ZADANIA Z CHEMII

ZADANIA Z CHEMII
Stechiometria – wydajność reakcji chemicznej (wr)
Stechiometria – jest to metoda analizy, w której wykorzystuje się reakcje chemiczne,
a w obliczeniach analizy ilościowej – równanie reakcji chemicznej.
Wydajność reakcji chemicznej (wr):
wr =
n ep
n tp
⋅ 100
[1]
Gdzie:
n ep - liczba moli produktu otrzymana w wyniku reakcji
n tp - liczba moli produktu obliczona z równania reakcji
Typy zadań na wydajność reakcji chemicznej:
I.
Wydajność reakcji jako funkcja liczby moli substratu (wr = f(ns))
Zadanie 1.
W reakcji przebiegającej w mieszaninie zawierającej 10g N2 i 20 dm3H2 (warunki normalne),
powstaje 0,5 mola NH3. Oblicz wr.
Dane:
m N 2 = 10 g
M N 2 = 28 g / mol
V H 2 = 20dm 3
−
V = 22,4dm 3 / mol
n NH 3 = 0,5mola
Należy obliczyć:
wr = ?
Rozwiązanie:
N2 + 3 H2 = 2 NH3
I. Sprawdzenie, który z substratów jest w nadmiarze?
mN2
n
r
N2
n
r
H2
=
nN2
1
[2],
3
nH 2
=
M N2
VH 2
−
V
10
= 28 = 0,4 [3]
20
22,4
Gdzie:
n Nr 2
n Hr 2
nN2
nH 2
- stosunek liczby moli reagentów, które przereagowały
- stosunek liczby moli reagentów, które zostały wzięte do reakcji
Z równań [2] i [3] wynika, że
n Nr 2
n
r
H2
nN2
<
nH 2
, a więc w nadmiarze jest N2.
t
należy wykorzystać ilościowe dane o H2, czyli VH 2 .
Do obliczenia n NH
3
nNH 3
II. Obliczanie n
t
NH 3
nH 2
Z równania reakcji wynika, że:
t
A zatem: n NH
=
3
=
0,5
2
2
2 20
t
⇒ nNH
= ⋅ nH 2 = ⋅
= 0,5952 ⇒ wr =
= 84%
3
0,5952
3
3
3 22,4
r
n NH
3
n
r
H2
=
2
3
2
2 VH
2 20
⋅ nH 2 = ⋅ − 2 = ⋅
= 0,5952
3
3 V
3 22,4
III. Obliczanie wr
Z równania [1] wynika, że:
wr =
n ep
n tp
⋅100 =
e
n NH
3
t
n NH
3
⋅100 =
0,5
= 84%
0,5952
II. Liczba moli substratu jako funkcja wydajności reakcji (ns = f(wr))
Zadanie 2.
Oblicz masę H2, jaką należy wziąć do reakcji, przebiegającej z wydajnością 65%,
aby otrzymać 20 m3 NH3 w przeliczeniu na warunki standardowe.
Dane:
wr = 65%
M H 2 = 2 g / mol
V NH 3 = 20m 3
−
V 25 = 24,4dm 3 / mol
Należy obliczyć:
mH 2 = ?
Rozwiązanie:
N2 + 3 H2 = 2 NH3
t
I. Wykorzystując definicję wydajności reakcji chemicznej [1] należy obliczyć n NH
.
3
V NH 3
t
n NH
3
20000
n
24,4
=
⋅ 100 = V ⋅ 100 =
⋅ 100 = 1,3736kmol
65
wr
65
e
NH 3
−
25
t
II. Obliczanie m Hr 2 potrzebnej do otrzymania obliczonej n NH
.
3
Z równania reakcji chemicznej wynika, że:
n
r
NH 3
=
3
2
3 t
⋅ n NH 3 .
2
mH 2
3
3
t
. Otrzymuje się: m Hr 2 = ⋅ M H 2 ⋅ n NH
= ⋅ 2 ⋅ 1,3736 = 4,12kg
=
3
M H2
2
2
A zatem: n Hr 2 =
Ponieważ: n Hr 2
n Hr 2
Zadania do samodzielnego rozwiązania:
1. 44 g siarczku żelaza(II) rozpuszczono w kwasie solnym i otrzymano H2S. Reakcja przebiegła z
85% wydajnością. Ile dm3 siarkowodoru otrzymano 9w przeliczeniu na warunki normalne)?
Odp.: V H 2 S = 9,52dm 3 .
2. Roztwór zawierający 15 g siarkowodoru nasycono tlenem, otrzymując 8,6 g siarki. Oblicz
wydajność reakcji: 2 H2S + O2 = 2 S + 2 H2O. Odp.: wr = 61%.
3. W procesie spalania pirytu (FeS2), przebiegającym z wydajnością 89,2%, otrzymano 2·105 m3 SO2
(warunki normalne). Ile pirytu użyto do spalania? Odp.: mpirytu = 6·105 kg.
4. W wyniku reakcji nitrowania 10,0 g benzenu otrzymano 10,0 g nitrobenzenu. Oblicz wydajność
reakcji nitrowania. Odp.: wr = 63,3%.
5. W wyniku trimeryzacji 67,2 dm3 acetylenu (warunki normalne) otrzymano 75,5 g benzenu. Oblicz
wydajność tej reakcji. Odp.: wr = 96,8%.
6. Zmieszano 20 cm3 bezwodnego etanolu o gęstości 0,78 g·cm-3 z 12,0 g lodowatego kwasu
octowego. Oblicz masę powstałego estru, jeśli wiadomo, że reakcja estryfikacji biegnie z 80%
wydajnością? Odp.: mestru = 14,08 g.
7. 7,36 g alkoholu etylowego utleniono do kwasu octowego. Na zobojętnienie powstałego kwasu
użyto 45,0 cm3 roztworu NaOH o stężeniu 2,50 mol·dm-3 Oblicz wydajność reakcji utleniania.
Odp.: wr = 70,3%.
8. 15,0 g kwasu octowego poddano reakcji z nadmiarem metanolu. Wiedząc, że w tej reakcji
powstało 13,1 g estru, oblicz wydajność reakcji estryfikacji. Odp.: wr = 70,8%.
9. Oblicz ile kg glukozy poddano fermentacji alkoholowej, jeśli w procesie przebiegającym ze
średnią wydajnością 88% otrzymano 10 dm3 wodnego roztworu etanolu o stężeniu 90%
i gęstości 0,81g · cm-3. Odp.: mglukozy = 16,21 kg.
10. Przemiana CH3CH2OH → CH3CHO → CH3COOH przebiega w każdym etapie z 90%
wydajnością. Oblicz ile gramów kwasu octowego można otrzymać z 11,50 g etanolu.
Odp.: mkwasu = 12,15 g.
11. Utleniono 5,0 kg 20 % roztworu etanolu do kwasu octowego. Zakładając, że wydajność procesu
wynosi 100 %, oblicz stężenie procentowe otrzymanego kwasu. Odp.: cp = 24,5%.
Reakcja utleniania propanalu do kwasu propionowego biegnie z 75 % wydajnością. Ile procent
masowych propanonu zawierała jego mieszanina z propanalem, jeśli w wyniku utleniania próbki
o masie 20,0 g otrzymano 5,0 g kwasu propionowego? Odp.: %propanonu = 73,9.
12. Ile kg aniliny otrzymano z 5,0 kg benzenu, jeśli sumaryczna wydajność reakcji wynosiła 80 %?
Odp.: maniliny = 4,77 kg.