Смешали 120 г уксусной кислоты и 92 г этилового спирта. Смесь нагрели с добавкой катализатора серной кислоты. После установления равновесия в смеси было обнаружено 1,2 моль уксус- ной кислоты. Рассчитайте константу равновесия данной реакции и выход продукта (в % от теоретического).
Помогите мне пожалуйста!!!!!!!
Ответы
Реакция этерификации уксусной кислоты и этилового спирта имеет вид:
CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O
Константа равновесия этой реакции определяется по формуле:
Kc = [CH3COOC2H5] · [H2O] / [CH3COOH] · [C2H5OH]
Для расчета константы равновесия нам нужно знать концентрации всех веществ в равновесной смеси. Для этого мы можем использовать следующие данные:
- Масса уксусной кислоты: 120 г
- Масса этилового спирта: 92 г
- Молярная масса уксусной кислоты: 60 г/моль
- Молярная масса этилового спирта: 46 г/моль
- Молярная масса уксусно-этилового эфира: 88 г/моль
- Молярная масса воды: 18 г/моль
- Количество уксусной кислоты в равновесной смеси: 1,2 моль
Из массы и молярной массы мы можем найти количество вещества в исходной смеси:
n(CH3COOH) = m(CH3COOH) / M(CH3COOH) = 120 / 60 = 2 моль
n(C2H5OH) = m(C2H5OH) / M(C2H5OH) = 92 / 46 = 2 моль
Из уравнения реакции мы можем найти изменение количества вещества в ходе реакции:
Δn(CH3COOH) = Δn(C2H5OH) = -Δn(CH3COOC2H5) = -Δn(H2O)
Из количества уксусной кислоты в равновесной смеси мы можем найти изменение количества вещества уксусной кислоты:
Δn(CH3COOH) = n(CH3COOH) - 1,2 = 2 - 1,2 = 0,8 моль
Тогда мы можем найти количество вещества остальных веществ в равновесной смеси:
n(C2H5OH) = n(C2H5OH) - Δn(C2H5OH) = 2 - 0,8 = 1,2 моль
n(CH3COOC2H5) = n(CH3COOC2H5) + Δn(CH3COOC2H5) = 0 + 0,8 = 0,8 моль
n(H2O) = n(H2O) + Δn(H2O) = 0 + 0,8 = 0,8 моль
Для расчета концентраций нам нужно знать объем равновесной смеси. Для этого мы можем использовать плотности веществ и закон сохранения массы:
ρ(CH3COOH) = 1,05 г/мл
ρ(C2H5OH) = 0,79 г/мл
ρ(CH3COOC2H5) = 0,9 г/мл
ρ(H2O) = 1 г/мл
m(смеси) = m(CH3COOH) + m(C2H5OH) = 120 + 92 = 212 г
V(смеси) = V(CH3COOH) + V(C2H5OH) = m(CH3COOH) / ρ(CH3COOH) + m(C2H5OH) / ρ(C2H5OH) = 120 / 1,05 + 92 / 0,79 = 114 + 116 = 230 мл
Концентрация вещества равна отношению количества вещества к объему раствора:
c(CH3COOH) = n(CH3COOH) / V(смеси) = 1,2 / 0,23 = 5,22 моль/л
c(C2H5OH) = n(C2H5OH) / V(смеси) = 1,2 / 0,23 = 5,22 моль/л
c(CH3COOC2H5) = n(CH3COOC2H5) / V(смеси) = 0,8 / 0,23 = 3,48 моль/л
c(H2O) = n(H2O) / V(смеси) = 0,8 / 0,23 = 3,48 моль/л
Теперь мы можем подставить концентрации в формулу для константы равновесия:
Kc = [CH3COOC2H5] · [H2O] / [CH3COOH] · [C2H5OH] = 3,48 · 3,48 / 5,22 · 5,22 = 12,12 / 27,25 = 0,44
Выход продукта можно рассчитать по формуле:
η = m(практическое) / m(теоретическое) · 100%
m(практическое) = n(CH3COOC2H5) · M(CH3COOC2H5) = 0,8 · 88 = 70,4 г
m(теоретическое) = min(m(CH3COOH), m(C2H5OH)) = min(120, 92) = 92 г
η = 70,4 / 92 · 100% = 76,5%
Ответ: константа равновесия реакции равна 0,44, выход продукта составляет 76,5%.