ΜΜΚ 251: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΧΗΜΕΙΑ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ

Transcript

1 ΜΜΚ 251: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΧΗΜΕΙΑ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ Σύνολο Ασκήσεων 3 Ημερομηνία Παράδοσης - 26/03/2014 Στοιχειομετρία Υδρογονάνθρακες Βιομηχανία πετρελαίου Λύσεις [Σύνολο Μονάδων 25] [Μονάδες: 6] 1. Να ταιριάξετε τα σημεία βρασμού με τα πιο κάτω μόρια δικαιολογώντας την απάντησή σας. Τι είδους αλληλεπιδράσεις ασκούνται συνήθως μεταξύ μορίων αλκανίων; Οκτάνιο, 2-μεθυλοεπτάνιο, 2,2,3,3-τετραμεθυλοβουτάνιο, Ενιάνιο o C (1 atm): 106, 116, 126, 151. Οι ελκτικές δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των αλκανίων ονομάζονται αλληλεπιδράσεις Van der Waals. Στα γραμμικά μόρια ευνοούνται οι αλληλεπιδράσεις Van der Waals, λόγω του ότι η δομή τους, τους επιτρέπει να πλησιάζουν το ένα το άλλο και να έχουν μεγάλη επιφάνεια επαφής, οπότε και ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις στην υγρή φάση, γεγονός που καθιστά πιο δύσκολο αυτές τις αλληλεπιδράσεις να καταστραφούν και η ένωση να μεταβεί στην αέρια φάση. Σε αντίθεση τα διακλαδισμένα μόρια, εξαιτίας της δομής τους, χαρακτηρίζονται από μικρή επιφάνεια επαφής, συνεπώς οι αλληλεπιδράσεις είναι ασθενέστερες, άρα μπορούν και πιο εύκολα να καταστραφούν και να μεταβεί η ένωση στην αέρια φάση. Χημική ένωση o C (1 atm) Οκτάνιο μεθυλοεπτάνιο 116 2,2,3,3-τετραμεθυλοβουτάνιο 106 Ενιάνιο 151 1

2 [Μονάδες: 4] 2. Η καύση του οκτανίου οδηγεί στην παραγωγή 524 L διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) (Κ.Σ), σύμφωνα με την πιο κάτω χημική αντίδραση. C 8 H /2 O 2 8 CO H 2 O - Πόσα γραμμάρια οκτανίου απαιτούνται για την παραγωγή της πιο πάνω ποσότητας CO 2 ; - Να γραφούν τέσσερα ισομερή του οκτανίου C 8 H /2 O 2 8 CO H 2 O 1 mol 12.5 mol 8 mol 9 mol x = 2.9 x = mol CO L CO 2 x = 23.4 mol CO L CO 2 1 mol C 8 H 18 8 mol CO 2 x = 2.9 mol C 8 H mol CO 2 1 mol C 8 H 18 Mr C 8 H 18 = 114 g 2.9 mol C 8 H 18 x = g C 8 H 18 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CHCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CHCH 2 CH CHCH 2 CH CH 2 2

3 [Μονάδες: 5] 3. Μια μέθοδος που εφαρμόζεται για αύξηση του αριθμού των οκτανίων ονομάζεται αφυδρογονωτική κυκλοποίηση. Το επτάνιο με αφαίρεση υδρογόνου υπόκειται σε αφυδρογονωτική κυκλοποίηση για παρασκευή του μεθυλοκυκλοεξανίου σύμφωνα με την πιο κάτω αντίδραση: (CH 2 ) 5 + H 2 επτάνιο μέθυλοκυκλοεξανιο Στη συνέχεια το μεθυλοκυκλοεξάνιο υπόκεινται σε περαιτέρω αφυδρογόνωση για παρασκευή τολουολίου σύμφωνα με την πιο κάτω αντίδραση: + 3H 2 μέθυλοκυκλοεξaνιο τολουόλιο - Να υπολογίσετε την ποσότητα τολουολίου σε ml, που παράγεται από 500 g επτανίου καθαρότητας 85% κ.β. (πυκνότητα τολουολίου = 0.86 g/ml). - Να υπολογίσετε τη συνολική ποσότητα αερίου υδρογόνου (σε L, υπό κανονικές συνθήκες) που απελευθερώνεται και από τις δύο αντιδράσεις. (CH 2 ) 5 + H 2 + 3H 2 3

4 85 g καθαρού επτανίου στα 100 g x = 425 g 500 g 1 mol επτανίου Mr = 100 g x = 4.25 mol 425g 1 mol επτανίου : 1 mol μεθυλοκυκλοεξάνιο : 1 mol τολουόλιο 1 mol τολουολίου Mr = 92g 4.25 mol x = 391g τολουολίου Από πυκνότητα μετατρέπω τα γραμμάρια σε ml (τη μάζα σε όγκο). ρ = m / V V = m / ρ V = ml - Τα συνολικά moles H 2 είναι 17 (3 x 4.25) = 17 1 mol H L 17 mol x = L H 2 [Μονάδες: 10 A: 6, B: 4] 4. Α. Χρησιμοποιώντας εργαστηριακή κλασματική στήλη διεξάχθηκε κλασματική απόσταξη μίγματος υδρογονοανθράκων και λήφθηκαν τρία διαφορετικά κλάσματα που περιείχαν τα πιο κάτω. ΚΛΑΣΜΑ Α- 20 g μίγματος εξανίου/επτανίου, 70:30 % κ.β. ΚΛΑΣΜΑ Β- 25 g εννιάνιο ΚΛΑΣΜΑ Γ- ; g δεκανίου Αν ο συνολικός αριθμός των moles που λήφθηκαν είναι 0.8 moles, υπολογιστούν: - Ο αριθμός moles των εξανίων και επτανίου στο μίγμα 4

5 - Η μάζα (σε g) του δεκανίου Β. Με εφαρμογή κλασματικής απόσταξης λήφθηκαν τα πιο κάτω κλάσματα. ΚΛΑΣΜΑ Α- κυκλοαλκάνιο (C v H 2v ), ΜΒ=126 ΚΛΑΣΜΑ Β- 100g μίγματος δεκανίου/εντεκανίου 75:25% κ.β. - Συνολικά moles A και Β: 1.2 moles. - Να ονομάσετε το κυκλοαλκάνιο Α - Να προσδιοριστεί η ποσότητα σε g του κλάσματος Α Α. 70 g εξανίου 100 g x = 14 g 20 g 30 g επτανίου 100 g x = 6 g 20 g 1 mol εξανίου Mr = 86 g x = mol εξανίου 14 g 1 mol επτανίου Mr = 100 g x = 0.06 mol επτανίου 6 g Άρα συνολικά moles εξανίου/επτανίου = moles 1 mol ενιανίου Mr = 128 g x = mol εξανίου 25 g Συνολικά moles = x = 0.8 x = moles δεκανίου 1 mol δεκανίου Mr = 142 g mol δεκανίου x = g 5

6 Β. C v H 2v = v + 2v = 126 v = 9 C 9 H 18 = Κυκλοενιάνιο 1mol C 10 H 22 Mr = 142 g x = mol C 10 H g 1 mol C 11 H 24 Mr = 156 g x = mol 25 g = moles κυκλοενιανίου 1 mol κυκλοενιανίου Mr = 126 g mol x = 64.5 g κυκλοενιανίου 6