ΧΗΜΕΙΙΑ Β ΛΥΚΕΙΙΟΥ 4 ο ΘΕΜΑ (από τράπεζα θεµάτων) ΑΣΚΗΣΗ 1 Σε εργαστήριο ελέγχου καυσίµων πραγµατοποιήθηκαν τα παρακάτω πειράµατα: α) Ένα δείγµα C 8 H 18 µε µάζα 1,14 g κάηκε πλήρως µε την απαιτούµενη ποσότητα αέρα. Να υπολογίσετε τον όγκο (σε L, STP) του CO 2 που παράχθηκε. (µονάδες 10) β) Κάηκε πλήρως να δείγµα ξηρού βιοαερίου όγκου 0,112 L σε STP, που αποτελείται µόνο από CH 4 και CO 2. Το νερό που παράχθηκε κατά την καύση, συλλέχθηκε και βρέθηκε ότι είχε µάζα 0,108 g. Nα υπολογίσετε την % v/v σύσταση του βιοαερίου σε CH 4 και CO 2. (µονάδες 15) ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες: A (H)=1, A (C)=12, A (O)=16. ΑΣΚΗΣΗ 1 ΛΥΣΗ α) Πρόκειται για αντίδραση καύσης και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 1 C 8 H 18 + 25/2 O 2 8 CO 2 + 9 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 25/2 ol 8 ol 9 ol Τώρα έχουµε x (25/2) x 8x 9x Για τα ol του C 8 H 18 ισχύει: 1,14 n= x= x = 0, 01 ol M 114 Το M του C 8 H 18 υπολογίζεται από το άθροισµα M=8 12+18 1=114 Για να υπολογίσουµε τον όγκο του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται σε πρότυπες συνθήκες χρησιµοποιούµε την σχέση: V n= V = n V V = 8 x 22, 4 V = 8 0,01 22, 4= 1,792 L V β) Από το µίγµα των δύο αερίων καίγεται µόνο το µεθάνιο. 1 CH 4 + 2 O 2 1 CO 2 + 2 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 2 ol 1 ol 2 ol Τώρα έχουµε ω 2ω ω 2ω Επειδή γνωρίζουµε τη µάζα του νερού θα υπολογίσουµε τα ol ως εξής:
0,108 0,108 n = 2 ω= ω= = 0, 003 ol M 18 36 Το M του H 2 O υπολογίζεται από το άθροισµα M =2 1+1 16=18 Ο όγκος του µεθανίου που κάηκε υπολογίζεται από : V n= V = n V V = ω 22, 4 V = 0,003 22, 4= 0,0672 L V Γνωρίζουµε ότι στα 0,112 L βιοαερίου περιέχονται 0,0672 L µεθανίου Αν είχαµε 100 L z; - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0,112 0, 0672 6, 72 = 0,112 z= 6,72 z= z= 60% 100 z 0,112 Άρα το υπόλοιπο 40% είναι το διοξείδιο του άνθρακα. V V ΑΣΚΗΣΗ 2 Σε εργαστήριο πραγµατοποιούνται τα ακόλουθα πειράµατα: α) Όγκος ίσος µε 4,48 L (σε STP) του υδρογονάνθρακα CH 2 =CH 2, αντιδρά µε Η 2 Ο, σε κατάλληλες συνθήκες και µετατρέπεται πλήρως σε µία χηµική ένωση Χ. Να υπολογίσετε τη µάζα, σε g, της χηµικής ένωσης Χ που παράγεται. (µονάδες 12) β) Μάζα ίση µε 4,6 g της ένωσης Χ καίγεται πλήρως µε οξυγόνο, Ο 2. Να υπολογίσετε: i) τα ol του οξυγόνου που αντέδρασαν και ii) τη µάζα (σε g) κάθε ενός από τα παραγόµενα προϊόντα. (µονάδες 13) ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες Α (H)=1, Α (C)=12, Α (Ο)=16. ΑΣΚΗΣΗ 2 ΛΥΣΗ α) Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης νερού σε αλκένιο και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 1 CΗ 2 =CH 2 + 1 Η-ΟΗ 1 CH 3 -CH 2 -OH Αν είχαµε 1 ol 1 ol 1 ol Τώρα έχουµε x x x Για τα ol του αιθενίου που αντέδρασαν ισχύει: V 4, 48 n= x= x = 0, 2 ol V 22, 4 Για να υπολογίσουµε την µάζα της αιθανόλης που σχηµατίζεται θα χρησιµοποιήσουµε την σχέση:
n= = n M = 0, 2 46= 9, 2 g M Το M της αιθανόλης υπολογίζεται από το άθροισµα M =2 12+6 1+16=46 β) Πρόκειται για αντίδραση καύσης αιθανόλης και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 1 C 2 H 5 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 3 ol 2 ol 3 ol Τώρα έχουµε ω 3ω 2ω 3ω Επειδή γνωρίζουµε τη µάζα της αιθανόλης θα υπολογίσουµε τα ol ως εξής: 4,6 n = ω= ω= 0, 1 ol M 46 Τα ol του οξυγόνου που αντέδρασαν είναι 3ω=0,3 ol. Η µάζα του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται θα είναι: n= = n M = 2 ω 44 = 0, 2 44= 8,8 g M Το M του CO 2 υπολογίζεται από το άθροισµα M =1 12+2 16=44 Η µάζα του νερού που παράγεται θα είναι: n= = n M = 3 ω 18 = 0,3 18= 5, 4 g M Το M του H 2 O υπολογίζεται από το άθροισµα M =2 1+1 16=18 ΑΣΚΗΣΗ 3 α) Μια ποσότητα 0,2 ol κορεσµένης µονοσθενούς αλκοόλης Α αφυδατώνεται πλήρως παρουσία πυκνού H 2 SO 4 στους 170 o C οπότε παράγονται 8,4 g µιας οργανικής ένωσης Β που είναι το µοναδικό οργανικό προϊόν. Η οργανική ένωση Β µπορεί να αποχρωµατίσει διάλυµα B 2 σε τετραχλωράνθρακα. Να προσδιορίσετε τους µοριακούς τύπους της αλκοόλης A και της ένωσης Β. (µονάδες 13) β) Ποσότητα 24 g µιας άλλης αλκοόλης µε µοριακό τύπο C 3 H 7 OH, καίγεται πλήρως µε την ακριβώς απαιτούµενη ποσότητα Ο 2. Να υπολογίσετε τη µάζα του νερού που παράγεται. (µονάδες 12) ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες Α (H)=1, Α (C)=12, Α (Ο)=16.
ΑΣΚΗΣΗ 3 ΛΥΣΗ α) Πρόκειται για αντίδραση αφυδάτωσης αλκοόλης προς αλκένιο µε τη βοήθεια του πυκνού διαλύµατος του θειϊκού οξέος στους 170 ο C. Είµαστε σίγουροι ότι θα προκύψει αλκένιο λόγω αποχρωµατισµού του διαλύµατος του βρωµίου. Έτσι λοιπόν αντιµετωπίζουµε το πρώτο ερώτηµα στοιχειοµετρικά. 1 C ν Η 2ν+1 OH 1 C ν H 2ν + 1 Η-ΟΗ Αν είχαµε 1 ol 1 ol 1 ol Τώρα έχουµε 0,2 0,2 0,2 Για τα ol του αλκενίου που παράγεται ισχύει: 8, 4 n= M = 12 ν + 2 ν = 14 ν =42 ν =3 M n 0, 2 Αφού το ν είναι 3, ο µοριακός τύπος της αλκοόλης θα είναι C 3 H 7 OH και του αλκενίου θα είναι C 3 H 6. β) Πρόκειται για αντίδραση καύσης µιας αλκοόλης και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 1 C 3 H 7 OH + 9/2 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 9/2 ol 3 ol 4 ol Τώρα έχουµε ω (9/2)ω 3ω 4ω Επειδή γνωρίζουµε τη µάζα της αλκοόλης θα υπολογίσουµε τα ol ως εξής: 24 n = ω= ω= 0, 4 ol M 60 Το M της αλκοόλης υπολογίζεται από το άθροισµα M =3 12+7 1+16+1=60 Η µάζα του νερού που παράγεται θα είναι: n= = n M = 4 ω 18 = 4 0, 4 18= 28,8 g M Το M του H 2 O υπολογίζεται από το άθροισµα M =2 1+1 16=18 ΑΣΚΗΣΗ 4 Για τις οργανικές ενώσεις Α και Β δίνονται οι εξής πληροφορίες: Η ένωση Α είναι ένα κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ µε 3 άτοµα άνθρακα στο µόριό του, ενώ η ένωση Β είναι ένας κορεσµένος υδρογονάνθρακας, για τον οποίο ισχύει ότι ποσότητα του υδρογονάνθρακα ίση µε 0,5 ol ζυγίζει 29 g. α) 14,8 g της ένωσης Α αντιδρούν πλήρως µε Na 2 CO 3. Να υπολογίσετε τον όγκο του παραγόµενου αερίου σε STP συνθήκες.
(µονάδες 10) β) Να προσδιορίσετε τον µοριακό τύπο της ένωσης Β. (µονάδες 8) γ) 11,6 g της ένωσης Β καίγονται πλήρως µε την απαιτούµενη ποσότητα Ο 2. Να προσδιορίσετε τον όγκο (σε L σε STP συνθήκες), του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση. (µονάδες 7) ίνονται: A (H)=1, A (O)=16, A (C)=12 ΑΣΚΗΣΗ 4 ΛΥΣΗ α) Η ένωση Α σύµφωνα µε την εκφώνηση είναι ένα κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ µε τρεις άνθρακες άρα πρόκειται για το προπανικό οξύ CH 3 -CH 2 -COOH. Τα οξέα διασπούν τα ανθρακικά άλατα και έτσι έχουµε µια αντίδραση διπλής αντικατάστασης οπότε αντιµετωπίζουµε το πρώτο ερώτηµα στοιχειοµετρικά. 2CH 3 CH 2 COOH + Na 2 CO 3 2CH 3 CH 2 COONa + Η 2 Ο + CO 2 Αν 2 ol 1 ol 2 ol 1 ol 1 ol 2x x 2x x x Για τα ol του προπανικού οξέος που αντιδρούν ισχύει: 14,8 n= 2 x= 2 x= 0, 2 x=0,1 M 74 Για να υπολογίσουµε τον όγκο του παραγόµενου αερίου, που είναι το διοξείδιο του άνθρακα, θα χρησιµοποιήσουµε την σχέση: V V n= x= V = 0,1 22, 4=2,24 L V 22, 4 β) Το σώµα Β είναι ένας κορεσµένος υδρογονάνθρακας (C v H 2v+2 ) για τον οποίο γνωρίζουµε τη µάζα και τα ol του. 29 n= 0,5= 14 ν + 2= 58 14 ν =56 ν =4 M 14 ν + 2 Εποµένως ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα θα είναι C 4 H 10 γ) Πρόκειται για αντίδραση καύσης ενός αλκανίου και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 1 C 4 H 10 + 13/2 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 13/2 ol 4 ol 5 ol Τώρα έχουµε ω (13/2)ω 4ω 5ω
Επειδή γνωρίζουµε τη µάζα του αλκανίου που αντιδρά θα υπολογίσουµε τα ol ως εξής: 11,6 n = ω= ω= 0, 2 ol M 58 Το M του αλκανίου υπολογίζεται από το άθροισµα M =4 12+10 1=58 Ο όγκος του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση θα είναι:: V 13 V 13 n= ω= V = ω 22, 4 V 2 22, 4 2 V 13 0, 2 22, 4 = = 29,12 L 2 ΑΣΚΗΣΗ 5 Ένα οµογενές µείγµα αποτελείται από 4,6 g αιθανόλης και 6 g 1-προπανόλης. α) Στο µείγµα αυτό προσθέτουµε αρκετή ποσότητα µεταλλικού νατρίου, µέχρι να σταµατήσει η έκλυση αερίου. Να υπολογίσετε τον όγκο (σε L και σε STP) του αερίου που παράγεται. (µονάδες 12) β) Ίση ποσότητα από το παραπάνω µείγµα καίγεται πλήρως µε την απαιτούµενη ποσότητα οξυγόνου. Να υπολογίσετε τη µάζα, σε g, του παραγόµενου νερού. (µονάδες 13) ίνονται: A (H)=1, A (O)=16, A (C)=12 ΑΣΚΗΣΗ 5 ΛΥΣΗ α) Οι δύο αλκοόλες αντιδρούν µε το µεταλλικό νάτριο παράγοντας υδρογόνο και τα δύο αλκοολικά άλατα. Έτσι λοιπόν έχουµε δύο αντιδράσεις αντικατάστασης και θα δουλέψουµε στοιχειοµετρικά. 1 CH 3 CH 2 OH + 1 Na 1 CH 3 CH 2 ONa + 1/2 Η 2 Αν 1 ol 1 ol 1 ol ½ ol x x x ½ x Για τα ol της αιθανόλης (M=2 12+6 1+16=46) ισχύει: 4,6 n= x= x= 0,1 M 46
1 CH 3 CH 2 CH 2 OH + 1 Na 1 CH 3 CH 2 CH 2 ONa + 1/2 Η 2 Αν 1 ol 1 ol 1 ol ½ ol y y y ½ y Για τα ol της 1-προπανόλης (M=3 12+8 1+16=60) ισχύει: 6 n= y= y= 0,1 M 60 Τα συνολικά ol του αέριου υδρογόνου που παράγονται από τις δύο αντιδράσεις θα είναι x/2+y/2 δηλαδή 0,05+0,05=0,1 ol. Για να υπολογίσουµε τον όγκο του υδρογόνου: V V n= 0,1= V = 2, 24 L V 22, 4 β) Πρόκειται για αντιδράσεις καύσης αλκοολών οπότε και εδώ δουλεύουµε στοιχειοµετρικά 1 C 2 H 5 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 3 ol 2 ol 3 ol Τώρα έχουµε 0,1 0,3 0,2 0,3 1 C 3 H 7 OH + 9/2 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 9/2 ol 3 ol 4 ol Τώρα έχουµε 0,1 0,45 0,3 0,4 Για να υπολογίσουµε τη µάζα του νερού θα δουλέψουµε ως εξής: n = 0,3+ 0, 4= ω= 0, 7 18= 12,6 g M 18 Το M του νερού υπολογίζεται από το άθροισµα M =2 1+16=18 ΑΣΚΗΣΗ 6 Η µάζα του οξυγόνου (Ο) είναι οκταπλάσια της µάζας του υδρογόνου (Η) στο µόριο ενός κορεσµένου µονοκαρβοξυλικού οξέος. α) Να βρείτε το συντακτικό τύπο του οξέος. (µονάδες 5) β) Γίνεται πλήρης αντίδραση 0,5 ol NaΟΗ µε την απαιτούµενη ποσότητα αυτού του οξέος. Να υπολογίσετε τη µάζα σε g του παραγόµενου άλατος του οξέος. (µονάδες 8) γ) Γίνεται πλήρης αντίδραση 0,4 ol Na 2 CO 3 µε την απαιτούµενη ποσότητα αυτού του οξέος. Να υπολογίσετε τη µάζα σε g του παραγόµενου άλατος του οξέος και τον όγκο του CO 2 σε STP.
(µονάδες 12) ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες: A (C)=12, A (H)=1, A (O)=16, A (Νa)=23 ΑΣΚΗΣΗ 6 ΛΥΣΗ α) Το κορεσµένο µονοκαρβοξυλικό οξύ έχει γενικό τύπο C ν H 2ν+1 COOH. Επειδή γνωρίζουµε ότι η µάζα του οξυγόνου µέσα στο µόριο του οξέος είναι οκταπλάσια από την µάζα του υδρογόνου θα ισχύει η σχέση: ( ) οξ = 8 υδρ 2 16= 8 2 ν + 2 1 32= 16 ν + 16 32 16= 16 ν ν = 1 Άρα ο συντακτικός τύπος του οξέος θα είναι CH 3 COOH δηλαδή πρόκειται για το αιθανικό ή οξικό οξύ. β) Εδώ έχουµε εξουδετέρωση του οξικού οξέος από υδροξείδιο του νατρίου οπότε δουλεύουµε στοιχειοµετρικά. 1 CH 3 COOH + 1 NaOH 1 CH 3 COONa + 1 Η 2 Ο Αν 1 ol 1 ol 1 ol 1 ol 0,5 0,5 0,5 0,5 Για να υπολογίσουµε τη µάζα του άλατος του οξικού νατρίου (M=2 12+3 1+2 16+23=82) που προκύπτει χρησιµοποιούµε τη σχέση: n= 0,5= = 0,5 82 =41 g M 82 γ) Πρόκειται για αντίδραση διπλής αντικατάστασης µεταξύ του αιθανικού οξέος και του ανθρακικού νατρίου και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 2CH 3 COOH + Na 2 CO 3 2CH 3 COONa + Η 2 Ο + CO 2 Αν 2 ol 1 ol 2 ol 1 ol 1 ol 0,8 0,4 0,8 0,4 0,4 Για να υπολογίσουµε τη µάζα του άλατος, αιθανικού νατρίου (M=2 12+3 1+2 16+23=82) που παράγεται χρησιµοποιούµε τη σχέση: n= 0,8= = 0,8 82 =65,6 g M 82 Ο όγκος του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται θα είναι:: V V n= 0, 4= V = 0, 4 22, 4= 8,96 L V 22, 4
ΑΣΚΗΣΗ 7 Στο εργαστήριο διαθέτουµε 10 L C 2 H 4 και 10 L C 2 H 6. α. Να υπολογίσετε τον όγκο (σε L) του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση 5 L C 2 H 6. (µονάδες 8) β. Να υπολογίσετε τον όγκο του ατµοσφαιρικού αέρα (περιέχει 20% v/v Ο 2 ) που απαιτείται για την τέλεια καύση 5 L C 2 H 4. (µονάδες 8) γ. Αν διαβιβάσουµε 0,2 ol ισοµοριακού µείγµατος από τους παραπάνω υδρογονάνθρακες σε νερό παρουσία H 2 SO 4, να υπολογίσετε τη µάζα του παραγόµενου προϊόντος. (µονάδες 9) ίνεται ότι οι όγκοι των αερίων µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. ίνονται: A (O)= 16, A (C)= 12, A (Η)= 1 ΑΣΚΗΣΗ 7 ΛΥΣΗ α) Πρόκειται για αντίδραση καύσης αιθανίου και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. Γενικά για την επίλυση µιας άσκησης που βασίζεται σε µία ή περισσότερες χηµικές αντιδράσεις χρησιµοποιούµε ol για να εκφράσουµε τις ποσότητες αντιδρώντων και προϊόντων. Επειδή όµως για αέρια σώµατα η αναλογία ol είναι ταυτόχρονα και αναλογία όγκων µπορούµε, σε ασκήσεις που δίνονται ή ζητούνται µόνο όγκοι, να δουλεύουµε µε όγκους. Βέβαια για να ισχύει αυτό θα πρέπει όλοι οι όγκοι να έχουν µετρηθεί στις ίδιες συνθήκες. 1 C 2 H 6 + 7/2 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O Αν είχαµε 1 L 7/2 L 2 L 3 L Τώρα έχουµε 5 L (7/2) 5 L 2 5 L 3 5 L Εποµένως ο όγκος του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση θα είναι 3,5 5=17,5 L. β) Εδώ έχουµε καύση του αιθενίου µε ατµοσφαιρικό αέρα ο οποίος περιέχει οξυγόνο και άζωτο. Σύµφωνα µε την εκφώνηση ο όγκος του οξυγόνου αποτελεί το ένα πέµπτο του όγκου του ατµοσφαιρικού αέρα (20% v/v). 1 C 2 H 4 + 3 O 2 2 CO 2 + 2 H 2 O Αν είχαµε 1 L 3 L 2 L 2 L Τώρα έχουµε 5 L 3 5 L 2 5 L 2 5 L Ο όγκος του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση θα είναι 3 5=15 L. Εποµένως ο όγκος του ατµοσφαιρικού αέρα θα είναι 5 15=75 L. γ) Ισοµοριακό µίγµα σηµαίνει ότι τα συστατικά του έχουν ίσα ol. Στην περίπτωση µας εφόσον τα συνολικά ol είναι 0,2, το κάθε συστατικό του µίγµατος θα είναι 0,1 ol. Επειδή πρόκειται για αντίδραση προσθήκης νερού σε όξινο περιβάλλον µόνο το αιθένιο θα αντιδράσει :
1 CH 2 =CH 2 + 1 H-OH 1 CH 3 -CH 2 -OH Αν είχαµε 1 ol 1 ol 2 ol Τώρα έχουµε 0,1 0,1 0,1 Εποµένως η αιθανόλη που παράγεται από την αντίδραση είναι 0,1 ol και θα υπολογίσουµε τη µάζα της : n= 0,1= = 0,1 46 = 4,6 g M 46 Το M της αιθανόλης υπολογίστηκε από το άθροισµα M =2 12+6 1+16=46 ΑΣΚΗΣΗ 8 Στο εργαστήριο διαθέτουµε προπένιο και ένα άλλο αέριο αλκένιο Α. 10 L του αλκενίου Α κατά την πλήρη καύση τους σχηµατίζουν 20 L διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) µετρηµένα στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης. α. Ποιος είναι ο Μοριακός Τύπος του Α; (µονάδες 8) β. 10 L προπενίου καίγονται πλήρως. Να υπολογίσετε τον όγκο του οξυγόνου που απαιτείται, αν οι όγκοι µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες. (µονάδες 8) γ. Μια ποσότητα προπενίου αντιδρά πλήρως µε νερό σε κατάλληλες συνθήκες και σχηµατίζεται οργανικό προϊόν Β (κύριο προϊόν) που έχει µάζα 12 g. Να γράψετε τη χηµική εξίσωση της αντίδρασης, το συντακτικό τύπο και το όνοµα της ένωσης Β και να υπολογίσετε τα ol προπενίου που αντέδρασαν. (µονάδες 9) ίδονται A (C)= 12, A (H)= 1, A (O)= 16 ΑΣΚΗΣΗ 8 ΛΥΣΗ α) Πρόκειται για αντίδραση καύσης ενός άγνωστου αλκενίου C ν H 2ν και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. Γενικά για την επίλυση µιας άσκησης που βασίζεται σε µία ή περισσότερες χηµικές αντιδράσεις χρησιµοποιούµε ol για να εκφράσουµε τις ποσότητες αντιδρώντων και προϊόντων. Επειδή όµως για αέρια σώµατα η αναλογία ol είναι ταυτόχρονα και αναλογία όγκων µπορούµε, σε ασκήσεις που δίνονται ή ζητούνται µόνο όγκοι, να δουλεύουµε µε όγκους. Βέβαια για να ισχύει αυτό θα πρέπει όλοι οι όγκοι να έχουν µετρηθεί στις ίδιες συνθήκες. 1 C ν H 2ν + 3ν/2 O 2 ν CO 2 + ν H 2 O Αν είχαµε 1 L 3ν/2 L ν L ν L Τώρα έχουµε 10 L (3ν/2) 10 L ν 10 L ν 10 L
Επειδή γνωρίζουµε ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι 20 L δηµιουργούµε την εξίσωση ν 10=20 και εποµένως ν=2. Εποµένως ο µοριακός τύπος του αλκενίου Α θα είναι C 2 H 4. β) Εδώ έχουµε καύση του προπενίου µε το ακριβώς απαιτούµενο οξυγόνου. 1 C 3 H 6 + 9/2 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O Αν είχαµε 1 L 9/2 L 3 L 3 L Τώρα έχουµε 10 L (9/2) 10 L 3 10 L 3 10 L Ο όγκος του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση θα είναι 4,5 10=45 L. γ) Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης νερού σε όξινο περιβάλλον πάνω σε προπένιο και το αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. H 2 SO 4 CH 3 CH CH 2 H OH CH 3 CH CH 3 OH Αν είχαµε 1 ol 1 ol 1 ol Τώρα έχουµε x x x + Το κύριο προϊόν της αντίδρασης, σύµφωνα µε τον κανόνα του Makownikow, θα είναι η 2-προπανόλη. Επειδή γνωρίζουµε τη µάζα της θα έχουµε: 12 n= x= x= 0, 2 ol M 60 Το M της προπανόλης υπολογίστηκε από το άθροισµα M =3 12+8 1+16=60 Εποµένως και τα ol του προπενίου θα είναι 0,2. ΑΣΚΗΣΗ 9 84 g C 3 H 6 αναµειγνύονται µε την ακριβώς απαιτούµενη ποσότητα ατµοσφαιρικού αέρα (περιέχει 20 % v/v Ο 2 και 80 % v/v Ν 2 ) και το µείγµα καίγεται πλήρως. α) Να υπολογίσετε τις ποσότητες σε ol κάθε συστατικού του µείγµατος των καυσαερίων. (µονάδες 13) β) Η ίδια ποσότητα C 3 H 6 αντιδρά µε κόκκινο διάλυµα B 2 σε CCl 4 8 % w/v και το αποχρωµατίζει. Να υπολογίσετε τον όγκο (σε L) του διαλύµατος B 2 που αντέδρασε. (µονάδες 12) ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες: A (H)=1, A (C)=12, A (O)=16, A (B)=80. ΑΣΚΗΣΗ 9 ΛΥΣΗ α) Εδώ έχουµε καύση του προπενίου που γίνεται µε τον ακριβώς απαιτούµενο ατµοσφαιρικό αέρα. Αυτό σηµαίνει ότι όλο το οξυγόνο του αέρα θα
καταναλωθεί στην καύση και έτσι τα καυσαέρια δεν θα περιέχουν περίσσευµα οξυγόνου. 1 C 3 H 6 + 9/2 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 9/2 ol 3 ol 3 ol Τώρα έχουµε x (9/2) x 3 x 3 x Για να υπολογίσουµε το x θα χρησιµοποιήσουµε τη σχέση: 84 n= x= x= 2 ol M 42 Το M του προπενίου υπολογίστηκε από το άθροισµα M =3 12+6 1=42. Τα καυσαέρια θα περιέχουν 3 2=6 ol διοξείδιο του άνθρακα, 3 2=6 ol υδρατµών και 4 (9/2) 2=36 ol αζώτου. Το άζωτο είναι τετραπλάσιο του οξυγόνου λόγω της αναλογίας όγκων του ατµοσφαιρικού αέρα (20 % v/v Ο 2 και 80 % v/v Ν 2 ). β) Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης βρωµίου πάνω σε προπένιο και το αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. CH 3 CH CH 2 + B B CH 3 CH CH 2 B B Αν είχαµε 1 ol 1 ol 1 ol Τώρα έχουµε 2 2 2 Γνωρίζοντας τα ol του βρωµίου που αντέδρασαν υπολογίζουµε τη µάζα του: n= 2= = 320 g M 160 Το διάλυµα του βρωµίου έχει περιεκτικότητα 8% w/v πράγµα που σηµαίνει: Στα 100 L διαλύµατος περιέχονται 8 g διαλυµένης ουσίας (βρωµίου) Στα ω; L διαλύµατος περιέχονται 320 g διαλυµένης ουσίας - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 100 8 8 ω 32000 ω 4000 L ω = 320 = = Εποµένως ο όγκος του διαλύµατος του βρωµίου που αντέδρασε είναι 4000 L. ΑΣΚΗΣΗ 10 α) Ορισµένος όγκος ενός αερίου αλκανίου καίγεται πλήρως µε περίσσεια Ο 2 και παράγονται 8 L υδρατµών και 6 L CO 2. Να βρείτε το µοριακό τύπο του αλκανίου και να υπολογίσετε τον αρχικό όγκο του (σε L). (µονάδες 10+5)
Οι όγκοι όλων των αερίων αναφέρονται στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης. β) Ποσότητα 0,1 ol C 3 H 4 αντιδρά µε την ακριβώς απαιτούµενη ποσότητα κόκκινου διαλύµατος B 2 σε CCl 4 8 % w/v και το αποχρωµατίζει. Να υπολογίσετε τον όγκο (σε L) του διαλύµατος B 2 που αντέδρασε. (µονάδες 10) ίνεται η σχετική ατοµική µάζα: A (B)=80. ΑΣΚΗΣΗ 10 ΛΥΣΗ α) Πρόκειται για αντίδραση καύσης ενός άγνωστου αλκανίου C ν H 2ν+2 και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. Θα δουλέψουµε µε όγκους αφού όλα τα δεδοµένα µας είναι όγκοι που µετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες 1 C ν H 2ν+2 + (3ν+1)/2 O 2 ν CO 2 + (ν+1) H 2 O Αν είχαµε 1 L 3ν/2 L ν L (ν+1) L Τώρα έχουµε x ((3ν+1)/2) x ν x (ν+1) x Γνωρίζουµε ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι 6 L οπότε δηµιουργούµε την εξίσωση ν x=6. Επίσης γνωρίζουµε ότι ο όγκος των υδρατµών είναι 8 L και δηµιουργούµε δεύτερη εξίσωση (ν+1) x=8. Λύνουµε το σύστηµα: ( ν ) + 1 x= 8 ν x+ x= 8 6+ x= 8 x= 2 ν x= 6 ν 2= 6 ν = 3 Εποµένως ο µοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα θα είναι C 3 H 8 και ο αρχικός όγκος του 2 λίτρα. β) Πρόκειται για αντίδραση προσθήκης βρωµίου πάνω σε προπίνιο και το αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. CH 3 C CH + 2 B B CH 3 C CH B B Αν είχαµε 1 ol 2 ol 1 ol Τώρα έχουµε 0,1 0,2 0,1 Γνωρίζοντας τα ol του βρωµίου που αντέδρασαν υπολογίζουµε τη µάζα του: n= 0, 2= = 32 g M 160 Το διάλυµα του βρωµίου έχει περιεκτικότητα 8% w/v πράγµα που σηµαίνει: Στα 100 L διαλύµατος περιέχονται 8 g διαλυµένης ουσίας (βρωµίου) Στα ω; L διαλύµατος περιέχονται 32 g διαλυµένης ουσίας - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - B B
100 8 8 ω 3200 ω 400 L ω = 32 = = Εποµένως ο όγκος του διαλύµατος του βρωµίου που αντέδρασε είναι 400 L. ΑΣΚΗΣΗ 11 Μια κορεσµένη µονοσθενής αλκοόλη Α µε Μ=74 οξειδώνεται και το οργανικό προϊόν αυτής της αντίδρασης είναι µια κετόνη Β. α) Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους της αλκοόλης Α και της κετόνης Β και να τις ονοµάσετε. (µονάδες 13) β) Ποσότητα 0,2 ol της αλκοόλης Α καίγεται πλήρως µε αέρα. Να υπολογίσετε τη σύσταση των καυσαερίων σε L (σε STP). (µονάδες 12) Η σύσταση του ατµοσφαιρικού αέρα είναι 20 % v/v Ο 2 και 80 % v/v Ν 2. ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες: A (C)=12, A (O)=16, A (Η)=1. ΑΣΚΗΣΗ 11 ΛΥΣΗ α) Ο γενικός τύπος των κορεσµένων µονοσθενών αλκοολών είναι C ν H 2ν+1 OH µε το ν να παίρνει τιµές από 1 και πάνω. Η σχετική µοριακή µάζα της αλκοόλης υπολογίζεται από το άθροισµα M=ν 12+(2 ν+2) 1+16=74. Επιλύοντας την εξίσωση αυτή ως προς ν βρίσκουµε: 56 12 ν + 2 ν + 2+ 16= 74 14 ν = 74 18 ν = = 4 14 Ο µοριακός τύπος της αλκοόλης θα είναι C 4 H 9 OH. Σ αυτόν τον τύπο αντιστοιχούν 4 ισοµερείς αλκοόλες. Επειδή γνωρίζουµε ότι το προϊόν της οξείδωσης είναι κετόνη, η αλκοόλη µας θα είναι δευτεροταγής. Η µοναδική δευτεροταγής αλκοόλη µε 4 άνθρακες είναι η 2-βουτανόλη οπότε και το προϊόν της οξείδωσης θα είναι η 2-βουτανόνη. CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 C CH 2 CH 3 OH O β) Πρόκειται για αντίδραση καύσης µιας αλκοόλης που γίνεται µε την απαιτούµενη ποσότητα ατµοσφαιρικού αέρα και την αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά 1 C 4 H 9 OH + 6 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 6 ol 4 ol 5 ol Τώρα έχουµε 0,2 1,2 0,8 1 Τα καυσαέρια που θα προκύψουν θα είναι το διοξείδιο του άνθρακα, οι υδρατµοί και το άζωτο του αέρα (που είναι τετραπλάσιο από το οξυγόνο). Αφού ξέρουµε τα ol των αερίων θα υπολογίσουµε τους όγκους τους πολλαπλασιάζοντας µε 22,4.
V = n V V = 0,8 22, 4 V = 17,92 L CO CO CO 2 2 2 V = n V V = 1 22, 4 V = 22, 4 L H O H O H O 2 2 2 V = n V V = 4 1, 2 22, 4 V = 107,52 L N N CO 2 2 2 Το άζωτο είναι τετραπλάσιο του οξυγόνου λόγω της αναλογίας όγκων του ατµοσφαιρικού αέρα (20 % v/v Ο 2 και 80 % v/v Ν 2 ) ΑΣΚΗΣΗ 12 Για τις οργανικές ενώσεις Α και Β δίνονται οι εξής πληροφορίες: Η οργανική ένωση Α είναι το 1-βουτίνιο, ενώ η οργανική ένωση Β είναι αλκάνιο του οποίου η σχετική µοριακή µάζα (M ) είναι 44. α) Να υπολογίσετε τη µάζα (σε g) του CO 2 που παράγεται κατά την πλήρη καύση 10,8 g της ένωσης Α. (µονάδες 8) β) Να προσδιορίσετε τον συντακτικό τύπο της ένωσης Β. (µονάδες 8) γ) Να υπολογίσετε τον όγκο του αέρα, σε STP, που απαιτείται για την πλήρη καύση 0,2 ol της ένωσης Β. (Σύσταση αέρα: 20% v/v Ο 2 ). (µονάδες 9) ίνονται οι σχετικές ατοµικές µάζες: A (C)=12, A (H)=1, A (O)=16 ΑΣΚΗΣΗ 12 ΛΥΣΗ α) Ο µοριακός τύπος του 1-βουτινίου είναι C 4 H 6 και η σχετική µοριακή µάζα του υπολογίζεται από το άθροισµα M=4 12+6 1=54. Στο πρώτο ερώτηµα έχουµε αντίδραση καύσης και το αντιµετωπίζουµε στοιχειοµετρικά. 1 C 4 H 6 + 11/2 O 2 4 CO 2 + 3 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 11/2 ol 4 ol 3 ol Τώρα έχουµε x (11/2) x 4 x 3 x Επειδή γνωρίζουµε τη µάζα του βουτινίου, για να υπολογίσουµε το x θα χρησιµοποιήσουµε τη σχέση: 10,8 n= x= x= 0, 2 ol M 54 Για να υπολογίσουµε τη µάζα του διοξειδίου του άνθρακα: n= 4 x= = 4 0,8 44= 140,8 g M 44
β) Ο γενικός τύπος των αλκανίων είναι C ν H 2ν+2 και η σχετική µοριακή µάζα του υπολογίζεται από το άθροισµα M=ν 12+(2ν+2) 1=14 ν+2=44. Λύνοντας την εξίσωση βρίσκουµε ν=3 οπότε πρόκειται για το προπάνιο CH 3 -CH 2 -CH 3. γ) Έχουµε καύση του προπανίου µε την απαιτούµενη ποσότητα αέρα. Ο ατµοσφαιρικός αέρας περιέχει 20% οξυγόνο άρα ο όγκος του είναι πενταπλάσιος από τον όγκο του οξυγόνου. 1 C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O Αν είχαµε 1 ol 5 ol 3 ol 4 ol Τώρα έχουµε 0,2 5 0,2 3 0,2 4 0,2 Ο όγκος του οξυγόνου που καταναλώθηκε στην καύση θα είναι:: V V n= 1= V = 22, 4 L V 22, 4 Ο όγκος λοιπόν του ατµοσφαιρικού αέρα θα είναι 5 22,4=112 L.