Задание 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%?

Решение: 1. Запишем уравнение реакции окисления бутана в уксусную кислоту: $$2C_4H_{10} + 5O_2 \rightarrow 4CH_3COOH + 2H_2O$$ 2. Рассчитаем молярную массу уксусной кислоты ($$CH_3COOH$$) и бутана ($$C_4H_{10}$$): $$M(CH_3COOH) = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 1 = 60 \ г/моль$$ $$M(C_4H_{10}) = 12 \cdot 4 + 10 \cdot 1 = 58 \ г/моль$$ 3. Определим количество вещества уксусной кислоты, которое необходимо получить: $$n(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{45000 \ г}{60 \ г/моль} = 750 \ моль$$ 4. Согласно уравнению реакции, из 2 моль бутана получается 4 моль уксусной кислоты. Следовательно, для получения 750 моль уксусной кислоты потребуется: $$n(C_4H_{10}) = \frac{750 \ моль \cdot 2}{4} = 375 \ моль$$ 5. Учитываем выход продукта реакции 60%: $$n_{практ}(C_4H_{10}) = \frac{n_{теор}(C_4H_{10})}{\text{выход}} = \frac{375 \ моль}{0.6} = 625 \ моль$$ 6. Определим объём бутана при нормальных условиях (н.у.): $$V(C_4H_{10}) = n(C_4H_{10}) \cdot V_m = 625 \ моль \cdot 22.4 \ л/моль = 14000 \ л = 14 \ м^3$$ Ответ: 14 м³