Решение: Задание по химии 10 класс (CaC2 + H2O)

Хорошо, давайте выполним эти задания по химии. 1. Запиши уравнение реакции взаимодействия карбида кальция с водой, если известно, что раствор после реакции при добавлении фенолфталеина окрашивается в малиновый цвет. В ответе укажи сумму коэффициентов в уравнении реакции. Решение: Карбид кальция \(\text{CaC}_2\) при взаимодействии с водой \(\text{H}_2\text{O}\) образует ацетилен \(\text{C}_2\text{H}_2\) и гидроксид кальция \(\text{Ca(OH)}_2\). Гидроксид кальция является сильным основанием, поэтому его раствор будет щелочным. Фенолфталеин в щелочной среде окрашивается в малиновый цвет, что соответствует условию задачи. Уравнение реакции: \[\text{CaC}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2 + \text{Ca(OH)}_2\] Коэффициенты в уравнении: Для \(\text{CaC}_2\) — 1 Для \(\text{H}_2\text{O}\) — 2 Для \(\text{C}_2\text{H}_2\) — 1 Для \(\text{Ca(OH)}_2\) — 1 Сумма коэффициентов: \(1 + 2 + 1 + 1 = 5\) Ответ: Сумма коэффициентов в уравнении реакции равна 5. 2. Рассчитай массовую долю углерода (%) в ацетилене и сделай вывод о том, почему этот газ сгорает коптящим пламенем. Ответ округли до целого числа. Решение: Формула ацетилена — \(\text{C}_2\text{H}_2\). Молярная масса углерода \(\text{M(C)} = 12\) г/моль. Молярная масса водорода \(\text{M(H)} = 1\) г/моль. Молярная масса ацетилена \(\text{M(C}_2\text{H}_2)\) рассчитывается как: \[\text{M(C}_2\text{H}_2) = 2 \cdot \text{M(C)} + 2 \cdot \text{M(H)} = 2 \cdot 12 + 2 \cdot 1 = 24 + 2 = 26 \text{ г/моль}\] Массовая доля углерода \(\omega(\text{C})\) в ацетилене: \[\omega(\text{C}) = \frac{2 \cdot \text{M(C)}}{\text{M(C}_2\text{H}_2)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 12}{26} \cdot 100\% = \frac{24}{26} \cdot 100\% \approx 0.92307 \cdot 100\% \approx 92.307\%\] Округляем до целого числа: \(92\%\). Вывод: Ацетилен содержит очень высокую массовую долю углерода (около 92%). При горении такого вещества в воздухе (где кислорода не всегда достаточно для полного окисления всего углерода) происходит неполное сгорание углерода. Несгоревшие частицы углерода (сажа) выделяются в виде копоти, что и приводит к коптящему пламени. Ответ: Массовая доля углерода в ацетилене составляет 92%. Ацетилен сгорает коптящим пламенем из-за высокой массовой доли углерода в его составе, что приводит к неполному сгоранию углерода и образованию сажи. 3. Напиши уравнения реакций по схеме: \(\text{CaC}_2 \rightarrow \text{ацетилен} \rightarrow \text{CH}_2=\text{CHCl} \rightarrow \text{полимер (ПВХ)}\) Рассчитай массу винилхлорида (\(\text{CH}_2=\text{CHCl}\)), которую можно получить по указанной схеме из карбида кальция массой 6,4 кг. Ответ округли до целого числа. Решение: Схема превращений: 1. \(\text{CaC}_2 \rightarrow \text{ацетилен}\) Это реакция получения ацетилена из карбида кальция и воды, которую мы уже рассматривали в первом задании. \[\text{CaC}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2 + \text{Ca(OH)}_2\] 2. \(\text{ацетилен} \rightarrow \text{CH}_2=\text{CHCl}\) (винилхлорид) Это реакция гидрогалогенирования ацетилена, а именно гидрохлорирование. Ацетилен реагирует с хлороводородом (\(\text{HCl}\)) в присутствии катализатора (например, соли ртути \(\text{HgCl}_2\)). \[\text{C}_2\text{H}_2 + \text{HCl} \xrightarrow{\text{HgCl}_2} \text{CH}_2=\text{CHCl}\] 3. \(\text{CH}_2=\text{CHCl} \rightarrow \text{полимер (ПВХ)}\) Это реакция полимеризации винилхлорида с образованием поливинилхлорида (ПВХ). \[n\text{CH}_2=\text{CHCl} \xrightarrow{\text{катализатор, T, P}} (-\text{CH}_2-\text{CHCl}-)_n\] Расчет массы винилхлорида: Дано: масса карбида кальция \(\text{m(CaC}_2) = 6.4\) кг. Молярная масса \(\text{CaC}_2\): \(\text{M(Ca)} = 40\) г/моль, \(\text{M(C)} = 12\) г/моль. \[\text{M(CaC}_2) = 40 + 2 \cdot 12 = 40 + 24 = 64 \text{ г/моль}\] Молярная масса \(\text{CH}_2=\text{CHCl}\) (винилхлорида): \(\text{M(C)} = 12\), \(\text{M(H)} = 1\), \(\text{M(Cl)} = 35.5\) г/моль. \[\text{M(CH}_2=\text{CHCl}) = 2 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 35.5 = 24 + 3 + 35.5 = 62.5 \text{ г/моль}\] Из уравнений реакций видно, что из 1 моль \(\text{CaC}_2\) образуется 1 моль \(\text{C}_2\text{H}_2\), а из 1 моль \(\text{C}_2\text{H}_2\) образуется 1 моль \(\text{CH}_2=\text{CHCl}\). Таким образом, количество вещества \(\text{CaC}_2\) равно количеству вещества \(\text{CH}_2=\text{CHCl}\). \[\text{n(CaC}_2) = \frac{\text{m(CaC}_2)}{\text{M(CaC}_2)} = \frac{6400 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 100 \text{ моль}\] Тогда количество вещества винилхлорида \(\text{n(CH}_2=\text{CHCl}) = 100\) моль. Масса винилхлорида: \[\text{m(CH}_2=\text{CHCl}) = \text{n(CH}_2=\text{CHCl}) \cdot \text{M(CH}_2=\text{CHCl}) = 100 \text{ моль} \cdot 62.5 \text{ г/моль} = 6250 \text{ г}\] Переводим в килограммы: \(6250 \text{ г} = 6.25\) кг. Округляем до целого числа: \(6\) кг. Ответ: Масса винилхлорида, которую можно получить, составляет 6 кг. 4. Стоит отметить, что в химии ацетилена две фактически самые важные реакции были открыты русскими учеными. * бензол (\(\text{C}_6\text{H}_6\)) * уксусный альдегид (\(\text{CH}_3\text{COH}\)) Запиши уравнения реакций перехода ацетилена в бензол и уксусный альдегид. Рассчитай, в каком случае израсходуется большая масса ацетилена при получении в каждом случае 100 г продукта реакции (прими протекание реакций 100%). А) При получении бензола из ацетилена (реакция Зелинского). Б) При получении уксусного альдегида (реакция Кучерова). Решение: А) Получение бензола из ацетилена (реакция Зелинского): Это реакция тримеризации ацетилена. Три молекулы ацетилена циклизуются с образованием одной молекулы бензола при нагревании до 400-450 °C в присутствии активированного угля. \[3\text{C}_2\text{H}_2 \xrightarrow{\text{C, 400-450°C}} \text{C}_6\text{H}_6\] Б) Получение уксусного альдегида из ацетилена (реакция Кучерова): Это реакция гидратации ацетилена. Ацетилен реагирует с водой в присутствии солей ртути (\(\text{HgSO}_4\)) и серной кислоты (\(\text{H}_2\text{SO}_4\)) при нагревании. Промежуточно образуется енол (виниловый спирт), который изомеризуется в уксусный альдегид. \[\text{C}_2\text{H}_2 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{HgSO}_4, \text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_3\text{COH}\] Расчет массы ацетилена: Молярная масса ацетилена \(\text{M(C}_2\text{H}_2) = 26\) г/моль. Молярная масса бензола \(\text{M(C}_6\text{H}_6)\): \(6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 72 + 6 = 78\) г/моль. Молярная масса уксусного альдегида \(\text{M(CH}_3\text{COH})\): \(2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 24 + 4 + 16 = 44\) г/моль. А) Для получения 100 г бензола: Из уравнения реакции: \(3\text{C}_2\text{H}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_6\) Соотношение молей: 3 моль \(\text{C}_2\text{H}_2\) дают 1 моль \(\text{C}_6\text{H}_6\). Количество вещества бензола: \[\text{n(C}_6\text{H}_6) = \frac{\text{m(C}_6\text{H}_6)}{\text{M(C}_6\text{H}_6)} = \frac{100 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} \approx 1.282 \text{ моль}\] Количество вещества ацетилена, необходимое для получения 100 г бензола: \[\text{n(C}_2\text{H}_2) = 3 \cdot \text{n(C}_6\text{H}_6) = 3 \cdot 1.282 \text{ моль} \approx 3.846 \text{ моль}\] Масса ацетилена: \[\text{m(C}_2\text{H}_2) = \text{n(C}_2\text{H}_2) \cdot \text{M(C}_2\text{H}_2) = 3.846 \text{ моль} \cdot 26 \text{ г/моль} \approx 100.0 \text{ г}\] Б) Для получения 100 г уксусного альдегида: Из уравнения реакции: \(\text{C}_2\text{H}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CH}_3\text{COH}\) Соотношение молей: 1 моль \(\text{C}_2\text{H}_2\) дает 1 моль \(\text{CH}_3\text{COH}\). Количество вещества уксусного альдегида: \[\text{n(CH}_3\text{COH}) = \frac{\text{m(CH}_3\text{COH})}{\text{M(CH}_3\text{COH})} = \frac{100 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} \approx 2.273 \text{ моль}\] Количество вещества ацетилена, необходимое для получения 100 г уксусного альдегида: \[\text{n(C}_2\text{H}_2) = \text{n(CH}_3\text{COH}) = 2.273 \text{ моль}\] Масса ацетилена: \[\text{m(C}_2\text{H}_2) = \text{n(C}_2\text{H}_2) \cdot \text{M(C}_2\text{H}_2) = 2.273 \text{ моль} \cdot 26 \text{ г/моль} \approx 59.1 \text{ г}\] Сравнение масс ацетилена: Для получения 100 г бензола требуется примерно 100.0 г ацетилена. Для получения 100 г уксусного альдегида требуется примерно 59.1 г ацетилена. Вывод: Большая масса ацетилена израсходуется при получении 100 г бензола. Ответ: А) Уравнение реакции получения бензола из ацетилена (реакция Зелинского): \[3\text{C}_2\text{H}_2 \xrightarrow{\text{C, 400-450°C}} \text{C}_6\text{H}_6\] Для получения 100 г бензола потребуется примерно 100.0 г ацетилена. Б) Уравнение реакции получения уксусного альдегида из ацетилена (реакция Кучерова): \[\text{C}_2\text{H}_2 + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{HgSO}_4, \text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_3\text{COH}\] Для получения 100 г уксусного альдегида потребуется примерно 59.1 г ацетилена. Большая масса ацетилена израсходуется при получении 100 г бензола.