Λυμένες ασκήσεις. Αλκάνια

Transcript

1 Λυμένες ασκήσεις Αλκάνια 1. Αλκάνιο Α έχει σχετική μοριακή μάζα Μ = 58. α. Να βρεθεί ο μοριακός τύπος του αλκάνιου και τα συντακτικά ισομερή του. β. 5,8 g από το αλκάνιο Α καίγονται πλήρως με Ο 2. Να υπολογιστούν η μάζα του CΟ που παράγεται και ο όγκος του Ο που απαιτείται, μετρημένος σε συνθήκες STP. α. ο γενικός μοριακός τύπος των αλκανίων είναι C Η,οπότε ισχύει Μ = 12ν + 2ν + 2 = 14ν + 2 ή 58= 14ν + 2 ή ν = 4 Ο μοριακός τύπος του Α είναι C Η και τα συντακτικά του ισομερή είναι: CH CH CH CH βουτάνιο και β. η ποσότητα του C Η που καιγεται είναι n = / ή n =, = 0,1 mol / C Η O 4CO + 5H O 1 mol mol 4 mol 0,1 mol x y x = 0,65 mol και y = 0,4 mol Η μαζα του CO (Μ = 44) είναι m = n Μ ή m = 0,4 mol = 17,6 g Ο όγκος του O που απαιτείται, μετρημένος σε συνθήκες STP(V = 22,4 L), είναι V = n V ή V = 0,65 mol 22,4 = 14,56 L

2 2. Ένα αλκάνιο περιέχει 80% w/w C. α. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος του αλκανίου; β. 12 g από το αλκάνιο αυτό καίγονται πλήρως με αέρα (20% Ο 80% Ν (ν/ν)). Να υπολογιστούν: ι) η μάζα του Η Ο που παράγεται, ιι) ο όγκος του αέρα που απαιτείται, μετρημένος σε συνθήκες STP. α. Τα αλκάνια έχουν γενικό μοριακό τύπο C Η,οπότε ισχύει: Μ = 12ν + 2ν + 2 = 14ν + 2 Στο 1 mol = (14v + 2) g αλκανίου περιέχονται 12ν g C, οπότε έχουμε: Στα (14v + 2)g αλκανίου περιέχονται 12ν g C >> 100 >> >> 80 >> = ή ν = 2 Επομένως ο μοριακός τύπος του αλκανίου είναι C H. β. Η ποσότητα του C H (Μ = 30) που καίγεται είναι n = / ή n = = 0,4 mol / C 2 Η O 2 2CO 2 + 3H 2 O 1 mol mol 3mol 0,4 mol x y x = 1,4mol και y = 1,2 mol ι) η μάζα του H O (Μ = 18) που παράγεται είναι m = n Μ ή m = 1,2 mol = 21,6 g ιέ) ο όγκος του O που απαιτείται, μετρημένος σε συνθήκες STP(V = 22,4 L), είναι V = n V ή V = 1,4 mol 22,4 = 31,36 L

3 Σε 100 L αέρα περιέχονται 20 L O >> ω >> >> 31,36>> >> ω = 156,8 L Άρα για την καύση του C Η απαιτούνται156,8 L αερα. 3. 4,48 L αλκανίου, μετρημένα σε συνθήκες STP, καίγονται πλήρως, οπότε παράγονται 14,4 g H O. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος του αλκανίου; Η ποσότητα του αλκανίου που καίγεται είναι n =, ή n = = 0,2 mol, / Η ποσότητα του H O (Μ = 18) που παράγεται είναι n = ή n =, / = 0,8 mol Η χημική εξίσωση της πλήρους καύσης του αλκανίου είναι: C ν Η 2ν2 + 3ν + 1 O 2 2 νco 2 + (ν + 1)H 2 O 1 mol (ν + 1)mol 0,2 mol x x = 0,2 (ν + 1)mol Είναι n = 0,8 mol, οπότε 0,2 (ν + 1) = 0,8 ή ν = 3. Άρα ο μοριακός τύπος του αλκανίου είναι C Η ,8 g αλκυλοβρωμίδιου Α αντιδρούν πλήρως με Νa παρουσία άνυδρου αιθέρα, οπότε σχηματίζονται 2,24 L αλκανίου Β, μετρημένα σε συνθήκες STP. Ποιοι είναι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β;

4 Έστω C Η Βr το αλκυλοβρωμίδιο Α και x mol η ποσότητα του. Η σχετική μοριακή μάζα του Α είναι Μ = 12ν + 2ν = 14 ν + 81,οπότε ισχύει n = ή x =, (1) / Η χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται είναι : 2C Η Βr + 2 Νa C Η C Η + 2 Νa Br 2 mol (A) 1mol x mol mol Το αλκάνιο Β που παράγεται είναι mol, οποτε από τον όγκο του, μετρημένο σε συνθήκες STP, προκύπτει : n = ή =,, / = 0,1 mol ή x = 0,2 Αντικαθιστώντας στην εξίσωση (1) όπου x = 0,2 προκύπτει ν = 2. Συνεπώς οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β είναι: Α: CH CH Br (βρωμοαιθάνιο) Β: CH CH CH CH (βουτάνιο) ml αλκανίου αναμιγνύονται με 4 L αέρα (20% Ο 80% Ν (ν/ν)) και το μίγμα αναφλέγεται. Τα καυσαέρια ψύχονται στη συνηθισμένη θερμοκρασία και στη συνεχεία διαβιβάζονται σε διάλυμα NaOH. Τελικά μένουν 3350 ml αερίου. Να βρεθούν: α. ο μοριακός τύπος του αλκανίου, β. η ελάττωση του όγκου των καυσαερίων κατά την ψύξη τους στη συνηθισμένη θερμοκρασία. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. α. η χημική εξίσωση της καύσης του αλκανίου είναι: C Η ml 3ν + 1 O 2 νco + (ν + 1)H O 100 ml ν 100 ml (ν + 1) 100 ml

5 Με την ψύξη των καυσαερίων στην συνηθισμένη θερμοκρασία υγροποιούνται οι υδρατμοί, ενώ κατά τη διαβίβασή τους στο διάλυμα της βάσης NaOH δεσμεύεται το CO. Άρα τα 3350 ml του αερίου που μένει είναι το Ν του αερα και το O που μπορεί να περίσσεψε. Η ποσότητα του O που περιέχεται στα 4 L αέρα είναι: Στα 100 ml αέρα περιέχονται 20 ml O >> 4000 >> >> >> >> x >> x = 800 ml Επομένως ο αέρας περιέχει και =3200 ml Ν. Ισχύει 3350 = V + V (.) ή 3350 = V (.) ή V (.) = 150 ml Άρα V (.) = V (.) V (.) = = 650 ml Ισχύει V = 650 ml ή 100 = 650 ή ν=4. Άρα ο μοριακός τύπος του αλκανίου είναι C Η. β. η ελάττωση του όγκου των καυσαερίων κατά την ψύξη τους στη συνηθισμένη θερμοκρασία είναι ο όγκος των υδρατμών. Επομένως ισχύει ΔV () = V = (ν + 1) 100 = 500 ml 6. Αέριο μίγμα που αποτελείται από αιθίνο και ένα αλκάνιο έχει όγκο 50 μl. Το μίγμα αναμιγνύεται με 250 ml O και αναφλεγεται. Τα καυσαέρια μετά την ψύξη τους στη συνηθισμένη θερμοκρασία έχουν όγκο 180 ml, από τα οποία τα 130 ml δεσμεύονται από διάλυμα βάσης. Να βρεθούν: α. η κατ όγκον σύσταση του αρχικού μίγματος, β. ο μοριακός τύπος του αλκανίου. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Έστω ότι το μίγμα περιέχει x ml C Η και y ml από το αλκάνιο C Η. Ισχύει V. = V + V ή x + y = 50 (1) Οι αντιδράσεις καύσης των συστατικών του μίγματος είναι : C Η + x ml O 2CO + Η Ο x ml 2x ml

6 C Η + y ml O vco + (v + 1)Η Ο yml vyml Με την ψύξη των καυσαερίων στη συνηθισμένη θερμοκρασία υγροποιούνται οι υδρατμοί, οπότε μετά την ψύξη ισχύει V ί = V + V (.) = 180 ml Το διάλυμα της βάσης (π.χ. ΚΟΗ) δεσμεύει το CO, οπότε ισχύει V = 130 ml, αρά V (.) = = 50 ml. Είναι V = 130 ml, άρα 2x + vy = 130 (2) V (.) = V (.) V (.) = = 200 ml Είναι V (.) = 200ml, άρα x + y = 200 (3) Από τις εξισώσεις (1), (2) και (3) προκύπτουν x = 20, y = 30 και ν = 3 α. το μίγμα περιέχει 20 ml C Η και 30 ml C Η. β. ο μοριακός τύπος του αλκανίου C Η (προπάνιο). ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1.Στοιχειομετρικοί υπολογισμοί σε αντιδράσεις καύσης 1.Να βρεθεί πόσος όγκος οξυγόνου απαιτείται για την καύση 12L βουτανίου. Οι όγκοι μετρήθηκαν σε ίδιες συνθήκες. 2. Κατά την καύση ορισμένου όγκου προπενίου παράγονται 120L CO 2.Να βρεθεί ο όγκος του προπενίου. Οι όγκοι μετρήθηκαν σε ίδιες συνθήκες. 3. Για την καύση ορισμένου όγκου βουτανίου απαιτούνται 130L O 2.Να βρεθεί ο όγκος του βουτανίου. Οι όγκοι μετρήθηκαν σε ίδιες συνθήκες. 4. 2,2 g προπανίου (C 3 H 8 ) καίγονται πλήρως με Ο 2 και τα καυσαέρια διαβιβάζονται σε πυκνό διάλυμα H 2 SO 4. Να υπολογιστούν: α.ο όγκος του Ο 2 που απαιτείται, μετρημένος σε συνθήκες STP, β.η αύξηση μάζας του διαλύματος H 2 SO 4.

7 5.50 ml ατμών 1 βουτενίου (C 4 H 8 ) καίγονται πλήρως με ατμοσφαιρικό αέρα. Να υπολογίσετε τον όγκο: α.του CO 2 που παράγεται, β.του ατμοσφαιρικού αέρα που απαιτείται. Δίνεται ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει 20 % Ο 2 80 % Ν 2 (v/v). Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. 2.Εύρεση μοριακού τύπου 1. Να βρεθούν οι μοριακοί τύποι των επόμενων ενώσεων: i. 100 ml αλκενίου Α με πλήρη καύση σχηματίζουν 300 ml CO 2. ii. 50 ml υδρογονάνθρακα Β με πλήρη καύση παράγουν 200 ml CO 2 και 150 ml υδρατμών. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. 2. Ορισμένος όγκος ατμών υδρογονάνθρακα καίγεται πλήρως, οπότε παράγονται τετραπλάσιος όγκος CO 2 και πενταπλάσιος όγκος Η 2 Ο. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα; Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας ml αλκανίου αναμιγνύονται με 600 ml O 2 και το μίγμα αναφλέγεται, οπότε το αλκάνιο καίγεται πλήρως. Τα καυσαέρια, μετά την ψύξη τους στη συνηθισμένη θερμοκρασία, διαβιβάζονται σε περίσσεια διαλύματος ΚΟΗ, οπότε παρουσιάζουν ελάττωση όγκου ίση με 300 ml. i. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος του αλκανίου; ii. Ποιος είναι ο όγκος των καυσαερίων μετά την ψύξη και τη διαβίβαση τους στο διάλυμα ΚΟΗ; Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίαs ml ατμών ενός υδρογονάνθρακα καίγονται πλήρως με Ο 2. Τα καυσαέρια διαβιβάζονται αρχικά σε πυκνό διάλυμα H 2 SO 4, οπότε ο όγκος τους ελαττώνεται κατά 150 ml. Στη συνέχεια διαβιβάζονται σε περίσσεια διαλύματος ΚΟΗ, οπότε παρουσιάζουν ελάττωση όγκου ίση με 200 ml. Να προσδιορίσετε:

8 i. Τον μοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα και τα συντακτικά ισομερή του, ii. Τον όγκο του Ο 2 που απαιτείται για την καύση. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. 3.Καύση μιγμάτων 1. 3 g ενός αλκανίου καίγονται πλήρως με Ο 2. Τα καυσαέρια, μετά την ψύξη τους στη συνηθισμένη θερμοκρασία, διαβιβάζονται σε περίσσεια διαλύματος Ca(OH) 2, οπότε σχηματίζονται 20 g ιζήματος. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος του αλκανίου; 2. 6 g μίγματος, που αποτελείται από CH 4 και C 3 H 8, καίγονται πλήρως με οξυγόνο. Τα καυσαέρια διαβιβάζονται σε περίσσεια πυκνού διαλύματος H 2 SO 4, οπότε το διάλυμα H 2 SO 4 παρουσιάζει αύξηση μάζας ίση με 10,8 g. Να υπολογιστεί η σύσταση του μίγματος. 3. Αέριο μίγμα C 2 H 4 και C 2 H 2 απαιτεί για πλήρη καύση 700 ml ατμοσφαιρικού αέρα (20 % Ο 2 80 % Ν 2 (v/v)). Τα καυσαέρια ψύχονται αρχικά στη συνηθισμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια διαβιβάζονται σε διάλυμα ΚΟΗ, οπότε παρουσιάζουν ελάττωση όγκου ίση με 100 ml. Να υπολογιστεί η κατ ογκον σύσταση του αρχικού μίγματος. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. 4. Αέριο μίγμα που αποτελείται από αιθάνιο και ένα αλκένιο έχει όγκο 150 ml. Το μίγμα καίγεται πλήρως, οπότε παράγονται 400 ml CO 2 και 450 ml υδρατμών. Να βρεθούν: i. Η κατ ογκον σύσταση του μίγματος, ii. Ο μοριακός τύπος του αλκενίου. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. 5. Ισομοριακό μίγμα, που αποτελείται από ένα αλκάνιο Α και ένα αλκένιο Β,(με ίδιο αριθμό ατόμων C) έχει όγκο 200 ml. Το μίγμα καίγεται πλήρως με οξυγόνο, οπότε σχηματίζονται 300 ml CO 2. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των υδρογονανθράκων Α και Β. Όλοι οι όγκοι μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.

9 Eπαναληπτικές ασκήσεις αλκανίων 1 Να γράψετε τη χημική εξίσωση της τέλειας καύσης του μεθανίου και να υπολογίσετε: α) Τον όγκο ατμοσφαιρικού αέρα σε STP που απαιτείται για την πλήρη καύση 5 mol μεθανίου. β) Την κατ όγκο σύσταση των καυσαερίων σε STP, που προκύπτουν από την παραπάνω καύση, μετά την απομάκρυνση των υδρατμών με ψύξη των καυσαερίων. Σύσταση ατμοσφαιρικού αέρα: 20% v/v Ο 2 και 80% v/v Ν 2. 2 Αναμείξαμε 10L C 2 Η 6 με 200L ατμοσφαιρικού αέρα και αναφλέξαμε το μείγμα. α) Γράψτε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης τέλειας καύσης που πραγματοποιήθηκε. β) Να βρείτε τη σύσταση των καυσαερίων μετά την ψύξη τους. Οι όγκοι όλων των αερίων αναφέρονται στις ίδιες συνθήκες. Σύσταση ατοσφαιρικού αέρα: 20% v/v Ο 2 και 80% v/v Ν 2. 3 Να γράψετε τη χημική εξίσωση της παρασκευής του μεθανίου από το αιθανικό νάτριο και να υπολογίσετε την ελάχιστη ποσότητα του αιθανικού νατρίου που απαιτείται για την παρασκευή 6,72 L μεθανίου μετρημένα σε STP. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων: C:12, H:1, O:16, Na:23. 4 Ένα ισομοριακό μείγμα μεθανίου και προπανίου έχει μάζα 12g. α) Βρείτε τη μάζα και τον όγκο σε STP του κάθε συστατικού αυτού του αέριου μείγματος. β) Αν κάψουμε το παραπάνω μείγμα και διαβιβάσουμε τα θερμά καυσαέρια σε ψυχρό διάλυμα καυστικού νατρίου, κατά πόσο θα αυξηθεί η μάζα αυτού του διαλύματος; Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων: C: 12, H: 1, Ο: Αναμείξαμε 10L ενός αέριου κορεσμένου υδρογονάνθρακα με 70L οξυγόνου και μετά αναφλέξαμε το μείγμα. Προσδιορίσαμε κατόπιν την ποσότητα του CO 2 στα καυσαέρια και την βρήκαμε 20L. Βρείτε: α) Το μοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα.

10 β) Τον όγκο του οξυγόνου που αντέδρασε, καθώς και αυτόν που περίσσεψε και περιέχεται στα καυσαέρια. Οι όγκοι όλων των αερίων μετρήθηκαν στους 0 C και σε πίεση 1at. 6 Διαπιστώθηκε ότι σε κάθε 100L βιοαερίου περιέχονται 60L CH 4 και 40L CO 2. Υπολογίστε: α) Τον όγκο του ατμοσφαιρικού αέρα που καταναλώνεται όταν καίγονται πλήρως 56L αυτού του βιοαερίου, καθώς και τον όγκο του CO 2 που περιέχεται στα καυσαέρια. β) Το ποσό θερμότητας που ελευθερώνεται από την παραπάνω καύση, αν γνωρίζουμε ότι η θερμαντική αξία του βιοαερίου είναι 20 MJ/Kg. Οι όγκοι όλων των αερίων δίνονται και ζητούνται σε πρότυπες συνθήκες. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων: C: 12, H: 1, Ο: 16 και ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει 20%v/v O 2. 7 Θερμάναμε με περίσσεια καυστικού νατρίου 50g καθαρού αιθανικού να-τρίου. Μετρήσαμε στη συνέχεια το όγκο του αερίου που ελευθερώθηκε και τον βρήκαμε 11,2L σε πρότυπες συνθήκες. α) Γράψτε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιήθηκε. β) Υπολογίστε το % ποσοστό του αιθανικού νατρίου που αντέδρασε. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων: C: 12, H: 1, Ο: 16, Na: Υπολογίστε τον όγκο του αέρα σε STP, περιεκτικότητας 20 % v/v σε οξυγόνο, που απαιτείται για την τέλεια καύση 1L οκτανίου πυκνότητας 0,855g/mL. Να υπολογίσετε επίσης και τη μάζα του διοξειδίου του άνθρακα που θα παραχθεί από αυτή την καύση. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων: C:12, O: 9 Ένας υγρός υδρογονάνθρακας έχει πυκνότητα 0,72g/ml. Κάψαμε 50mL του υδρογονάνθρακα αυτού με περίσσεια οξυγόνου, ώστε η καύση να είναι πλήρης και μετρήσαμε κατάλληλα τις μάζες των καυσαερίων. Βρήκαμε ότι: μάζα Η 2 Ο = 54g και μάζα CO 2 = 110g. Με βάση τα δεδομένα αυτά: α) βρείτε το μοριακό τύπο του υδρογονάνθρακα β) γράψτε όλα τα δυνατά ισομερή αυτού και τις ονομασίες τους γ) υπολογίστε πόσα mol του υδρογονάνθρακα που κάψαμε. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων: C: 12, H: 1, O: 16.

11 10.Αναμείξαμε ορισμένη ποσότητα προπανικού νατρίου με περίσσεια καυστικού νατρίου και πυρώσαμε αυτό το μείγμα μέχρι να πάψει να ελευθερώνεται αέριο. Επειδή διαπιστώσαμε ότι στο αέριο που ελευθερώθηκε περιέχονταν και υδρατμοί, το διαβιβάσαμε σε ένα σωλήνα με άνυδρο χλωριούχο ασβέστιο. Ο σωλήνας συγκράτησε τους υδρατμούς και έτσι η μάζα του αυξήθηκε από 38,4g σε 42,4g, ενώ ο όγκος του αερίου που βγήκε απ το σωλήνα ήταν 4,48L σε STP. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα: α) Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιήθηκε κατά τη θέρμανση του μείγματος και να δώσετε μία πιθανή εξήγηση για την προέλευση των υδρατμών που περιέχονται στα αέρια που παράχθηκαν. β) Να υπολογίσετε την % w/w σύσταση των αερίων που παράχθηκαν κατά την πύρωση. γ) Να βρείτε τη μάζα του προπανικού νατρίου που αντέδρασε. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες: C:12, H:1, O:16, Na:23.