При гидратации 20 литров смеси бутана и одного из изомерных бутенов получилось 37 грамм спирта C4H10O,выход которого составляет 74% от теоретического.Каков состав исходной смеси и каково строение полученного спирта,если известно,что содержащийся в исходной смеси бутен может существовать в виде цис и транс изомеров?
Чтобы решить эту задачу, нужно определить состав исходной смеси и строение полученного спирта, учитывая, что бутен может иметь цис- и транс-изомеры.
Определение молекулярной массы спирта: Спирт C4H10O может иметь несколько изомерных форм, но сначала рассчитаем его молекулярную массу: [ \text{C}4\text{H}{10}\text{O}: 4 \times 12 + 10 \times 1 + 16 = 74 \, \text{г/моль} ]
Расчет теоретического количества спирта: Практический выход спирта составляет 74%, и было получено 37 грамм. Найдем теоретическую массу спирта: [ 37 \, \text{г} = 0.74 \times \text{теоретическая масса} ] [ \text{теоретическая масса} = \frac{37}{0.74} \approx 50 \, \text{г} ]
Определение количества молей спирта: [ n = \frac{50}{74} \approx 0.676 \, \text{моль} ]
Реакция гидратации: Гидратация бутена (C4H8) приводит к образованию спирта C4H10O. Общая реакция: [ \text{C}_4\text{H}_8 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}4\text{H}{10}\text{O} ] Исходя из стехиометрии реакции, 0.676 моль бутена гидратируется для получения 0.676 моль спирта.
Объемная доля бутена: Объем смеси равен 20 литрам. Используя уравнение состояния идеального газа (при одинаковых условиях): [ V{\text{бутен}} = n{\text{бутен}} \times 22.4 \, \text{л/моль} \approx 0.676 \times 22.4 \approx 15.15 \, \text{л} ]
Определение состава смеси: Объем бутана в смеси: [ V_{\text{бутан}} = 20 - 15.15 = 4.85 \, \text{л} ]
Определение изомера бутена: Поскольку бутен имеет цис- и транс- изомеры, и из условия известно, что бутен может существовать в виде цис- и транс- изомеров, это указывает на наличие 2-бутена в смеси (так как только 2-бутен имеет такие изомеры).
Определение строения спирта: Гидратация 2-бутена приводит к образованию бутан-2-ола: [ \text{CH}_3\text{CH}=\text{CHCH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_2\text{CH}_3 ] Таким образом, полученный спирт — бутан-2-ол.
Ответ: Исходная смесь состояла из 15.15 литров 2-бутена и 4.85 литров бутана. Полученный спирт — бутан-2-ол.
Для решения этой задачи сначала найдем количество спирта C4H10O, которое теоретически можно получить из реакции гидратации. Молярная масса спирта C4H10O равна 74 г/моль. Тогда 37 г спирта составляет 0,5 моль.
Так как выход спирта составляет 74% от теоретического, то количество спирта в исходной смеси составляет 0,5 моль / 0,74 = 0,676 моль.
Теперь рассмотрим возможные варианты исходной смеси:
Если бутан гидрировался до спирта C4H10O, то исходная смесь состояла только из бутана, так как только он может дать такой результат.
Если гидрировался цис-бутен, то из 1 моля цис-бутена получается 1 моль спирта C4H10O. Следовательно, в исходной смеси было 0,676 моль цис-бутена.
Если гидрировался транс-бутен, то из 1 моля транс-бутена также получается 1 моль спирта C4H10O. Следовательно, в исходной смеси было 0,676 моль транс-бутена.
Строение полученного спирта C4H10O - это бутанол (н-бутанол).
Таким образом, состав исходной смеси мог быть следующим: только бутан, или цис-бутен, или транс-бутен.
