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 реакции окисления бутана в уксусную кислоту, а также понимание понятия выхода реакции. Реакция окисления бутана в уксусную кислоту (упрощенно): \[ 2 C_4H_{10} + 5 O_2 \rightarrow 4 CH_3COOH + 2 H_2O \] Из этой реакции видно, что из 2 молей бутана образуется 4 моля уксусной кислоты. Следовательно, из 1 моля бутана образуется 2 моля уксусной кислоты. 1. Расчет молярной массы уксусной кислоты (CH_3COOH): \[ M(CH_3COOH) = 12 (C) + 3 * 1 (H) + 12 (C) + 16 (O) + 16 (O) + 1 (H) = 60 \text{ г/моль} \] 2. Расчет количества молей уксусной кислоты, которое нужно получить: \[ n(CH_3COOH) = \frac{m}{M} = \frac{45000 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 750 \text{ моль} \] 3. Учет выхода реакции в 60%. Так как выход составляет 60%, то для получения 750 моль уксусной кислоты потребуется больше бутана. Рассчитаем теоретическое количество моль уксусной кислоты, которое должно было получиться: \[ n_{\text{теоретическая}}(CH_3COOH) = \frac{n_{\text{фактическая}}(CH_3COOH)}{\text{выход}} = \frac{750 \text{ моль}}{0.6} = 1250 \text{ моль} \] 4. Расчет количества молей бутана, необходимого для получения 1250 моль уксусной кислоты. Поскольку из 1 моля бутана получается 2 моля уксусной кислоты: \[ n(C_4H_{10}) = \frac{n_{\text{теоретическая}}(CH_3COOH)}{2} = \frac{1250 \text{ моль}}{2} = 625 \text{ моль} \] 5. Расчет объема бутана при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. составляет 22.4 л/моль: \[ V(C_4H_{10}) = n(C_4H_{10}) * V_m = 625 \text{ моль} * 22.4 \text{ л/моль} = 14000 \text{ л} = 14 \text{ м}^3 \] Ответ: 14 кубометров бутана.