Wydajność reakcji chemicznych Zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 Chlorowaniu poddano 30 g kwasu propanowego otrzymując z 80% (ɳ1 = 0,8) wydajnością kwas chloropropanowy, który poddano reakcji z wydajnością 30 % (ɳ2 = 0,3) w celu otrzymania kwasu 2-aminopropanowego. Oblicz masę otrzymanego kwasu 2-aminoprapanowgo. Analiza i założenia do zadania: reakcja przebiega zgodnie z regułą Zajcewa CH3–CH2–COOH + Cl2  CH3–CHCl–COOH + HCl CH3–CHCl–COOH +NH3  CH3–CH(NH2)–COOH + HCl z 1 mola kwasu propanowego powstaje 1 mol kwasu 2-aminopropanowego przy wydajności 100% MC2H5COOH = 74 g/mol; MCH3CH(NH2)COOH = 89 g/mol

Zadanie 1 - rozwiązanie Obliczenie wydajności łącznej (ɳ) dla obu etapów: ɳ = ɳ1 ∙ ɳ2 = 0,8 ∙ 0,3 = 0,24 (24 %) Obliczenie masy kwasu 2-aminoproapanowego przy wydajności 24 %: 74 g C2H5COOH ----------- 0,24 ∙ 89 g CH3CH(NH2)COOH 30 g C2H5COOH ---------- x x = 8,66 g CH3CH(NH2)COOH

Zadanie 2 Kwas azotowy(V) na skalę przemysłową otrzymuje się metodą Ostwald`a z amoniaku w kolejnych etapach opisanych poniższymi równaniami reakcji: I. 2 NH3 + 2 ½ O2  2 NO + 3 H2O z ɳ 1 = 90% (0,9) II. 2 NO + O2  2 NO2 z ɳ 2= 80% (0,8) III. 2 NO2 + H2O + ½ O2  2 HNO3 z ɳ 3 = 60% (0,6). Oblicz, ile kilogramów 60% roztworu HNO3 otrzyma się z 2,24 m3 amoniaku (warunki normalne). Analiza i założenia do zadania: MHNO3 = 63 g/mol; V1molNH3 = 22,4 dm3. Z 2-ch moli (44,8 dm3) powstają 2 mole kwasu azotowego (V) (126g) przy wydajności 100%.

Zadanie 2 - rozwiązanie  

Zadanie 3 Do wodnego roztworu zawierającego 17 g azotanu(V) srebra dodano kwas chlorowodorowy. Masa wytrąconego osadu po odsączeniu i wysuszeniu wyniosła 11,5 g. Oblicz wydajność reakcji. Uwaga - w obliczeniach pomiń iloczyn rozpuszczalności substancji trudnorozpuszczalnych – KSO . Analiza i założenia do zadania: Ag+ + NO3- + H+ + Cl-  AgCl + H+ + NO3- 1 mol/170g + 1 mol  1 mol/143,4 g + 1mol MAgNO3 = 170 g/mol MAgCl = 143,4 g/ mol

Zadanie 3 - rozwiązanie obliczenie masy osadu przy wydajności 100 %: 170 g AgNO3 -------------- 143,4 g AgCl 17 g AgNO3 -------------- x x = 14,34 g AgCl obliczenie wydajności reakcji strącania AgCl: 14,34 g AgCl ---------------- 100 % 11,50 g AgCl ---------------- x x = 80,2 % = ɳ

Zadanie 4 W reakcji 30 g glinu z nadmiarem wodnego roztworu NaOH o stężeniu 1mol/dm3 otrzymano 30 dm3 gazu (warunki normalne). Oblicz wydajność reakcji. Analiza i założenia do zadania: 2 Al + 6 NaOH + 6 H2O  2[Al(OH)6]Na3 + 3 H2 2 mol/54 g + 6 mol + 6 mol  2 mol + 3 mol/67,2dm3 lub 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O  2 [Al(OH)4]Na + 3 H2 2 mol(54g) + 2 mol + 6 mol  2 mol + 3 mol(67,2dm3)

Zadanie 4 - rozwiązanie obliczenie objętości wodory przy wydajności 100 %: 54 g Al --------------- 67,2 dm3 H2 30 g Al ---------------- 37,3 dm3 H2 x = 37,3 dm3 obliczenie wydajności reakcji, w której otrzymano 30 dm3 wodoru: 37,3 dm3 H2 ---------- 100 % 30,0 dm3 H2 ---------- x x = 80,43 %

Zadanie 5  

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

Zadanie 6 Tlenek siarki(IV) można otrzymać w procesie spalania pirytu. Oblicz masę użytego pirytu, jeżeli otrzymano 2000m3 (warunki normalne) tlenku siarki(IV) a reakcja przebiegła z wydajnością 90 % (ɳ = 0,9). Analiza i założenia do zdania: VSO2 = 2000m3 gazu w warunkach normalnych w przeliczeniu na liczbę moli to nSO2 = 89285,7 mol MFeS2 = 120 g/mol 2 FeS2 + 5 O2  4 SO2 + 2FeO 2 mol(240g/mol) + 5 mol  4 mol + 2mol

Zadanie 6 - rozwiązanie Obliczenie masy użytego w procesie pirytu przy wydajności 90 %: 240 g FeS2 ------------- 4 mol SO2 ∙ 0,9 x ------------- 89285,7 mol SO2 x = 5952380 g = 5952, 38 kg

Zadanie 7 W reakcji 12 g nasyconego jednokarboksylowego kwasu z magnezem otrzymano 0,56 dm3 wodoru (warunki normalne). Wydajność reakcji wyniosła 25 % (ɳ = 0,25). Ustal i zapisz wzór grupowy / półstrukturalny kwasu użytego w reakcji. Analiza i założenia do zadania: 2 R–COOH + Mg  (R–COO)2Mg + H2 2 mol + 1mol  1mol + 1mol/22,4 dm3 R = CnH2n+1

Zadanie 7 - rozwiązanie obliczenie liczby moli wodoru przy wydajności 100 %: 0,56 dm3 H2 -------------- 0,25 (25 %) x --------------- 1,00 (100 %) x = 2,24 dm3 obliczenie liczby moli kwasu: 2 mol R-COOH ----------- 22,4 dm3 H2 x ----------- 2,24 dm3 H2 x = 0,2 mol R-COOH Obliczenie masy molowej kwasu karboksylowego: 12 g R-COOH ---------- 0,2 mol x ---------- 1,0 mol x = 60 g

Zadanie 7 - rozwiązanie / cd ustalenie wzoru kwasu tj: R = CnH2n+1 MCOOH = 45g/mol MR-COOH = MCnH2n+1 + MCOOH = MCnH2n+1 + 45 g/mol = = 60 g/mol CnH2n+1 = 15 g/mol n ∙ 12 g/mol + (2n + 1) ∙ 1 g/mol = 15 g/mol 14 n = 15 – 1 n = 1 wzór grupowy kwasu karboksylowego: CH3 – COOH / kwas etanowy – octowy

Zadanie 8 Kwas etanowy (octowy) można otrzymać metodą Kuczerowa z etynu (acetylenu), reakcja przebiega w 2-ch etapach z wydajnością: CH ≡ CH + H2O  CH2 = CH – OH  CH3-CHO; ɳ1= 0,5 CH3-CHO + [O]  CH3 – COOH; ɳ2= 0,4 Oblicz, jaką objętość etynu (warunki normalne) należy użyć aby otrzymać 600 g kwasu etanowego. Analiza i założenia do zadania: ɳ = ɳ1 ∙ ɳ2 = 0,5 ∙ 0,4 = 0,2 (20 %) MCH3 – COOH = 60 g/mol z 1 mola etynu powstaje 1 mol (60g) kwasu przy ɳ = 100% Hg2+/H2SO4 izomeryzacja kat.

Zadanie 8 - rozwiązanie Obliczenie objętości etynu (acetylenu) niezbędnej do otrzymania 600 g kwasu przy wydajności 20 % (0,2): 22,4 dm3 C2H2 ------ 0,2 ∙ 60g CH3-COOH x ---------------------- 600 g CH3-COOH x = 1120 dm3 = 1,12 m3 C2H2

Zadanie 9 Mieszanina składająca się z amoniaku i powietrza atm. w obecności katalizatora ulega utlenieniu do tlenku azotu(II). Jaką teoretycznie objętość powietrza należy wziąć do reakcji aby otrzymać 1 dm3 NO, jeżeli wydajność procesu wynosi 60% (0,6). Analiza i założenia do reakcji: Objętości gazów wchodzą w reakcji w tych samych stosunkach objętościowych bez względu na warunki temperatury i ciśnienia, tlen stanowi 1/5 objętości powietrza atmosferycznego. 4 NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O 4 mol + 5 mol  4 mol + 6 mol 4 mol + 5 ∙ 5 mol  4 mol + 6 mol kat.

Zadanie 9 - rozwiązanie obliczenie objętości powietrza (1 objętość tlenu zawarta jest w 5 objętościach powietrza) przy wydajności 60 %. 0,6 ∙ 4 ∙ 22,4 dm3 NO ----------- 5 ∙ 22,4 dm3 powietrza 1,0 dm3 NO ----------- x x = 10,4 dm3 powietrza

Zadanie 10 i rozwiązanie Syntezę pewnego związku organicznego przeprowadzono w 4 etapach, otrzymując go z wydajnością 64% (0,64). Oblicz wydajność pojedynczego etapu syntezy, jeżeli wydajność każdego z poszczególnych etapów syntezy była jednakowa. Analiza i założenia do zadania: ɳ1 = ɳ2 = ɳ3 = ɳ4 ɳ = ɳ1 ∙ ɳ2 ∙ ɳ3 ∙ ɳ4 = 0,64 Rozwiązanie obliczenie wydajności etapów:

Zadanie 10 i rozwiązanie Syntezę pewnego związku organicznego przeprowadzono w 2 etapach, otrzymując go z wydajnością 32% (0,32). Oblicz wydajność pojedynczego etapu syntezy, jeżeli wydajność drugiego etapu była mniejsza o połowę od pierwszego etapu. Analiza i założenia do zadania: ɳ1 = x; ɳ2 = 1/2 ∙ ɳ1; ɳ = ɳ1 ∙ 1/2 ∙ ɳ1 = 1/2 ɳ12 = 0,32; ɳ12 = 0,64 Rozwiązanie obliczenie wydajności etapów: ɳ2= ∙ 1/2 ∙ ɳ1 = 1/2 ∙ 0,8 = 0,4 = 40 %