При получении синтетического каучука по способу Лебедева пары этанола пропускают над катализатором и получают бутадиен-1,3, водород и воду. Какую массу бутадиена можно получить из раствора спирта объёмом 230 дм³ и плотностью 0,8 кг/дм³, если массовая доля этанола в нём 0,61 и выход продукта 60%?

Дано:

• Объём раствора спирта: $V = 230$ дм³.

• Плотность раствора: $\rho = 0{,}8$ кг/дм³.

• Массовая доля этанола: $\omega = 0{,}61$ (61%).

• Выход продукта: $\eta = 60\% = 0{,}6$.

Найти: массу бутадиена-1,3 $m(C_4H_6)$.

Решение

1. Запишем уравнение реакции получения бутадиена-1,3 по способу Лебедева.

При пропускании паров этанола над катализатором образуются бутадиен-1,3, водород и вода:

Из уравнения реакции видно, что из 2 моль этанола образуется 1 моль бутадиена.

2. Рассчитаем массу раствора спирта.

Масса раствора определяется по формуле:

Подставим значения:

3. Определим массу чистого этанола в растворе.

Массовая доля этанола составляет 61%, поэтому:

4. Вычислим теоретическую массу бутадиена.

Найдём молярные массы веществ:

По уравнению реакции из 2 моль этанола (92 г) получается 1 моль бутадиена (54 г).

Составим пропорцию:

Отсюда:

Таким образом, теоретически можно получить 65,88 кг бутадиена.

5. Учтём практический выход продукта.

По условию выход бутадиена составляет 60% от теоретического.

Используем формулу:

Подставим значения:

Округлим до сотых:

Ответ: из 230 дм³ раствора спирта можно получить приблизительно 39,53 кг бутадиена-1,3 при выходе продукта 60%.