ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΛΚΟΟΛΕΣ
Λυμένες ασκήσεις 1 11,2 L αιθενίου, μετρημένα σε συνθήκες STP, αντιδρούν με περίσσεια υδρατμών παρουσία καταλύτη. Η οργανική ένωση που προκύπτει καίγεται πλήρως με οξυγόνο. Να υπολογίσετε τον όγκο του οξυγόνου που απαιτείται για την καύση μετρημένο σε συνθήκες STP. Λύση Η ποσότητα του αιθενίου (CH = CH ) που αντιδρά είναι n = ή n =,, / = 0,5 mol Από τη χημική εξίσωση της αντίδρασης με το Η Ο έχουμε: CH = CH + Η ΟΗ CH CH OH 0,5 mol 0,5 mol Η ποσότητα της CH CH OH που προκύπτει καίγεται πλήρως : C H O + 3O 2CO + 3H O 0,5 mol 3 0,5 = 1,5 mol Άρα ο όγκος του Ο που απαιτείται για την καύση, μετρημένος σε συνθήκες STP, είναι V = n V ή V = 1,5 mol 22,4 = 33,6 L 2 40 g διαλύματος γλυκόζης 50% w/w ζυμώνονται σε ποσοστό 90% παρουσία ζυμάσης. Να υπολογίσετε: α. Πόσα ml αιθανόλης σχηματίζονται, β. Ποια μεταβολή μάζας παρουσιάζει το διάλυμα κατά τη ζύμωση. Δίνεται ότι η πυκνότητα της αιθανόλης είναι ρ = 0,8 g/ml. Λύση α. Υπολογίζουμε την ποσότητα της γλυκόζης (C H O ) που περιέχονται στο αρχικό διάλυμα πριν αρχίσει η ζύμωση. Έχουμε:
Σε 100 g διαλύματος περιέχονται 50 g C H O >> 40 >> >> x >> x = 20 g Η ποσότητα της γλυκόζης που ζυμώνεται είναι m = m ή m = 20 = 18 g Ο αριθμός των moles της C H O (Μ = 180) που ζυμώνεται είναι 18 g m = = 0,1 mol 180 g/mol Η χημική εξίσωση της αλκοολικής ζύμωσης είναι: C H O CH CH OH + 2CO 0,1 mol 0,2 mol 0,2 mol Η μάζα της CH CH OH (Μ = 46) η οποία σχηματίζεται είναι m = nμ ή m = 0,2 mol 46 = 9,2 g Ο όγκος της CH CH OH είναι V = ή V =,, / = 11,5 ml β. Κατά τη ζύμωση ελαττώνεται η μάζα του διαλύματος επειδή απομακρύνεται από το διάλυμα το αέριο CO (n = 0,2 mol). Επομένως η μεταβολή μάζας του διαλύματος είναι Δm. = m ή Δm. = 0,2 mol 44 = 8,8 g 3 Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α,Β,Γ και Ε στις παρακάτω αντιδράσεις. α. Κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Α αντιδρά με αιθανικό οξύ και σχηματίζει εστέρα Β που έχει Μ = 102. Η αλκοόλη Α με οξείδωση μετατρέπεται σε κετόνη Γ. β. Κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Δ αντιδρά με αιθανικό οξύ, οπότε σχηματίζεται εστέρας Ε που έχει Μ = 116. Η αλκοόλη Δ δεν μπορεί να οξειδωθεί στις συνηθισμένες συνθήκες.
Λύση α. Έστω C Η ΟΗ ο μοριακός τύπος της αλκοόλης Α. Έχουμε: CH COOH + C Η ΟΗ CH COOC Η + Η Ο (Α) (B) Η σχετική μοριακή μάζα του εστέρα Β είναι Μ = 14ν + 60, οπότε ισχύει Μ = 102 ή 14ν + 60 = 102 ή ν = 3 Άρα ο μοριακός τύπος της αλκοόλης Α είναι C H OH. Επειδή η αλκοόλη Α οξειδώνεται προς κετόνη, συμπεραίνουμε ότι η Α είναι δευτεροταγής αλκοόλη, οπότε είναι η 2- προπανόλη. A: 2- προπανόλη Γ: προπανόνη (ακετόνη) Ο εστέρας Β είναι B: αιθανικός (οξικός) ισοπροπυλεστέρας β. Έστω C Η ΟΗ ο μοριακος τύπος της αλκοόλης Δ. Έχουμε: CH COOH + C Η ΟΗ CH COOC Η + Η Ο (Δ) (Ε) Η σχετική μοριακή μάζα του εστέρα Ε είναι Μ = 14μ + 60, οπότε ισχύει Μ = 116 ή 14μ + 60 = 116 ή μ = 4
Άρα ο μοριακός τύπος της αλκοόλης Δ είναι C H OH. Επειδή η αλκοόλη Δ δεν μπορεί να οξειδωθεί, είναι τριτοταγής αλκοόλη, όποτε έχουμε: Δ: μεθυλο-2- προπανόλη (3 ) E: αιθανικός (οξικός) τριτοταγής βουτυλεστέρας 4 14,8 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης αντιδρούν πλήρως με Νa και ελευθερώνουν 2,24 L αερίου, μετρημένα σε συνθήκες STP. α. Ποιος είναι ο μοριακός τύπος της αλκοόλης και ποια τα συντακτικά της ισομερή; β. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης αυτής, αν γνωρίζουμε ότι δεν αποχρωματίζει όξινο διάλυμα ΚΜnO ; Λύση α. Έστω C Η ΟΗ ο μοριακός τύπος της κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης και x mol η ποσότητά της. Από τη μάζα της αλκοόλης (Μ = 14ν + 18) προκύπτει ότι n = / ή x =, (1) Κατά την αντίδραση της αλκοόλης με το Νa ελευθερώνεται αέριο Η. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται είναι: C Η ΟΗ + Νa C Η O Νa + H x x mol 2 mol Η ποσότητα του Η που ελευθερώνεται, μετρημένη σε συνθήκες STP, είναι n = ή n =, = 0,1 mol, άρα = 0,1 (2), / Αντικαθιστώντας στη σχέση (1) προκύπτει ν = 4, οπότε ο μοριακός τύπος της αλκοόλης θα είναι C Η ΟΗ. Τα συντακτικά ισομερή που αντιστοιχούν σε αυτόν τον μοριακό τύπο είναι τα εξής. CH CH CH CH OH (1 ) CH CH CHCH (2 )
CH CHCH OH (1 ) (3 ) β. Εφόσον η αλκοόλη δεν αποχρωματίζει όξινο διάλυμα ΚΜnO, δεν οξειδωνεται. Δηλαδή η αλκοόλη είναι τριτοταγής, οπότε ο συντακτικός της τύπος είναι μεθυλο-2-προπανόλη 5 Κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Α οξειδώνεται πλήρως προς το αντίστοιχο καρβοξυλικό οξύ, οπότε παρουσιάζει αύξηση μάζας κατά 18,9%. Ποιοι είναι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της αλκοόλης Α; Λύση Επειδή η αλκοόλη Α με πλήρη οξείδωση μετατρέπεται σε καρβοξυλικό οξύ, είναι πρωτοταγής (RCH OH). C ν Η ν CH OH + 2[O] C ν Η ν COOH + Η Ο Είναι Μ (αλκοόλης) = 14ν + 32 και Μ (οξέος) = 14ν + 46 Όταν οξειδώνεται 1 mol = (14ν + 32)g αλκοόλης, η αύξηση μάζας που παρατηρείται είναι Δm = (14ν + 46) (14ν + 32) = 14 g οπότε ισχύει: Σε (14ν + 32)g αλκοόλης έχουμε Δm = 14 g >> 100 >> >> >> 18,9 ν =, ή ν 3 Επομένως η αλκοόλη Α είναι C H CH OH και έχει δυο συντακτικά ισομερή:
CH CH CH CH OH και CH CHCH OH 1-βουτανόλη μεθυλο-1-προπανόλη 6 Μίγμα αιθανόλης και αιθανάλης, μάζας 45g, οξειδώνεται πλήρως. Το οργανικό προϊόν απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 500 ml διαλύματος ΝaΟΗ συγκέντρωσης 2 Μ. α. Ποια είναι η σύσταση του μίγματος; β. Ίση ποσότητα από το αρχικό μίγμα αντιδρά με περίσσεια Νa. Ποιος όγκος αερίου ελευθερώνεται, μετρημένος σε συνθήκες STP; Λύση α. Έστω ότι το μίγμα περιέχει x mol CH CH OH(M = 46) και y mol CH CH = O(M = 44). Από τη μάζα του μίγματος έχουμε: m = m + m ή 45 = x 46 + y 44 (1) Κατά την πλήρη οξείδωση του μίγματος και οι δυο ενώσεις οξειδώνονται προς το καρβοξυλικό οξύ CH COOH. CH CH OH + 2[O] CH COOH + H O x mol x mol CH CH = O + [O] CH COOH y mol y mol Η ποσότητα του CH COOH που παράγεται συνολικά είναι (x + y)mol και εξουδετερώνεται πλήρως με ΝaΟΗ. CH COOH + ΝaΟΗ CH COOΝa + H O (x + y)mol (x + y)mol Η ποσότητα του ΝaΟΗ που περιέχει στο διάλυμα είναι n = cv ή n = 2 Άρα ισχύει x + y = 1 (2) 0,5 L = 1 mol
Από τις σχέσεις (1) και (2) προκύπτει ότι x = y = 0,5. Επομένως η σύσταση του μίγματος είναι: m = 0,5 mol 46 g/mol = 23 g και m = 0,5 mol 44 g/mol = 23g β. Με επίδραση Νa στο μίγμα αντιδρά μόνο η αλκοόλη CH CH OΗ. CH CH OΗ + Νa CH CH OΝa + 1 2 H 0,5 mol 0,25 mol Ο όγκος του αερίου H, μετρημένος σε συνθήκες STP, είναι V = nv ή V = 0,25 mol 22,4 = 5,6 L Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής 1. Οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες έχουν το γενικό μοριακό τύπο: α. C ν Η 2ν+1 Ο με ν 1 γ. C ν Η 2ν Ο με ν 1 β. C ν Η 2ν+2 Ο με ν 1 δ. C ν Η 2ν Ο με ν 3. 2. Οι κορεσμένες μονοσθενείς δευτεροταγείς αλκοόλες έχουν το γενικό μοριακό τύπο: α. C ν Η 2ν+2 Ο με ν 3 γ. C ν Η 2ν+2 ΟΗ με ν 1 β. C ν Η 2ν Ο με ν 3 δ. C ν Η 2ν+1 ΟΗ με ν 1. 3. Οι αλκοόλες ανάλογα με τον αριθμό των υδροξυλίων που περιέχουν στο μόριό τους διακρίνονται σε: α. μονοσθενείς και πολυσθενείς β. μονόξινες και πολυόξινες γ. μονοβασικές και πολυβασικές δ. πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς.
4. Οι κορεσμένες ισομερείς ενώσεις που αντιστοιχούν στο χημικό τύπο C 3 H 7 OH είναι: α. μία β. δύο γ. τρεις δ. τέσσερις. 5. Οι κορεσμένες ισομερείς ενώσεις που αντιστοιχούν στο μοριακό τύπο C 3 H 6 O είναι: α. δύο β. τρεις γ. τέσσερις δ. πέντε. 6. Τα προϊόντα της αλκοολικής ζύμωσης είναι: α. μεθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα β. αιθανόλη και μονοξείδιο του άνθρακα γ. οινόπνευμα και διοξείδιο του άνθρακα δ. μία αλκοόλη και οξυγόνο. 7.Η αιθανόλη είναι: α. άοσμη, άγευστη β. αδιάλυτη στο νερό με οσμή βενζίνης γ. ελαιώδης, μη πτητική δ. αέριο που υγροποιείται εύκολα, αδιάλυτο στο νερό ε. δεν έχει καμία από τις παραπάνω ιδιότητες. 8. Όλα τα αλκοολούχα ποτά περιέχουν: α. μεθανόλη β. μείγματα αλκοολών γ. οποιαδήποτε αλκοόλη δ. αιθανόλη. 9. Όταν λέμε ότι η μπίρα είναι 7 αλκοολικών βαθμών, εννοούμε ότι: α. σε 100mL μπίρας περιέχονται 7mL οινόπνευμα β. σε 100mL μπίρας περιέχονται 7g οινόπνευμα γ. έχει θερμοκρασία Τ=7Κ δ. σε 1L μπίρας περιέχονται 7 mol οινόπνευμα. 10. Η 2-βουτανόλη είναι μία αλκοόλη:
α. κορεσμένη, δισθενής, πρωτοταγής β. κορεσμένη, μονοσθενής, δευτεροταγής γ. ακόρεστη, μονοσθενής δ. κορεσμένη, μονοσθενής, τριτοταγής. 11. Το αιθυλένιο αντιδρά με νερό: α. σε συνηθισμένη θερμοκρασία, χωρίς την παρουσία καταλύτη β. σε υψηλή θερμοκρασία χωρίς καταλύτη γ. σε συνθήκες χαμηλών πιέσεων και μεγάλων θερμοκρασιών δ. σε υψηλή θερμοκρασία, παρουσία καταλύτη. 12. Οι εστέρες είναι δυνατό να προκύψουν με: α. πλήρη οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών β. αφυδάτωση των αλκοολών γ. οξείδωση των δευτεροταγών αλκοολών δ. αντίδραση μεταξύ αλκοόλης και οξέος. 13. είναι κορεσμένη, μονοσθενής, δευτεροταγής αλκοόλη: α. η (Ι) β. η (ΙΙ) γ. η (ΙΙΙ) δ.η (IV). 14. Από τις ισομερείς αλκοόλες: 1 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH 2 CH 3 -CH(OH)-CH 2 -CH 3 3 CH 3 -CH(CH 3 )-CH 2 -OH 4 CH 3 -C(CH 3 )CH 3 -OH Είναι πρωτοταγείς μόνο: Α)η 1 Β)η 1,2,3, Γ)η 4 Δ)η 1,3
Οι 2 και η 4 εμφανίζουν ισομέρεια: Α)θέσης Β)ομόλογης σειράς Γ)αλυσίδας 15. Η εστεροποίηση της αιθανόλης εκφράζεται με τη χημική εξίσωση: ΑΣΚΗΣΕΙΣ-ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 1. 11,5g κορεσμένης μονοσθενής αλκοόλης Α αφυδατώνονται πλήρως. Ο υδρογονάνθρακας Β που προκύπτει απαιτεί για πλήρη αντίδραση 400ml διαλύματος Br2 σε CCI4, περιεκτικότητας 10% w/v. Ποιος ο μοριακός τύπος του Β; 2. Ποσότητα 1-προπανόλης ίση με 24g αφυδατώνεται πλήρως. α) Ποιος είναι ο όγκος του υδρογονάνθρακα Α που σχηματίζεται σε stp; β) Η ποσότητα του Α χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το πρώτο μέρος καίγεται πλήρως με αέρα (20%Ο2-80%Ν2). Ποιος όγκος αέρα απαιτείται και ποιος όγκος CO2 παράγεται σε stp; Το δεύτερο μέρος αντιδρά με HCI και σχηματίζει την ένωση Γ. Ποια είναι η ποσότητα αυτή; 3. Ορισμένη ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α αντιδρά πλήρως με Na, οπότε ελευθερώνονται 2,24L αερίου σε stp. Τριπλάσια ποσότητα από την αλκοόλη Α οξειδώνεται ποσοτικά και σχηματίζονται 34,8g καρβονυλικής ένωσης Β. α) Ποιος ο μοριακός τύπος της Α; β) Αν είναι γνωστό ότι η Β με επίδραση αντιδραστηρίου Fehling δεν σχηματίζει ίζημα, να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των Α και Β. 4. 7,4g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α αφυδατώνονται πλήρως παρουσία H 2 SO 4. H οργανική ένωση Β που προκύπτει μπορεί να αποχρωματίσει 200ml διαλύματος Br 2 σε CCI 4 περιεκτικότητας 8%w/v. α) Να βρεθεί ο μοριακός τύπος και τα ισομερή της Α. β)
Ποιος συντακτικός τύπος της Α, αν γνωρίζουμε ότι δεν αποχρωματίζει όξινο διάλυμα KMn0 4 ; 5. Ορισμένη ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το πρώτο μέρος αντιδρά με περίσσεια Να, οπότε απελευθερώνονται 2,24L αερίου σε stp. Το δεύτερο μέρος οξειδώνεται πλήρως με όξινο διάλυμα KMnO4, οπότε σχηματίζονται 14,8g καρβοξυλικού οξέος Β. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι του Α και Β; β) Ποια η μάζα της αρχικής ποσότητας της αλκοόλης Α; 6. Ορισμένη ποσότητα αιθανόλης χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη. Το πρώτο μέρος με επίδραση περίσσεια Να ελευθερώνει 2,24L αερίου σε stp. Το δεύτερο μέρος αφυδατώνεται πλήρως και σχηματίζει τον υδρογονάνθρακα Α. Το τρίτο μέρος αντιδρά με κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ Β και σχηματίζει οργανική ένωση Γ, που έχει σχετική μοριακή μάζα 102. α) Ποια η αρχική μάζα της αιθανόλης ; β) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α,Β,Γ; γ) Η ποσότητα του υδρογονάνθρακα Α διαβιβάζεται σε 200ml διαλύματος Br2 σε CCI 4, περιεκτικότητας αποχρωματιστεί το διάλυμα Br2. 14%w/v. Να εξετάσετε αν θα 7. Κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Α, μάζας 18,5g αντιδρά πλήρως με κατάλληλο οξειδωτικό και σχηματίζει 18 g καρβονυλικής ένωσης Β. α) Ποιος ο μοριακός τύπος της αλκοόλης Α; Να γραφούν και να ονομαστούν τα συντακτικά ισομερή της. β) Αν είναι γνωστό ότι η καρβονυλική ένωση Β με επίδραση αντιδραστηρίου Tollens δεν σχηματίζει ίζημα, να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β. 8. 6 g.κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α, αντιδρούν με περίσσεια Να, οπότε ελευθερώνονται 1,12 L αερίου σε stp. α) Ποιος ο μοριακός τύπος της Α και ποια τα συντακτικά της ισομερή; β) Η αλκοόλη Α σχηματίζει οξείδωση την κετόνη Β. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; 9. Υπολογίστε A)τον όγκο του αιθυλενίου σε stp που θα παραχθεί κατά την πλήρη αφυδάτωση 9,2g της κατάλληλης αλκοόλης.
B)τον απαιτούμενο όγκο αέρα σε stp περιεκτικότητας 20% ν/ν Ο 2 για την πλήρη καύση όλης της απαιτούμενης ποσότητας του αιθυλενίου που παράχθηκε από την παραπάνω αφυδάτωση. Δίνονται τα ατομικά βάρη των στοιχείων:c:12, H:1, O:16 10. Υπολογίστε τον όγκο του CO 2 σε stp καθώς και τη μάζα των υδρατμών που θα παραχθούν κατά την πλήρη καύση ενός μείγματος που αποτελείται από 0,2 mol μεθανόλης και 0,3 mol αιθανόλης Δίνονται τα ατομικά βάρη των στοιχείων: H:1, O:16