Для каталитического восстановления 5,34 г смеси нитробензола и n-нитротолуола потребовалось 2,688 л водорода (н. у.). Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Решение

Дано:

• Масса смеси нитробензола и п-нитротолуола: $m_{\text{смеси}}=5{,}34$ г.

• Объём водорода: $V(H_2)=2{,}688$ л (н. у.).

• Молярный объём газа при н. у.: $V_m=22{,}4$ л/моль.

Найти: массовые доли нитробензола и п-нитротолуола в исходной смеси.

1. Запишем уравнения реакций

При каталитическом восстановлении нитросоединений водородом нитрогруппа $-NO_2$ превращается в аминогруппу $-NH_2$.

Восстановление нитробензола:

Восстановление п-нитротолуола:

Из уравнений видно, что на восстановление 1 моль каждого вещества расходуется 3 моль водорода.

2. Найдём количество вещества водорода

Используем формулу:

Подставим значения:

Следовательно, суммарное количество вещества нитробензола и п-нитротолуола:

3. Составим систему уравнений

Обозначим:

• $x$ — количество вещества нитробензола, моль;

• $y$ — количество вещества п-нитротолуола, моль.

Молярные массы веществ:

Поскольку суммарное количество вещества равно 0,04 моль:

Масса смеси составляет 5,34 г:

Получаем систему:

Из первого уравнения:

Подставим во второе: