Rendimiento en una reacción de nitración del benceno (7355)

, por F_y_Q

En la nitración de 10.0 g de benceno se 13.0 g de nitrobenceno según la reacción:

\ce{C6H6 + HNO3 -> C6H5NO2 + H2O}

a) ¿Cuál es el rendimiento de la reacción?

b) ¿Cuántas moléculas de agua se producen en la reacción?

c) ¿Cuál es la concentración molar de ácido si se usaron 500 mL?

Masas atómicas: H = 1 ; C = 12 ; N =14 ; O = 16.


SOLUCIÓN:

Debes calcular las masas moleculares del benceno y del nitrobenceno para hacer la relación másica en la reacción química:

\ce{C6H6} = 6\cdot 12 + 6\cdot 1 = 78\ \frac{g}{mol}
\ce{C6H5NO2} = 6\cdot 12 + 5\cdot 1 + 1\cdot 14 + 1\cdot 16 = 123\ \frac{g}{mol}

Puedes usar esta relación másica para determinar la masa de nitrobenceno que deberías obtener con los 10 g de benceno, por ejemplo:

10\ \cancel{\ce{g\ C6H6}}\cdot \frac{123\ \ce{g\ C6H5NO2}}{78\ \cancel{\ce{g\ C6H6}}} = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{15.8\ \ce{g\ C6H5NO2}}}

a) El rendimiento de la reacción lo calculas comparando la cantidad teórica y la real que obtienes del nitrobenceno:

\eta = \frac{m_r}{m_t}\cdot 100\ \to\ \eta = \frac{13\ \cancel{g}}{15.8\ \cancel{g}}\cdot 100\ \to\ \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\bm{\eta = 82.3\%}}}


b) La masa de agua que obtienes la calculas de manera análoga al apartado anterior, pero teniendo en cuenta el rendimiento de la reacción:

10\ \cancel{\ce{g\ C6H6}}\cdot \frac{18\ \ce{g\ H2O}}{78\ \cancel{\ce{g\ C6H6}}}\cdot 0.823 = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{1.90\ \ce{g\ H2O}}}

Usando un factor de conversión puedes calcular las moléculas de agua. Para ello solo tienes que relacionar la masa de un mol de agua con el número de Avogadro:

1.9\ \cancel{g}\ \ce{H2O}\cdot \frac{6.022\cdot 10^{23}\ \text{molec}}{18\ \cancel{g}} = \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\bm{6.36\cdot 10^{22}}\ \textbf{\ce{molec\ H2O}}}}


c) La relación másica de la reacción te permite calcular los moles de \ce{HNO3} que se han necesitado para hacer reaccionar la masa de benceno:

10\ \cancel{\ce{g\ C6H6}}\cdot \frac{63\ \cancel{g}\ \ce{HNO3}}{78\ \cancel{\ce{g\ C6H6}}}\cdot 0.823\cdot \frac{1\ \text{mol}}{63\ \cancel{g}} = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{0.106\ \ce{mol\ HNO3}}}

La concentración molar es:

M = \frac{0.106\ \text{mol}}{0.5\ \text{L}} = \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\bm{0.212\ \frac{mol}{L}}}}