Tính khối lượng acetic acid và khối lượng ancol tối thiểu cần dùng để thu được 18,48kg ethyl acetate, biết hiệu suất phản ứng đạt 62,5%

Question

Accepted Answer

Để giải bài toán này, trước tiên, ta cần viết phương trình phản ứng giữa acetic acid (axit axetic) và ancol (ethanol) để tạo ra ethyl acetate (acetat etyl).

Phương trình phản ứng hóa học là:

$$ \text{Acetic acid (CH}_3\text{COOH)} + \text{Ethanol (C}_2\text{H}_5\text{OH)} \rightarrow \text{Ethyl acetate (CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5) + \text{Nước (H}_2\text{O)} $$

Tính toán khối lượng của ethyl acetate (C$_4$H$_8$O$_2$):
- Khối lượng mol của C$_4$H$_8$O$_2$ = 4(12) + 8(1) + 2(16) = 88 g/mol.

Từ đề bài, ta có 18,48 kg ethyl acetate. Để tính số mol ethyl acetate, ta có:

$$ n = \frac{m}{M} = \frac{18480 \, \text{g}}{88 \, \text{g/mol}} = 210 \, \text{mol} $$

Vì hiệu suất phản ứng là 62,5%, tức là chỉ 62,5% số mol phản ứng được chuyển hóa thành sản phẩm. Vậy số mol acetic acid và ethanol cần thiết là:

$$ n_{\text{TH}} = \frac{n}{\text{Hiệu suất}} = \frac{210 \, \text{mol}}{0,625} = 336 \, \text{mol} $$

Số mol của axit axetic và ethanol là bằng nhau trong phản ứng này, do đó:

- Số mol axit axetic cần dùng = 336 mol.
- Số mol ethanol cần dùng = 336 mol.

Tiếp theo, ta tính khối lượng acetic acid và ethanol cần thiết.

- Khối lượng mol của CH$_3$COOH (axit axetic) = 12 + 3(1) + 12 + 16 = 60 g/mol.
- Khối lượng mol của C$_2$H$_5$OH (ethanol) = 2(12) + 5(1) + 16 = 46 g/mol.

Khối lượng acetic acid cần dùng:

$$ m_{\text{acetic acid}} = n_{\text{acetic acid}} \times M_{\text{acetic acid}} = 336 \, \text{mol} \times 60 \, \text{g/mol} = 20160 \, \text{g} = 20,16 \, \text{kg} $$

Khối lượng ethanol cần dùng:

$$ m_{\text{ethanol}} = n_{\text{ethanol}} \times M_{\text{ethanol}} = 336 \, \text{mol} \times 46 \, \text{g/mol} = 15456 \, \text{g} = 15,456 \, \text{kg} $$

Tóm lại, để thu được 18,48 kg ethyl acetate với hiệu suất 62,5%, ta cần:

- Khối lượng acetic acid: 20,16 kg
- Khối lượng ethanol: 15,456 kg