Расчёт доли дихлорбензолов в смеси из 39 г бензола и 12,32 л хлора
В ходе каталитического хлорирования бензола могут образоваться побочные продукты — орто- и пара-дихлорбензолы. Вычислите массовую долю дихлорбензолов в смеси после реакции бензола массой 39 г с хлором объёмом 12,32 л (н. у.). Суммарный выход продуктов реакции условно примите равным 100%.
Дано
`m(C_6H_6) = 39 text{ г}`
`V(Cl_2) = 12.32 text{ л (н.у.)}`
Найти
`ω(C_6H_4Cl_2) = text{ ?}`
Решение
Запишем уравнения реакций хлорирования бензола:
`C_6H_6 + Cl_2 = C_6H_5Cl + HCl`
`C_6H_5Cl + Cl_2 = C_6H_4Cl_2 + HCl`
Найдём количество вещества бензола:
`n(C_6H_6) = (m(C_6H_6))/(M(C_6H_6)) = 39/78 = 0.5 text{ моль}`
Найдём количество вещества хлора:
`n(Cl_2) = (V(Cl_2))/(V_m) = 12.32/22.4 = 0.55 text{ моль}`
Рассмотрим первую стадию хлорирования. По уравнению реакции на 0.5 моль бензола потребуется 0.5 моль хлора:
`n_{1}(Cl_2) = n(C_6H_6) = 0.5 text{ моль}`
Количество вещества образовавшегося хлорбензола равно количеству вещества прореагировавшего бензола:
`n_{1}(C_6H_5Cl) = n(C_6H_6) = 0.5 text{ моль}`
Найдём остаток хлора после первой стадии:
`n_text{ост.}(Cl_2) = n(Cl_2) - n_{1}(Cl_2) = 0.55 - 0.5 = 0.05 text{ моль}`
Рассмотрим вторую стадию хлорирования. Оставшийся хлор (0.05 моль) реагирует с хлорбензолом. По второму уравнению реакции на 0.05 моль хлорбензола потребуется 0.05 моль хлора:
`n(C_6H_4Cl_2) = n_{прореаг.}(C_6H_5Cl) = n_text{ост.}(Cl_2) = 0.05 text{ моль}`
Количество вещества хлорбензола, оставшегося после второй стадии:
`n(C_6H_5Cl) = n_{1}(C_6H_5Cl) - n_{прореаг.}(C_6H_5Cl) = 0.5 - 0.05 = 0.45 text{ моль}`
Найдём массы органических продуктов:
`m(C_6H_5Cl) = n(C_6H_5Cl)*M(C_6H_5Cl) = 0.45*112.5 = 50.625 text{ г}`
`m(C_6H_4Cl_2) = n(C_6H_4Cl_2)*M(C_6H_4Cl_2) = 0.05*147 = 7.35 text{ г}`
Масса смеси органических продуктов:
`m(смеси) = m(C_6H_5Cl) + m(C_6H_4Cl_2) = 50.625 + 7.35 = 57.975 text{ г}`
Вычислим массовую долю дихлорбензолов:
`ω(C_6H_4Cl_2) = (100*m(C_6H_4Cl_2))/(m(смеси)) = (100*7.35)/(57.975) = 12.68%`
Ответ
`ω(C_6H_4Cl_2) = 12.68%`