10. 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%? Запишите подробное решение в поле ответа.

Для решения этой задачи нам потребуется знание химической реакции окисления бутана до уксусной кислоты и понимание, как учитывать выход продукта. Химическое уравнение реакции окисления бутана до уксусной кислоты (упрощённо): $$C_4H_{10} + rac{5}{2}O_2 \rightarrow 2CH_3COOH + H_2O$$ Молярная масса уксусной кислоты ($$CH_3COOH$$) = 60 г/моль. 1. Расчёт количества вещества уксусной кислоты: У нас есть 45 кг уксусной кислоты, что равно 45000 г. Количество вещества (n) рассчитывается как масса (m) делённая на молярную массу (M). $$n(CH_3COOH) = \frac{45000 г}{60 г/моль} = 750 моль$$ 2. Учёт выхода реакции: Выход реакции составляет 60%, значит, для получения 750 моль уксусной кислоты необходимо больше бутана, чем если бы реакция проходила со 100% выходом. $$n_{теор}(CH_3COOH) = \frac{750 моль}{0.6} = 1250 моль$$ 3. Расчёт количества вещества бутана: Согласно уравнению реакции, из 1 моль бутана образуется 2 моль уксусной кислоты. Следовательно, чтобы получить 1250 моль уксусной кислоты, нужно: $$n(C_4H_{10}) = \frac{1250 моль}{2} = 625 моль$$ 4. Расчёт объёма бутана: При нормальных условиях (н.у.) 1 моль любого газа занимает объём 22.4 л. Таким образом, объём 625 моль бутана будет: $$V(C_4H_{10}) = 625 моль * 22.4 \frac{л}{моль} = 14000 л$$ Переведём литры в кубометры: $$V(C_4H_{10}) = \frac{14000 л}{1000 \frac{л}{м^3}} = 14 м^3$$ Ответ: 14 кубометров.