутадиена }}=\frac{v_{\text {бутадиена }}}{v_{\text {смеси }}}=\frac{y}{x+y} \cdot 100=\frac{0,15}{0,3+0,15} \cdot 100=33,3 %

\end{gathered} Ответ массовые доли равны 60,89% и 39,11%; объемные доли равны 66,7% и 33,3%.

Задача 3.

Условие

При взаимодействии бутадиена-1,3 с хлором образовалась смесь продуктов, содержащая 42,8 г 1,4-дихлорбутена-2, 15 г 3,4-дихлорбутена-1 и 74,8 г 1,2,3,4-тетрахлорбутана. Рассчитайте массу бутадиена и объем хлора (н.у.), вступивших в реакцию.

Решение

Обозначим массу 1,4-дихлорбутена-2 как m_1 , массу 3,4-дихлорбутена-1 как m_2 , массу 1,2,3,4-тетрахлорбутана как m_3 : m_1 = 42,8 \, г m_2 = 15 \, г m_3 = 74,8 \, г

Найдем: m_{бутадиена} - ? V_{Cl_2} - ?

1. Запишем описанные в задаче реакции хлорирования.

1) CH_2=CH-CH=CH_2 + Cl_2 \rightarrow \chemfig{CH_2(-[:270]Cl)-CH=CH-CH_2(-[:270]Cl)}

2) CH_2=CH-CH=CH_2 + Cl_2 \rightarrow \chemfig{CH_2=CH-CH(-[:270]Cl)-CH_2(-[:270]Cl)}

3) CH_2=CH-CH=CH_2 + 2Cl_2 \rightarrow

\chemfig{

@{start}CH_2(-[:270]Cl)-CH(-[:270]Cl)-CH(-[:270]Cl)-CH_2(-[:270]Cl)}

2. Рассчитаем количества хлор-производных через известные массы. Заметим, что количества продуктов соответственно равно количества бутадиена в каждой реакции. Также по уравнениям реакций и мольным соотношениям можно определить количества хлора.

\nu_1 = \frac{m_1}{M_1} = \frac{42,8}{125} = 0,342 \, моль = \nu_{бутадиена(1)} = \nu_{Cl_2(1)} \nu_2 = \frac{m_2}{M_2} = \frac{15}{125} = 0,12 \, моль = \nu_{бутадиена(2)} = \nu_{Cl_2(2)} _3 = = = 0,382 моль = _бутадиена(3); _Cl_2(3) = 2 _бут.(3) = 0,764 моль

3. Рассчитаем общее количество и массу бутадиена по всем реакциям.

m_{бутадиена} = \bigl(\nu_{бут(1)} + \nu_{бут(2)} + \nu_{бут(3)}\bigr) \cdot M = (0,342 + 0,12 + 0,382) \cdot 54 = 45,58 \, г 4. Рассчитаем общий объем хлора по всем реакциям.

V_{Cl_2} = \bigl(\nu_{Cl_2(1)} + \nu_{Cl_2(2)} + \nu_{Cl_2(3)}\bigr) \cdot V_m = (0,342 + 0,12 + 0,764) \cdot 22,4 = 27,46 \, л Ответ масса бутадиена 45,58 г; объем хлора 27,46 л.