В ходе каталитического хлорирования бензола могут образоваться побочные продукты - орто - и пара - дихлорбензолы. вычислите массовую долю дихлорбензолов в смеси после реакции бензола массой 39 г с хлором объемом 12,32 л (н. у.). Суммарный выход продуктов реакции условно примем равным 100%.

Дано:

m (С6 Н6) = 39 г

V (Cl2) = 12,32 л

Найти:

ω (C6H4Cl2) - ?

Решение:

При решении данной задачи обязательно необходимо выполнить основные моменты:

написать уравнения химических реакций, которые протекают согласно условия задачи, и обязательно правильно расставить коэффициенты перед веществами; вычислить молярные массы веществ, с которыми необходимо будет работать, используя периодическую системы Д. И. Менделеева; проверить единицы измерений, предоставленных в условии, на соответствие системе СИ; при несоответствии - произвести их перевод; рассчитать для известных веществ, данных по условию задачи, количество вещества по соответствующим формулам; определить количество вещества для искомого вещества, учитывая коэффициенты перед веществами в уравнении реакции; произвести соответствующие расчеты для нахождения ответа на вопрос в задаче.

Определение молярных масс С6 Н6, Cl2 и C6H4Cl2

1) В предложенной задаче использованы бензол, хлор и дихлорбензол. С помощью периодической системы Д. И. Менделеева вычислить молярные массы этих веществ, которые численно будут равны молекулярным массам:

Mr (С6 Н6) = Ar (C) * 6 + Ar (Н) * 6 = 12 * 6 + 1 + 6 = 78 г/моль;

Mr (Cl2) = Ar (Cl) * 2 = 35,5 * 2 = 71 г/моль;

Mr (C6H4Cl2) = Ar (C) * 6 + Ar (Н) * 4 + Ar (Cl) * 2 = 12 * 6 + 1 * 4 + 35,5 * 2 = 147 г/моль;

Особенности хлорирования бензола и соответствующие вычисления

2) Каталитическое хлорирование бензола происходит поэтапно. Написать уравнение реакции первой стадии хлорирования бензола:

С6 Н6 + Сl2 = (FeCl3) = > C6H5Cl + HCl;

3) Найти количество вещества C6H6 и Cl2:

n (C6H6) = m (C6H6) / Mr (C6H6) = 39 / 78 = 0,5 моль;

n (Сl2) = V (Сl2) / Vm = 12,32 / 22,4 = 0,55 моль;

4) Сравнить количество вещества C6H6 и Cl2:

Количество вещества C6H6 находится в недостатке, следовательно, расчеты будут проводится по нему же;

5) Найти количество вещества C6H5Cl (учитывая уравнение реакции):

n (C6H5Cl) = n (C6H6) = 0,5 моль;

6) Найти количество вещества Cl2, вступившего в реакцию (учитывая уравнение реакции):

n прор. (Cl2) = n (C6H6) = 0,5 моль;

7) Найти количество вещества оставшегося Cl2:

n ост. (Сl2) = n (Сl2) - n прор. (Cl2) = 0,55 - 0,5 = 0,05 моль;

Второй этап задачи, исходя из основной химической реакции

8) Написать уравнение реакции второй стадии хлорирования бензола:

C6H5Cl + Cl2 = (FeCl3) = > C6H4Cl2 + HCl;

9) Найти количество вещества C6H4Cl2 (учитывая уравнение реакции):

n (C6H4Cl2) = n ост. (Cl2) = 0,05 моль;

10) Найти массу C6H4Cl2:

m (C6H4Cl2) = n (C6H4Cl2) * Mr (C6H4Cl2) = 0,05 * 147 = 7,35 г;

11) Найти количество вещества C6H5Cl, вступившего в реакцию (учитывая уравнение реакции):

n прор. (C6H5Cl) = n ост. (Cl2) = 0,05 моль;

12) Найти количество вещества оставшегося C6H5Cl:

n ост. (C6H5Cl) = n (C6H5Cl) - n прор. (C6H5Cl) = 0,5 - 0,05 - 0,45 моль;

13) Найти массу оставшегося C6H5Cl:

m ост. (C6H5Cl) = n ост. (C6H5Cl) * Mr (C6H5Cl) = 0,45 * 112,5 = 50,625 г;

14) Найти массу смеси из C6H4Cl2 и оставшегося C6H5Cl:

m смеси = m (C6H4Cl2) + m ост. (C6H5Cl) = 7,35 + 50,625 = 57,975 г;

15) Найти массовую долю C6H4Cl2:

ω (C6H4Cl2) = m (C6H4Cl2) * 100% / m смеси = 7,35 * 100% / 57,975 = 12,67%.

Ответ: Массовая доля C6H4Cl2 составляет 12,67%.

m - масса вещества

v - количество вещества

Mr - молекулярная масса

V - объем вещества

22.4 - молярный объем газов

С6 Н6 + Сl2 = C6H5Cl + HCl

Mr (C6H6) = 78 г / моль

По формуле v = m / Mr найдем количество вещества бензола:

v (C6H6) = 39 / 78 = 0.5 моль.

По формуле v = V / 22.4 найдем количество вещества хлора:

v (Cl2) = 12.32 / 22.4 = 0.55 моль.

По коэффициентам реакции соотношение бензола и хлора 1 : 1, значит будет образовываться 0.5 моль хлорбензола и останется 0.05 моль хлора. Именно эти 0.05 моль буду взаимодействовать с уже образовавшимся хлорбензолом:

C6H5Cl + Cl2 = C6H4Cl2 + HCl

В реакцию вступит 0.05 моль хлорбензола, образуя 0.05 моль дихлорбензола.

Mr (C6H4Cl2) = 146 г / моль

m (C6H4Cl2) = Mr * v = 0.05 * 146 = 7.3 г

В реакционной смеси хлорбензола останется на 0.05 моль меньше, так как эта часть вступит в реакцию с хлором: v (C6H5Cl) = 0.5 - 0.05 = 0.45 моль

Mr (C6H5Cl) = 112 г / моль

Итого, m (C6H5Cl) = Mr * v = 0.45 * 112 = 50.4 г

Общая масса конечной смеси m (C6H5Cl + C6H4Cl2) = 50.4 + 7.3 = 57.7 г

Массовая доля w равна соотношению массы вещества к общей массе смеси.

w (C6H4Cl2) = 7.3 / 57.7 = 0.126 или же 12.6 %.