Wydajno reakcji chemicznych Zadania z rozwizaniami Zadanie 1

Wydajność reakcji chemicznych Zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 v Chlorowaniu poddano 30 g kwasu propanowego otrzymując z 80% (ɳ 1 = 0, 8) wydajnością kwas chloropropanowy, który poddano reakcji z wydajnością 30 % (ɳ 2 = 0, 3) w celu otrzymania kwasu 2 -aminopropanowego. v Oblicz masę otrzymanego kwasu 2 -aminoprapanowgo. v Analiza i założenia do zadania: Ø reakcja przebiega zgodnie z regułą Zajcewa ü CH 3–CH 2–COOH + Cl 2 CH 3–CHCl–COOH + HCl ü CH 3–CHCl–COOH +NH 3 CH 3–CH(NH 2)–COOH + HCl ü z 1 mola kwasu propanowego powstaje 1 mol kwasu 2 -aminopropanowego przy wydajności 100% ü MC 2 H 5 COOH = 74 g/mol; MCH 3 CH(NH 2)COOH = 89 g/mol

Zadanie 1 - rozwiązanie Ø Obliczenie wydajności łącznej (ɳ) dla obu etapów: ü ɳ = ɳ 1 ∙ ɳ 2 = 0, 8 ∙ 0, 3 = 0, 24 (24 %) Ø Obliczenie masy kwasu 2 -aminoproapanowego przy wydajności 24 %: ü 74 g C 2 H 5 COOH ------ 0, 24 ∙ 89 g CH 3 CH(NH 2)COOH 30 g C 2 H 5 COOH ----- x x = 8, 66 g CH 3 CH(NH 2)COOH

Zadanie 2 v Kwas azotowy(V) na skalę przemysłową otrzymuje się metodą Ostwald`a z amoniaku w kolejnych etapach opisanych poniższymi równaniami reakcji: I. 2 NH 3 + 2 ½ O 2 2 NO + 3 H 2 O z ɳ 1 = 90% (0, 9) II. 2 NO + O 2 2 NO 2 z ɳ 2= 80% (0, 8) III. 2 NO 2 + H 2 O + ½ O 2 2 HNO 3 z ɳ 3 = 60% (0, 6). v Oblicz, ile kilogramów 60% roztworu HNO 3 otrzyma się z 2, 24 m 3 amoniaku (warunki normalne). v Analiza i założenia do zadania: Ø MHNO 3 = 63 g/mol; V 1 mol. NH 3 = 22, 4 dm 3. Ø Z 2 -ch moli (44, 8 dm 3) powstają 2 mole kwasu azotowego (V) (126 g) przy wydajności 100%.

Zadanie 2 - rozwiązanie •

Zadanie 3 v Do wodnego roztworu zawierającego 17 g azotanu(V) srebra dodano kwas chlorowodorowy. Masa wytrąconego osadu po odsączeniu i wysuszeniu wyniosła 11, 5 g. v Oblicz wydajność reakcji. v Uwaga - w obliczeniach pomiń iloczyn rozpuszczalności substancji trudnorozpuszczalnych – KSO. v Analiza i założenia do zadania: Ø Ag+ + NO 3 - + H+ + Cl- Ag. Cl + H+ + NO 31 mol/170 g + 1 mol/143, 4 g + 1 mol Ø MAg. NO 3 = 170 g/mol Ø MAg. Cl = 143, 4 g/ mol

Zadanie 3 - rozwiązanie Ø obliczenie masy osadu przy wydajności 100 %: ü 170 g Ag. NO 3 ------- 143, 4 g Ag. Cl 17 g Ag. NO 3 ------- x x = 14, 34 g Ag. Cl Ø obliczenie wydajności reakcji strącania Ag. Cl: ü 14, 34 g Ag. Cl -------- 100 % ü 11, 50 g Ag. Cl -------- x x = 80, 2 % = ɳ

Zadanie 4 v W reakcji 30 g glinu z nadmiarem wodnego roztworu Na. OH o stężeniu 1 mol/dm 3 otrzymano 30 dm 3 gazu (warunki normalne). v Oblicz wydajność reakcji. v Analiza i założenia do zadania: Ø 2 Al + 6 Na. OH + 6 H 2 O 2[Al(OH)6]Na 3 + 3 H 2 ü 2 mol/54 g + 6 mol 2 mol + 3 mol/67, 2 dm 3 lub Ø 2 Al + 2 Na. OH + 6 H 2 O 2 [Al(OH)4]Na + 3 H 2 ü 2 mol(54 g) + 2 mol + 6 mol 2 mol + 3 mol(67, 2 dm 3)

Zadanie 4 - rozwiązanie Ø obliczenie objętości wodory przy wydajności 100 %: ü 54 g Al -------- 67, 2 dm 3 H 2 30 g Al -------- 37, 3 dm 3 H 2 x = 37, 3 dm 3 Ø obliczenie wydajności reakcji, w której otrzymano 30 dm 3 wodoru: ü 37, 3 dm 3 H 2 ----- 100 % 30, 0 dm 3 H 2 ----- x x = 80, 43 %

Zadanie 5 •

Zadanie 5 - rozwiązanie Ø obliczenie masy otrzymanej glukozy w procesie hydrolizy: ü 162 g skrobi ------ 180 g glukozy 1000 g skrobi ------ x x = 1111 g glukozy Ø obliczenie masy etanolu przy wydajności 100%: ü 180 g glukozy ---- 92 g etanolu 1111 g glukozy ---- x x = 567, 8 g etanolu Ø obliczenie wydajności reakcji: ü 567, 8 g etanolu ----- 100% 142, 0 g etanolu ----- x x = 25 %

Zadanie 6 v Tlenek siarki(IV) można otrzymać w procesie spalania pirytu. v Oblicz masę użytego pirytu, jeżeli otrzymano 2000 m 3 (warunki normalne) tlenku siarki(IV) a reakcja przebiegła z wydajnością 90 % (ɳ = 0, 9). v Analiza i założenia do zdania: Ø VSO 2 = 2000 m 3 gazu w warunkach normalnych w przeliczeniu na liczbę moli to n. SO 2 = 89285, 7 mol Ø MFe. S 2 = 120 g/mol Ø 2 Fe. S 2 + 5 O 2 4 SO 2 + 2 Fe. O ü 2 mol(240 g/mol) + 5 mol 4 mol + 2 mol

Zadanie 6 - rozwiązanie Ø Obliczenie masy użytego w procesie pirytu przy wydajności 90 %: ü 240 g Fe. S 2 ------- 4 mol SO 2 ∙ 0, 9 x ------- 89285, 7 mol SO 2 x = 5952380 g = 5952, 38 kg

Zadanie 7 v W reakcji 12 g nasyconego jednokarboksylowego kwasu z magnezem otrzymano 0, 56 dm 3 wodoru (warunki normalne). Wydajność reakcji wyniosła 25 % (ɳ = 0, 25). v Ustal i zapisz wzór grupowy / półstrukturalny kwasu użytego w reakcji. v Analiza i założenia do zadania: Ø 2 R–COOH + Mg (R–COO)2 Mg + H 2 ü 2 mol + 1 mol/22, 4 dm 3 Ø R = Cn. H 2 n+1

Zadanie 7 - rozwiązanie Ø obliczenie liczby moli wodoru przy wydajności 100 %: ü 0, 56 dm 3 H 2 ------- 0, 25 (25 %) x -------- 1, 00 (100 %) x = 2, 24 dm 3 Ø obliczenie liczby moli kwasu: ü 2 mol R-COOH ------ 22, 4 dm 3 H 2 x ------ 2, 24 dm 3 H 2 x = 0, 2 mol R-COOH Ø Obliczenie masy molowej kwasu karboksylowego: ü 12 g R-COOH ----- 0, 2 mol x ----- 1, 0 mol x = 60 g

Zadanie 7 - rozwiązanie / cd Ø ustalenie wzoru kwasu tj: R = Cn. H 2 n+1 ü MCOOH = 45 g/mol ü MR-COOH = MCn. H 2 n+1 + MCOOH = MCn. H 2 n+1 + 45 g/mol = = 60 g/mol ü Cn. H 2 n+1 = 15 g/mol ü n ∙ 12 g/mol + (2 n + 1) ∙ 1 g/mol = 15 g/mol ü 14 n = 15 – 1 ün=1 Ø wzór grupowy kwasu karboksylowego: ü CH 3 – COOH / kwas etanowy – octowy

Zadanie 8 v Kwas etanowy (octowy) można otrzymać metodą Kuczerowa z etynu (acetylenu), reakcja przebiega w 2 -ch etapach z wydajnością: Hg 2+/H 2 SO 4 izomeryzacja Ø CH ≡ CH + H 2 O CH 2 = CH – OH CH 3 -CHO; ɳ 1= 0, 5 kat. Ø CH 3 -CHO + [O] CH 3 – COOH; ɳ 2= 0, 4 v Oblicz, jaką objętość etynu (warunki normalne) należy użyć aby otrzymać 600 g kwasu etanowego. v Analiza i założenia do zadania: Ø ɳ = ɳ 1 ∙ ɳ 2 = 0, 5 ∙ 0, 4 = 0, 2 (20 %) Ø MCH 3 – COOH = 60 g/mol Ø z 1 mola etynu powstaje 1 mol (60 g) kwasu przy ɳ = 100%

Zadanie 8 - rozwiązanie Ø Obliczenie objętości etynu (acetylenu) niezbędnej do otrzymania 600 g kwasu przy wydajności 20 % (0, 2): ü 22, 4 dm 3 C 2 H 2 ------ 0, 2 ∙ 60 g CH 3 -COOH x ----------- 600 g CH 3 -COOH x = 1120 dm 3 = 1, 12 m 3 C 2 H 2

Zadanie 9 v Mieszanina składająca się z amoniaku i powietrza atm. w obecności katalizatora ulega utlenieniu do tlenku azotu(II). v Jaką teoretycznie objętość powietrza należy wziąć do reakcji aby otrzymać 1 dm 3 NO, jeżeli wydajność procesu wynosi 60% (0, 6). v Analiza i założenia do reakcji: Ø Objętości gazów wchodzą w reakcji w tych samych stosunkach objętościowych bez względu na warunki temperatury i ciśnienia, tlen stanowi 1/5 objętości powietrza atmosferycznego. kat. Ø 4 NH 3 + 5 O 2 4 NO + 6 H 2 O ü 4 mol + 5 mol 4 mol + 6 mol ü 4 mol + 5 ∙ 5 mol 4 mol + 6 mol

Zadanie 9 - rozwiązanie Ø obliczenie objętości powietrza (1 objętość tlenu zawarta jest w 5 objętościach powietrza) przy wydajności 60 %. ü 0, 6 ∙ 4 ∙ 22, 4 dm 3 NO ------ 5 ∙ 22, 4 dm 3 powietrza 1, 0 dm 3 NO ------ x x = 10, 4 dm 3 powietrza

Zadanie 10 i rozwiązanie v Syntezę pewnego związku organicznego przeprowadzono w 4 etapach, otrzymując go z wydajnością 64% (0, 64). v Oblicz wydajność pojedynczego etapu syntezy, jeżeli wydajność każdego z poszczególnych etapów syntezy była jednakowa. v Analiza i założenia do zadania: Ø ɳ 1 = ɳ 2 = ɳ 3 = ɳ 4 Ø ɳ = ɳ 1 ∙ ɳ 2 ∙ ɳ 3 ∙ ɳ 4 = 0, 64 v Rozwiązanie Ø obliczenie wydajności etapów:

Zadanie 10 i rozwiązanie v Syntezę pewnego związku organicznego przeprowadzono w 2 etapach, otrzymując go z wydajnością 32% (0, 32). v Oblicz wydajność pojedynczego etapu syntezy, jeżeli wydajność drugiego etapu była mniejsza o połowę od pierwszego etapu. v Analiza i założenia do zadania: Ø ɳ 1 = x; ɳ 2 = 1/2 ∙ ɳ 1; ɳ = ɳ 1 ∙ 1/2 ∙ ɳ 1 = 1/2 ɳ 12 = 0, 32; ɳ 12 = 0, 64 v Rozwiązanie Ø obliczenie wydajności etapów: ü ɳ 2= ∙ 1/2 ∙ ɳ 1 = 1/2 ∙ 0, 8 = 0, 4 = 40 %