Уксусная кислота – один из важнейших продуктов химической промышленности. Один из способов её промышленного производства – окисление бутана кислородом воздуха в присутствии катализатора. Сколько кубометров бутана (в пересчёте на н.у.) потребуется для получения 45 кг уксусной кислоты, если выход продукта реакции составляет 60 %?

Для решения этой задачи, необходимо выполнить следующие шаги: 1. Записать уравнение реакции окисления бутана в уксусную кислоту. 2. Рассчитать теоретический выход уксусной кислоты. 3. Учесть практический выход продукта (60%) и рассчитать необходимое количество бутана. 4. Перевести массу бутана в объем при нормальных условиях. 1) Уравнение реакции окисления бутана в уксусную кислоту: $2C_4H_{10} + 5O_2 \rightarrow 4CH_3COOH + 2H_2O$ Из уравнения видно, что из 2 моль бутана получается 4 моль уксусной кислоты. 2) Молярная масса уксусной кислоты ($CH_3COOH$) = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 1 = 60 г/моль. Количество вещества уксусной кислоты, которое нужно получить: $n(CH_3COOH) = \frac{m}{M} = \frac{45000 \ г}{60 \ г/моль} = 750 \ моль$ 3) Согласно уравнению реакции, для получения 4 моль уксусной кислоты требуется 2 моль бутана. Следовательно, для получения 750 моль уксусной кислоты потребуется: $n(C_4H_{10}) = \frac{750 \ моль}{2} = 375 \ моль$ Так как выход реакции составляет 60%, необходимо взять больше бутана: $n_{практ}(C_4H_{10}) = \frac{n_{теорет}}{Выход} = \frac{375 \ моль}{0.6} = 625 \ моль$ 4) Молярная масса бутана ($C_4H_{10}$) = 12 * 4 + 1 * 10 = 58 г/моль. Масса бутана, необходимая для реакции: $m(C_4H_{10}) = n * M = 625 \ моль * 58 \ г/моль = 36250 \ г = 36.25 \ кг$ 5) Объем 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) составляет 22.4 л/моль. Следовательно, объем бутана: $V(C_4H_{10}) = n * V_m = 625 \ моль * 22.4 \ л/моль = 14000 \ л = 14 \ м^3$ Ответ: 14 м³ бутана