Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.3.ALCHINE Exerciţii şi probleme E.P.2.3. 1. Denumeşte conform IUPAC următoarele alchine: Se numerotează catena cea mai lungă ce conţine şi legătura triplă începând de la capătul cel mai apropiat de legătura triplă. Se identifică natura, numărul şi poziţia radicalilor. Se menţionează numele alchinei corespunzătoare catenei numerotate şi se indică poziţia triplei legături. 1
A HC 1 C 2 C 3 H 2 HC 4 CH 3 C 5 H 2 C 6 H 3 4-metil-1-hexină H 3 C 7 C 6 H 2 C 5 H C 4 H 2 C 3 C 2 CH 3 C 1 H 3 B 5-metil-2-heptină C 4 H 2 C 3 C 2 C 1 H 3 C 5 H 2 C 6 H 3 C 2-hexină 2
CH 3 CH 2 C 3 H C 2 C 1 H C 4 H CH 3 C 5 H 3 D 3-etil-4-metil-1-pentină E.P.2.3. 2. Scrie formulele de structură pentru următoarele alchine şi stabileşte care dintre ele formează acetiluri. a) 2-butină; b) 3-metil-1-butină; formează acetiluri c) 2-metil-3-hexină; d) 4-metil-2-pentină; e) 3,4-dimetil-1-hexină. formează acetiluri Alchinele care au o legătură triplă marginală formează acetiluri. Atomul de hidrogen care se leagă de un atom de carbon ce participă la o legătură triplă poate fi substitut cu un metal : Na, K, Cu (I), Ag etc. (Caracterul slab acid al acetilenei HC CH şi al alchinelor cu legătură triplă marginală HC C -R ) CH 3 C C CH 3 2-butină a nu formează acetiluri 3
HC C CH CH 3 CH 3 3-metil-1-butină b formează acetiluri CH 3 CH C C CH 2 CH 3 CH 3 c 2-metil-3-hexină nu formează acetiluri CH 3 C C CH CH 3 CH 3 4-metil-2-pentină d nu formează acetiluri 4
e HC C CH CH CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 3,4-dimetil-1-hexină formează acetiluri E.P.2.3. 3. O alchină are în stare de vapori densitatea în raport cu aerul 2,83. Determină formulele moleculara a alchinei şi scrie formulele de structură ale alchinelor izomere cu alchina determinată. Rezolvare: Formula moleculară a alchinei este C n H 2n-2 M C n H 2n-2 = 12n + 2n = (14n -2) g/ mol M aer = 28,9 g/ mol d aer = Malchină/ Maer d aer = (14n-2)/ 28,9 = 2,83 (14n 2) = 28,9*2,83 14n 2 = 82 14n = 84 n = 6 5
Formula moleculară a alchinei este C 6 H 10 7 alchine izomere pentru C 6 H 10 sunt : E.P.2.3. 4. Se ard 4 g alchină necunoscută. Ştiind că, prin adiţia unui mol de acid clorhidric la alchina necunoscută, masa acesteia creşte cu 91,25 %, se cere: a) determină formula moleculară a alchinei; 6
b) calculează volumul de aer (măsurat în condiţii normale) cu 20 % O 2 necesar arderii celor 4 g de alchină. Rezolvare: M C n H 2n-2 = 12n + 2n = (14n -2) g/ mol M C n H 2n-1 Cl = 12n + 2n-1 + 35,5 = (14n + 34,5) g/ mol 100 g 191,25 g C n H 2n-2 + HCl C n H 2n-1 Cl alchină acid clorhidric produs de adiţie (14n -2) g (14n + 34,5) g 100*(14n + 34,5) = (14n 2)*191,25 1400n + 3450 = 14n*191,25 2*191,25 3450 + 2*191,25 = 14n*191,25 1400n 3832,5 = 2677,5n 1400n 3832,5 = 1277,5n n = 3 Alchina este propina HC C CH 3 sau C 3 H 4 4 g X litri C 3 H 4 + 4O 2 3CO 2 + 2H 2 O propină oxigen dioxid de carbon apă 40 g 4*22,4 litri M C 3 H 4 = 12*3 + 4*1 = 40 g/ mol 7
V molar = 22,4 litri/ mol x = 4*4*22,4 / 40 = 8,96 litri de O 2 100 litri aer..20 litri O 2 80 litri N 2 V aer...8,96 litri O 2..(V aer - 8,96) litri N 2 V aer = 100*8,96/ 20 = 44,8 litri aer cu 20 % O 2 E.P.2.3. 5. Se obţine acetilenă prin procedeul arcului electric. Ştiind că în reacţie s-au introdus, în condiţii normale, 2000 m 3 de metan, iar amestecul gazos obţinut conţine, 15% acetilenă, 60 % hidrogen şi restul metan nereacţionat, se cere: a) scrie ecuaţiile reacţiile chimice care au loc; b) calculează volumul de acetilenă obţinut, măsurat în condiţii normale; c) calculează procentul de metan transformat în acetilenă şi procentul de metan rămas netransformat. Rezolvare : Considerăm 100 m 3 amestec de gaze rezultat ce conţine 15 m 3 acetilenă, 60 m 3 hidrogen şi 25 m 3 metan netransformat. 100 amestec de gaze = 15 m 3 acetilenă + 60 m 3 hidrogen + 25 m 3 metan netransformat 60 m 3 hidrogen total = 45 m 3 + 15 m 3 V molar = 22,4 m 3 / kmol În reacţia (1) se obţin 45 m 3 H 2, iar în reacţia (2) se obţin 15 m 3 H 2. 8
30 m 3 (1) 15 m 3 45 m 3 2CH 4 HC CH + 3H 2 metan acetilenă hidrogen 2*22,4 m 3 22,4 m 3 3*22,4 m 3 15/2 m 3 (2) 15 m 3 CH 4 C + 2H 2 metan negru de fum hidrogen 22,4 m 3 2*22,4 m 3 25 m 3 (3) 25 m 3 CH 4 CH 4 metan metan netransformat 22,4 m 3 22,4 m 3 Volumul total de metan introdus = 30 + 7,5 + 25 = 62,5 m 3 pentru obţinerea a 100 m 3 amestec de gaze (15% C 2 H 2, 60% H 2 şi 25% CH 4 netransformat) 62,5 m 3 CH 4 introdus 30 m 3 CH 4 (1) 7,5 m 3 CH 4 (2) 25 m 3 CH 4 (3) 2000 m 3 CH 4 introdus.a m 3 CH 4 (1) b m 3 CH 4 (2) c m 3 CH 4 (3) a = 2000*30/ 62,5 = 960 m 3 CH 4 (1) b = 2000*7,5 / 62,5 = 240 m 3 CH 4 (2) c = 2000*25/ 62,5 = 800 m 3 CH 4 (3) a + b + c = 2000 9
x = a*22,4/ 2*22,4 = 480 m 3 acetilenă C 2 H 2 (conform reacţiei (1) de mai jos) a m 3 (1) x m 3 2CH 4 HC CH + 3H 2 metan acetilenă hidrogen 2*22,4 m 3 22,4 m 3 b m 3 (2) CH 4 C + 2H 2 metan negru de fum hidrogen 22,4 m 3 c m 3 (3) CH 4 CH 4 metan metan netransformat 22,4 m 3 62,5 m 3 CH 4 introdus 30 m 3 CH 4 (1) 7,5 m 3 CH 4 (2)..25 m 3 CH 4 (3) 100 m 3 CH 4 introdus...% CH 4 (1). % CH 4 (2). % CH 4 (3) % CH 4 (1) = 100*30/ 62,5 = 48 % CH 4 acetilenă % CH 4 (3) = 100*25/ 62,5 = 40 % CH 4 netransformat E.P.2.3. 6. Se dă schema de reacţii: CaC 2 + H 2 O A + Ca(OH) 2 A + HCl B 10
nb C a) Determină şi denumeşte substanţele necunoscute A, B şi C din schemă; b) Scrie ecuaţiile reacţiilor chimice corespunzătoare schemei; c) Calculează masa obţinută de compus C, dacă s-a plecat de la 200 kg carbid de puritate 64 %, iar randamentul global a fost de 72 %. Rezolvare : CaC 2 + 2H 2 O HC CH + Ca(OH) 2 HC CH + HCl H 2 C = CH-Cl nh 2 C = CH-Cl - [H 2 C - CH(Cl)] n - A : HC CH acetilena H 2 C 1 = C 2 H Cl B. Clorură de vinil n H 2 C 1 = C 2 H ( H 2 C 1 C 2 H) n Cl B. clorură de vinil C. Policlorură de vinil Cl 11
100 kg carbid impur 64 kg carbid pur 36 kg impurităţi 200 kg carbid impur (a + b) kg carbid pur [200 (a + b)] kg impurităţi (a + b) = 200*64/ 100 = 128 kg carbid pur η = a*100/ (a +b) = 72 % a = (a + b)*72/ 100 = 128*0,72 kg carbid pur policlorură de vinil (C) M CaC 2 = 40 + 2*12 = 64 kg/ kmol M C 2 H 3 Cl = 2*12 +3*1 + 35,5 = 62,5 kg/ kmol x = a*62,5/ 64 = 128*0,72*62,5/ 64 = 1,44*62,5 = 90 kg policlorură de vinil (C) x = a*62,5/ 64 = 128*0,72*62,5/ 64 = 1,44*62,5 = 90 kg policlorură de vinil compus C a kg x kg CaC 2 - [H 2 C - CH(Cl)] n - carbid policlorură de vinil 64 kg 62,5 kg b kg b kg CaC 2 CaC 2 carbid carbid 64 kg 64 kg E.P.2.3. 7. Se supune pirolizei metanul. Considerând că reacţia de piroliză este singura reacţie chimică şi că amestecul gazos final conţine 20 % acetilenă, în procente volumetrice, se cere: a) calculează compoziţia în procente masice a amestecului gazos final; b) calculează densitatea în raport cu aerul a amestecului gazos final. 12
Rezolvare: V molar = 22,4 litri/ mol M1 = M C 2 H 2 = 12*2 + 2*1 = 26 g/ mol M2 = M H 2 = 2*1 = 2 g/ mol M3 = M CH 4 = 12*1 + 4*1 = 16 g/ mol Considerăm 100 litri amextec gazos final ce va conţine 20 litri acetilenă, 60 litri H 2 şi restul metan nereacţionat. 40 litri (1) 20 litri 60 litri 2CH 4 HC CH + 3H 2 metan acetilenă hidrogen 2*22,4 litri 22,4 litri 3*22,4 litri 20 litri (2) 20 litri CH 4 CH 4 metan metan netransformat 22,4 litri 22,4 litri 40 litri (1) a g b g 2CH 4 HC CH + 3H 2 metan acetilenă hidrogen 2*22,4 litri 26 g 3*2 g 20 litri (2) c g CH 4 CH 4 metan metan netransformat 22,4 litri 16 g 13
Masa amestecului gazos final = a + b + c a = 40*26/2*22,4 = 23,214286 g acetilenă n1 = 23,214286/ 26 = 0,89286 moli acetilenă b = 40*3*2/2*22,4 = 5,3571429 g H 2 hidrogen n2 = 5,3571429/ 2 = 2,67857 moli H 2 hidrogen c = 16*20/22,4 =14,285714 g metan nereacţionat n3 = 14,285714/ 16 =0,89286 moli CH 4 a + b + c = 42,85714 g amestec gazos final n1 + n2 + n3 = 4,46429 moli amestec gazos final (a +b +c) g amestec....a..b.. c 100 g amestec..% C 2 H 2..% H 2...% CH 4 % C 2 H 2 = 54,16 % acetilenă % H 2 = 12,5 % hidrogen % CH 4 = 33,33 % metan nereacţionat Calculăm masa moleculară medie a amestecului de gaz final (2 metode) Metoda 1: M1 = M C 2 H 2 = 12*2 + 2*1 = 26 g/ mol M2 = M H 2 = 2*1 = 2 g/ mol M3 = M CH 4 = 12*1 + 4*1 = 16 g/ mol M medie = (n1*m1 + n2*m2 + n3-m3)/(n1 +n2+n3) (formula de calcul) n1 + n2 + n3 = 4,46429 moli amestec gazos final 14
M medie = 42,857143/ (n1 + n2 +n3) = 42,857143/ 4,46429 = 9,6 g/ mol Metoda 2: ( n1 + n2 + n3) moli amestec gazos final cântăresc (a + b + c) g 1 mol amestec gazos final..m medie M medie = (a +b +c)*1/ (n1 +n2 + n3) = 42,85 / 4,46 = 9,6 g/ mol M aer = 28,9 g /mol d aer = M medie/ M aer = 9,6/ 28,9 = 0,3321 E.P.2.3. 8. 5,6 g amestec de acetilenă şi etan se hidrogenează complet. Ştiind că în urma hidrogenării masa amestecului creşte cu 0,4 g, calculează compoziţia în procente molare a amestecului iniţial de hidrocarburi. a g 0,4 g HC CH + 2H 2 H 3 C CH 3 acetilenă hidrogen Ni etan 26 g 2*2 g M C 2 H 2 = 2* 12 + 2*1 = 26 g /mol M H 2 = 2*1 = 2 g /mol a = 26*0,4/ 2*2 = 2,6 g acetilenă a + b = 5,6 g b = 5,6 2,6 = 3 g etan H 3 C CH 3 Calculăm numărul de moli de acetilenă n1 şi cel de etan n2 din amestecul iniţial de hidrocarburi. 15
a = 2,6 g acetilenă b = 3 g etan H 3 C CH 3 M C 2 H 6 = 2* 12 + 6*1 = 30 g /mol M C 2 H 2 = 2* 12 + 2*1 = 26 g /mol n1 = a/ 26 = 2,6/ 26 = 0,1 moli acetilenă n2 = b/ 30= 3/ 30 = 0,1 moli etan (n1 + n2) = 0,1 + 0,1 = 0,2 moli amestec (n1 + n2) moli amestec iniţial n1 n2 100 moli amestec iniţial % acetilenă..% etan % acetilenă = 100*0,1/ 0,2 = 50 % acetilenă % etan = 100*0,1/ 0,2 = 50 % etan E.P.2.3. 9. Din 400 kg carbid s-au obţinut 4 kmoli acetilenă cu un randament de 90 %. Calculează puritatea carbidului. M CaC 2 = 40 + 2* 12 = 64 kg / kmol a kg 4 kmoli CaC 2 + 2H 2 O HC CH + 3H 2 carbid apă acetilenă hidrogen 64 kg 1 kmol b kg b kg CaC 2 CaC 2 carbid carbid netransformat 64 kg 64 kg 16
a = 64*4/ 1 = 256 kg carbid acetilenă η = a*100/ (a + b) = 90 % (a + b) = a*100/ 90 = 256*100/ 90 = 284,44 kg carbid pur 400 kg carbid impur.(a + b) kg carbid pur..[400 (a + b)] kg impurităţi 100 kg carbid impur.% carbid pur..% impurităţi % carbid pur = 100*(a + b)/ 400 = 100*284,44/400 = 71,11 % puritate E.P.2.3. 10. În urma adiţiei acidului clorhidric se obţine un compus A, care conţine 71,71 % Cl. a) Determină formula moleculară a substanţei A. b) Scrie ecuaţia reacţiei chimice care a avut loc. c) Calculează volumul soluţiei de acid clorhidric de concentraţie 0,1 M care s-a adiţionat la 448 cm 3 (c.n.) acetilenă. C x H y + nhcl C x H y+n Cl n A M C x H y+n Cl n = 12x +y +n + 35,5n = (12x + y +36,5n) g/mol (12x + y +36,5n) g A 35,5n g Cl 100 g A 71,71 g Cl (12x + y +36,5n) = 100*35,5n/ 71,71 = 49,5n 12x + y = 49,5n -36,5n 12x + y = 13n 17
Interpretări: compusul A : C x H y+n Cl n 12x + y = 13n Dacă n = 1 x = 1 şi y = 1 Formula A : CH 2 Cl compusul nu există 12x + y = 13 sau Interpretări: compusul A : C x H y+n Cl n 12x + y = 13n Dacă n = 2 x = 2 şi y =2 Formula A : C 2 H 4 Cl 2 soluţie acceptată 12x + y = 26 C 2 H 2 + 2HCl acetilenă C 2 H 4 Cl 2 compusul A 448 cm 3 acetilenă = 0,448 litri acetilenă 0,448 litri x moli HC CH + 2HCl H 3 C CHCl 2 acetilenă acid clorhidric 1,1-dicloretan 22,4 litri 2 moli V molar = 22,4 litri/ mol x = 2*0,448/ 22,4 = 0,04 moli HCl 18
1000 ml soluţie 01, moli HCl V ml soluţie.0,04 moli HCl V = 0,02*1000/ 0,1 = 400 ml soluţie de HCl 0,1 M. E.P.2.3. 11. Două alchine se găsesc într-un amestec în raport molar de 1 : 3. Prin arderea amestecului de alchine se obţin 149,6 g CO 2 şi 46,8 g H 2 O. Ştiind că molecula alchinei superioare conţine 6 atomi de hidrogen mai mult decât molecula alchinei inferioare, se cere : a) stabileşte formulele moleculare ale celor două alchine; b) calculează masa iniţială a amestecului de alchine; c) calculează volumul de aer cu 20% O 2, măsurat în condiţii normale, necesar arderii amestecului de alchine. d) scrie formulele de structură şi denumeşte izomerii aciclici ai alchinei superioare. Rezolvare a: a moli de alchina inferioară C n H 2n-2 3a moli de alchina superioară C m H 2m-2 a : 3a = 1 : 3 (2n 2) + 6 = 2m 2 2n 2 + 6 + 2 = 2m 2n + 6 = 2m n + 3 = m alchina superioară va avea formula C n+3 H 2(n+3)-2 sau C n+3 H 2n+4 19
a moli X1 g Y1 g C n H 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 nco 2 + (n-1)h 2 O alchina inferioară oxigen dioxid de carbon apă 1 mol n*44 g (n-1)*18 g 3a moli X2 g Y2 g C n+3 H 2n+4 + (3n+8)/2 O 2 (n+3)co 2 + (n+2)h 2 O alchina superioară oxigen dioxid de carbon apă 1 mol (n+3)*44 g (n+2)*18 g M CO 2 = 12 + 2*16 = 44 g/ mol M H 2 O =2*1 + 16 = 18 g/ mol X1 + X2 = 149,6 g CO 2 Y1 + Y2 = 46,8 g H 2 O X1 = n*44*a/ 1 = 44an X2 = (n+3)*44*3a = 44an*3 + 44*9a 44an +44an*3 +44*9a = 149,6 :44 an +3an + 9a = 3,4 4an +9a = 3,4 (1) rezultat din bilanţul CO 2 Y1 = (n-1)*18*a = 18an - 18 Y2 = (n+2)*18*3a = 18an*3 + 104a 18an -18a + 18an*3 +18*6a = 46,8 :18 an a + 3an + 6a = 2,6 20
4an + 5a = 2,6 (2) rezultat din bilanţul H 2 O Scădem din ecuaţia (1) ecuaţia (2) : (4an + 9a) - (4an + 5a) = 3,4 2,6 4a = 0,8 a = 0,2 moli alchină inferioară 3a = 0,6 moli alchină superioară Îl calculăm pe n din ecuaţia (1) sau (2): 4an + 5a = 2,6 (2) 4*0,2*n + 5*0,2 = 2,6 0,8 n = 1,6 n = 2 m = n + 3 m = 5 avem 0,2 moli de alchină inferioară cu 2 atomi de carbon C 2 H 2 avem 0,6 moli de alchină superioară cu 5 atomi de carbon C 5 H 8 Rezolvare b: Masa amestecului de alchine: M C 2 H 2 = 2*12+2 = 26 g/mol M C 5 H 8 = 5*12 +8 = 68 g/mol 0,2*26 + 0,6*68 = 5,2 + 40,8 = 46 g Masa amestecului de alchine: 46 g 21
Rezolvare c: 0,2 moli V1 litri C 2 H 2 + 5/2 O 2 2CO 2 + H 2 O alchina inferioară oxigen dioxid de carbon apă 1 mol 2,5*22,4 litri 0,6 moli V2 litri C 5 H 8 + 7O 2 5CO 2 + 4H 2 O alchina superioară oxigen dioxid de carbon apă 1 mol 7*22,4 litri V1 = 2,5*22,4*0,2 / 1 = 11,2 litri O 2 V2 = 0,6*7*22,4 / 1 = 94,08 litri O 2 V O 2 total = V1 + V2 V O 2 total =105,28 litri O 2 100 litri aer 20 litri O 2..80 litri N 2 V aer 105,28 litri O 2 (V aer 105,28) litri N 2 Rezolvare d: V aer = 105,28*100/ 20 = 526,4 litri aer cu 20 % O 2. Masa amestecului de alchine: Izomerii pentru alchinele cu formula moleculară C 5 H 8 HC C CH 2 CH 2 CH 3 H 3 C C C CH 2 CH 3 1-pentină 2- pentină 22
HC C CH CH 3 CH 3 3-metil-1-butină E.P.2.3. 12. Acetilena se poate obţine folosind ca materie primă piatra de var şi cărbunele. a) Scrie ecuaţiile reacţiilor chimice prin care se obţine acetilenă folosind acest procedeu. b) Calculează volumul de acetilenă, măsurat în condiţii normale, care se obţine dacă se folosesc 10 kg piatră de var de puritate 80 %, iar randamentul fiecărei reacţii este de 70 %. c) Calculează randamentul global al acestui proces tehnologic. Rezolvare: Piatra de var, CaCO 3 se descompune termic la CaO oxid de calciu (var nestins) şi dioxid de carbon CO 2. 23
Varul, CaO se introduce în furnal cu cocs (cărbune îmbogaţit în C) şi în absenţa O 2 se obţine CaC 2, carbid sau acetilură de calciu şi CO, monoxid de carbon. Prin hidroliza carbidului se obţine acetilenă C 2 H 2 şi hidroxid de calciu Ca(OH) 2 sau var stins. CaCO 3 CaO + CO 2 (1) CaO +3C CaC 2 + CO (2) CaC 2 + 2H 2 O HC CH + Ca(OH) 2 (3) sau Ca 2+ - :C C: - + 2H-OH HC CH + Ca 2+ + 2HO - (hidroliza acetilurii de calciu) Calculăm carbonatul de calciu pur ce se găseşte în 10 kg de piatră de var de puritate 80 %. 100 kg piatră de var 80 kg CaCO 3 20 kg impurităţi 10 kg piatră de var..(a + b) kg CaCO 3..[10 (a +b)] kg impurităţi (a + b) = 10*80/100 = 8 kg CaCO 3 CaCO 3 CaO CaC 2 C 2 H 2 1 mol (1) 1 mol (2) 1 mol (3) 1 mol η1 = 70 % η2 = 70 % η3 = 70 % sau η1 = 0,7 ; η2 = 0,7 şi η3 = 0,7. 24
8 kg CaCO 3 = 8000 g CaCO 3 1 mol CaCO 3.100 g CaCO 3 n moli CaCO 3..8000 g CaCO 3 n = 8000*1/100 = 80 moli CaCO 3 80*0,7*0,7*0,7 = 27,44 moli CaCO 3 27,44 moli HC CH V C 2 H 2 = 27,44*22,4 = 614,656 litri acetilenă η gl = 27,44*100/80 = 34,3 % η gl = η1*η2*η3*100= 0,7*0,7*0,7*100 = 34,3 % η1 = 0,7 ; η2 = 0,7 şi η3 = 0,7. E.P.2.3. 13. O cantitate necunoscută de metan se transformă în acetilenă cu un randament de 18 %. 30 % din acetilena obţinută este barbotată în 400 g soluţie de apă de brom de concentraţie 5%. Jumătate din restul de acetilenă reacţionează cu HCl şi formează 4.375 g clorură de vinil. a) Determină masa necunoscută de metan necesară procesului. b) calculează masa de compus obţinută în urma barbotării acetilenei în apa de brom. Rezolvare: (a +b) g metan - (cantitatea necunoscută de metan) Din care: a g metan acetilenă b g metan netransformat η = a*100/(a +b) = 18 % 25
M CH 4 = 12*1 + 4*1 = 16 g/mol M C 2 H 2 = 2*12 + 2*1 = 26 g/mol M C 2 H 3 Cl = 2*12 + 3*1 + 35,5 = 62,5 g/mol a g m g 2CH 4 HC CH + 3H 2 metan acetilenă hidrogen 2*16 g 26 g b g b g CH 4 CH 4 metan metan nereacţionat 16 g 16 g m = 26a/2*16 g acetilenă 30m/100 = 0,3m g acetilenă + 400 g soluţie apă de brom 5 % Restul = (m 0,3m) = 0,7m 0,7m/ 2 = 0,35m g acetilenă + acid clorhidric HCl 4,375 g clorură de vinil 0,35m 4,375 g HC CH + HCl H 2 C = CH-Cl acetilenă acid clorhidric clorură de vinil 26 g 62,5 g 0,35m = 26*4,375/ 62,5 0,35m = 1,82 26
m = 5,2 g acetilenă m = 26a/2*16 g acetilenă deci 5,2 = 26a/2*16 5,2 = 2,6*10a/2*16 2 = 10a/2*16 1 =5a/2*16 5a = 2*16 a = 6,4 g metan a g metan acetilenă b g metan netransformat η = a*100/(a +b) = 18 % (a +b) = 6,4*100/ 18 = 35,556 g metan - (cantitatea necunoscută de metan) 30m/100 = 0,3m g acetilenă + 400 g soluţie apă de brom 5 % m = 5,2 g acetilenă 1,56 g x = 19.2 g y = 20.76 g HC CH + 2Br 2 C 2 H 2 Br 4 26 g 2*160 g 346 g/ mol 0,3*5,2 g acetilenă barbotată = 1,56 g x = 1,56*2*160/26 = 19,2 g Br 2 necesar iar noi avem m d = 20 g Br 2, deci bromul este în exces 20 > 19,2 27
y = 346*1,56/26 = 20,76 g C 2 H 2 Br 4 M C 2 H 2 Br 4 = 2*12 + 2*1 + 4*80 = 346 g/mol M C 2 H 2 = 2*12 + 2*1 = 26 g/mol M Br 2 = 2*80 = 160 g/mol m d =? m s = 400 g soluţie Br 2 5 % c p = 5 % Br 2 100 g soluţie c p m s...m d deci 100 g soluţie de apă de brom.5 g Br 2 400 g soluţie de apă de brom..m d m d = 400*5/100 = 20 g E.P.2.3. 14. Prin trecerea a 16 g de alchină necunoscută printr-o soluţie amoniacală de azotat de argint se obţin 58,8 g substanţă solidă. a) Determină formula moleculară a alchinei necunoscute. b) Calculează masa soluţiei de azotat de argint de concentraţie 10 % necesară preparării reactivului Tollens consumat în reacţie. Rezolvare: 28
16 g 58,8 g R C CH + [Ag(NH 3 ) 2 ]OH R C C: - Ag + + 2NH 3 + H 2 O alchină reactiv Tollens solid amoniac apă (R +25) g (R + 132) g M R C CH = R +2*12 +1 = (R +25) g/mol M R C C: - Ag + = R + 2*12 + 108 = (R + 132) g/ mol 16*(R + 132) = (R + 25)*58,8 16R + 16*132 = 58,8R + 25*58,8 2112-1470 = 42,8R 642 = 42,8R R = 15 R este metil : CH 3 - CH 3 C CH propină m d g Ag NO 3 [Ag(NH 3 ) 2 ]OH + CH 3 C CH etc azotat de argint reactiv Tollens propină 170 g 40 g M CH 3 C CH = 3*12 +1*4 = 40 g/mol 16 g M AgNO 3 = 3*16 + 14 + 108 = 170 g/ mol m d = 170*16/ 40 = 68 g AgNO 3 m s =? g soluţie AgNO 3 10 % 29
c p = 10 % AgNO 3 100 g soluţie c p m s...m d m s = 68*100/ 10 = 680 g g soluţie AgNO 3 10 % E.P.2.3. 15. Un amestec echimolecular de hexine izomere reacţionează stoechiometric cu 8 moli de clorură de diaminocupru (I), [Cu(NH 3 ) 2 ]Cl. Se cere: a) scrie formulele de structură şi denumeşte hexinele izomere. b) calculează masa iniţială a amestecului de hexine. Rezolvare : Avem 7 alchine izomere pentru C 6 H 10 : Amestec echimolecuar: A1 : A2 : A3: A4 : A5 : A6 : A7 = 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 8 moli 8 moli C 4 H 9 C CH + [Cu(NH 3 ) 2 ]Cl C 4 H 9 C C: - Cu + + 2NH 3 + HCl Alchină (hexina) clorură de diaminocupru (I) 1 mol 1 mol solid amoniac Acid clorhi dric A1 : A2 : A3: A4 : A5 : A6 : A7 = 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 A1 : A2 : A3: A4 : A5 : A6 : A7 = 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 2 moli A1, 2 moli A5, 2 moli A6 şi 2 moli A7 2 + 2 + 2 + 2 = 8 moli **************************************************************************** 30
***************************************************************************** M C 6 H 10 = 6*12 + 10 = 72 +10 = 82 g/ mol Avem 7 izomeri din care 4 izomeri formează acetiluri, cei cu legătura triplă marginală şi anume : 1-hexina; (A1) 31
3-metil-1-pentina; (A5) 4-metil-1-pentina; (A7) 3,3-dimetil-1-butina. (A6) Aceştia vor reacţiona stoechiometric cu 4 moli de clorură de diaminocupru (I), [Cu(NH 3 ) 2 ]Cl. (din 7 : 4 da şi 3 nu) A1 : A2 : A3: A4 : A5 : A6 : A7 = 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 A1 : A2 : A3: A4 : A5 : A6 : A7 = 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 : 2 7 moli izomeri 4 da 3 nu x moli izomeri..8 da 6 nu x = 14 moli (câte 2 moli din fiecare izomer) M C 6 H 10 = 6*12 + 10 = 72 +10 = 82 g/ mol m amestec echimolecular = 14*82 = 1148 g E.P.2.3. 16. Acetilena adiţionează acid cianhidric, conform ecuaţiei reacţiei chimice: HC CH + H-CN CH 2 = CH(CN) Reacţia are loc la temperatura de 80 0 C şi în prezenţa Cu 2 Cl 2 + NH 4 Cl H 2 C 1 = C 2 H CN 32
Compusul obţinut se numeşte cianură de vinil sau acrilonitril şi este un monomer important în industria polimerilor. Poliacrilonitrilul [CH 2 CH(CN)] n - este folosit la obţinerea fibrelor sintetice de tip melană. n H 2 C 1 = C 2 H ( H 2 C 1 C 2 H) n CN CN acrilonitril poliacrilonitril Calculează masa de poliacrilonitril care seobţine din 2 m 3 de acetilenă (c.n.) dacă adiţia acidului cianhidric are loc cu un randament de 100 %, iar reacţia de polimerizare cu un randament de 70 %. Rezolvare : M C 3 H 3 N = 3*12 + 3*1 + 14 = 53 kg/ kmol V molar = 22,4 m 3 / kmol 2 m 3 Cu 2 Cl 2 + NH 4 Cl (a + b) kg HC CH + H-CN CH 2 = CH(CN) acetilenă acid cianhidric 80 0 C acrilonitril 22,4 m 3 53 kg (a +b) = 2*53/ 22,4 = 4,73214 kg acrilonitril η = a*100/ (a + b) = 70 % a = (a + b)*70/ 100 = 4,73214*70/ 100 = 3,3125 kg = 33125,5 g poliacrilonitril 33
a kg n CH 2 = CH(CN) [CH 2 CH(CN)] n - acrilonitril polimerizare poliacrilonitril 53 kg 53 kg a kg b kg b kg CH 2 = CH(CN) CH 2 = CH(CN) acrilonitril acrilonitril nereacţionat 53 kg 53 kg E.P.2.3. 17. Într-un recipient cu volumul de 25 litri se află un amestec de C 2 H 4 şi C 2 H 2 în raport molar de 1 : 3. După arderea amestecului cu o cantitate stoechiometrică de aer presiunea în recipient la (0 0 C) devine 5.42 atm. a) Scrie ecuaţiile reacţiilor chimice de ardere ale celor două hidrocarburi. b) Calculează masa iniţială a amestecului de hidrocarburi din recipient. c) Calculează densitatea în raport cu aerul a amestecului gazos aflat la final, după arderea hidrocarburilor, în recipient. Gazele se consideră în condiţii normale. Rezolvare: a moli etenă C 2 H 4 3a moli acetilenă C 2 H 2 raport molar C 2 H 4 : C 2 H 2 = 1 : 3 = a : 3a a moli 3a moli (1) 2a moli 2a moli C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O etenă oxigen dioxid de apă carbon 1 mol 3 moli 2 moli 2 moli 34
3a moli 7,5a moli (2) 6a moli 3a moli C 2 H 2 + 5/2O 2 2CO 2 + H 2 O acetilenă oxigen dioxid de apă carbon 1 mol 2,5 moli 2 moli 1 mol P V = nrt T = 273 0 K P = 5,42 atm V = 25 litri R = 0,082 l*atm/mol*grad n = 5,42*25 /0,082*273 n = 5,42*25/ 22,4 = 6,04 moli Aerul conţine 20 % O 2 şi 80 % N 2 O 2 total = 3a + 7,5a = 10,5a moli Amestecul gazos final conţine : 42a moli N 2, 8a moli CO 2 şi 5a moli H 2 O N 2 = 4*10,5a = 42a moli N 2 CO 2 = 2a + 6a = 8a moli CO 2 H 2 O = 2a + 3a = 5a moli H 2 O n = 42a + 8a +5a = 55a = 6,04 a = 6,04/55 = 0,110 moli etan C 2 H 4 3a = 0,330 moli acetilenă C 2 H 2 35
M C 2 H 4 = 2*12 + 4*1 = 28 g/mol M C 2 H 2 = 2*12 + 2*1 = 26 g/mol Masa amestecului de gaze iniţial = 0,110*28 + 0,330*26 = 3,08 + 8,58 = 11,66 g Calculăm masa molară medie a amestecului gazos final: Gazul n moli M molară (g/mol) N 2 n1 = 42a M1 = 28 CO 2 n2 = 8a M1 = 44 H 2 O n3 = 5a M1 = 18 M medie = (n1*m1 + n2*m2 + n3*m3)/ (n1 + n2 + n3) M medie = a(42*28 + 8*44 + 5*18)/a(42 + 8 + 5) = 1618/55 = 29,418 g/mol d aer = M medie /M aer = 29,418/28,9 = 1,018 M aer = 28,9 g/mol 36