При взаимодействии 1,4-дибромбутана массой 64,8 г с металлическим натрием массой 20,5 г образовался циклоалкан. Определите формулу циклоалкана и его массу, если выход продукта составляет 85%.

Для решения данной задачи мы должны использовать химическую реакцию между 1,4-дибромбутаном и натрием. Так как натрий является металлом, он реагирует с галогенами, образуя соединение и выделяя газ (в данном случае это будет бромистый водород).

Уравнение реакции можно записать следующим образом:

1,4-дибромбутан + 2Na → 1-цис-циклобутан + 2NaBr + H₂

Из уравнения видно, что для каждой молекулы 1,4-дибромбутана требуется 2 молекулы натрия. Также укажем мольные массы веществ для проведения дальнейших расчетов:

Молярная масса 1,4-дибромбутана (C₄H₈Br₂) = 195,88 г/моль

Молярная масса натрия (Na) = 22,99 г/моль

Теперь, чтобы определить массу циклоалкана, нам нужно выполнить следующие шаги:

1. Рассчитаем количество вещества 1,4-дибромбутана (C₄H₈Br₂) и натрия (Na) в граммах, используя следующую формулу:
масса = количество вещества × молярная масса

Для 1,4-дибромбутана:
количество вещества = масса / молярная масса = 64,8 г / 195,88 г/моль ≈ 0,33 моль

Для натрия:
количество вещества = масса / молярная масса = 20,5 г / 22,99 г/моль ≈ 0,89 моль

2. Учитывая стехиометрию реакции, определяем, какое количество натрия будет запасено и сколько будет использовано:
из уравнения видно, что для каждой молекулы 1,4-дибромбутана требуется 2 молекулы натрия, значит используется 2 × 0,33 моль = 0,66 моль натрия

3. Из остатка натрия (0,89 моль - 0,66 моль = 0,23 моль) рассчитываем массу образовавшегося бромида натрия:
масса бромида натрия = количество вещества × молярная масса = 0,23 моль × 147,99 г/моль = 34,03 г

4. Вычисляем массу циклоалкана, используя уравнение реакции и формулу:
масса 1-цис-циклобутана = масса 1,4-дибромбутана - масса бромида натрия = 64,8 г - 34,03 г = 30,77 г

5. Наконец, учитывая выход продукта в 85%, найдем массу образовавшегося циклоалкана:
масса циклоалкана = масса 1-цис-циклобутана × выход продукта = 30,77 г × 0,85 = 26,15 г

Итак, в результате реакции образуется 1-цис-циклобутан (C₄H₈) массой 26,15 г.