Obliczanie wydajności reakcji

Transkrypt

1 bliczanie wydajności reakcji Wydajność reakcji chemicznej (W) jest to stosunek masy produktu (m p ) otrzymanej w wyniku przeprowadzenia reakcji chemicznej do masy tego produktu (m t ) wynikającej z równania reakcji. Wydajność podaje się w procentach. W = m p m t 100% Licząc wydajność reakcji należy zawsze: przeliczyć wszystkie ilości związków na gramy lub mole, należy jednak trzymać się jednej wybranej jednostki to znaczy albo wszystko przeliczyć na gramy albo na mole, nie wolno mieszać jednostek jeżeli w reakcji bierze udział więcej niż jeden substrat (czyli prawie zawsze) należy sprawdzić, który z substratów występuje w niedomiarze. Poniżej podano przykłady obliczeń wydajności reakcji posługując się ilościami substancji wyrażonymi w gramach. bliczenia można prowadzić również posługując się ilościami wyrażonymi w molach w takich wypadkach należy podawać ilości w molach z dokładnością do trzeciego miejsca znaczącego. Przedstawiając obliczenia wydajności reakcji należy pamiętać o podawaniu jednostek i opisie jakiego związku dana wartość dotyczy. Przykład 1 blicz wydajność reakcji utleniania 3g toluenu nadmiarem KMn 4 w środowisku kwaśnym jeżeli w jej wyniku otrzymano 2.5 g kwasu benzoesowego. Równanie tej reakcji ma postać: toluen - 92 g/mol kwas benzoesowy g/mol KMn 4, H + CH W tym przykładzie nie wyznaczamy, który reagent występuje w niedomiarze, ponieważ informacja ta została podana w temacie zadania. 1

2 Ze stechiometrii reakcji wynika, że z jednego mola toluenu powstaje jeden mol kwasu czyli z: 92 g toluenu g kwasu benzoesowego 3 g toluenu - x g kwasu benzoesowego Rozwiązując proporcję otrzymuje się, że: x = 3.98 g - tyle kwasu powinno powstać przy 100% wydajności reakcji Ponieważ w reakcji otrzymano 2.5 g kwasu benzoesowego wydajność przeprowadzonej reakcji wynosiła: 2.5 g 3.98 g 100 % = 62.8 % Przykład 2 blicz wydajność reakcji 4 g benzaldehydu z 0.4 g hydrazyny jeżeli w jej wyniku otrzymano 2 g azyny. Reakcja zachodzi zgodnie z równaniem: 2 CH + NH 2 - NH 2 CH N N CH + 2 H 2 benzaldehyd g/mol hydrazyna - 32 g/mol azyna g/mol W reakcji biorą udział dwa substraty, w związku z tym konieczne jest obliczenie, który z substratów występuje w niedomiarze, gdyż to jego ilość decyduje o wydajności reakcji. Z reakcji stechiometrycznej wynika, że 2 mole benzaldehydu reagują z 1 molem hydrazyny. Zatem zgodnie z równaniem stechiometrycznym: 2 x 106 g benzaldehydu - 32 g hydrazyny 4 g benzaldehydu - x g x = 0.6 g hydrazyny Z powyższych obliczeń wynika, że zgodnie ze stechiometrią 4 g benzaldehydu reaguje z 0.6 g hydrazyny, ponieważ w reakcji użyto 0.4 g hydrazyny - hydrazyna została użyta w niedomiarze wobec tego niecały benzaldehyd uległ przemianie. 2

3 Wydajność reakcji liczy się względem substratu użytego w niedomiarze. W tym wypadku względem hydrazyny. Z równania reakcji wynika, że z 1 mola hydrazyny powstaje 1 mol azyny czyli: 32 g hydrazyny g azyny 0.4 g hydrazyny - x g azyny x = 2.6 g - tyle azyny powinno powstać przy 100% wydajności reakcji Ponieważ w reakcji otrzymano 2 g azyny, wydajność przeprowadzonej reakcji wynosiła: 2 g 2.6 g 100 % = 76.9 % Przykład 3 blicz wydajność reakcji 4.2 cm 3 aldehydu octowego z 2 cm 3 aniliny jeżeli w jej wyniku otrzymano 2.1 g zasady Schiffa. Reakcja zachodzi zgodnie z równaniem: CH + NH 2 H 3 C N H + H 2 Uwaga: Dodatkowym problemem w tym zadaniu są ilości substratów podane w cm 3, które należy przeliczyć na gramy w oparciu o gęstości związków. Z definicji gęstość jest stosunkiem masy do objętości, jednostką gęstości jest g/cm 3. acetaldehyd - 44 g/mol anilina - 93 g/mol zasada Schiffa g/mol dczytane z tablic fizykochemicznych gęstości wynoszą: d acetaldehydu = 0.79 g/cm 3 Przeliczenie podanych objętości na masy: d aniliny = 1.02 g/cm 3 z gęstości acetaldehydu wynika 0.79 g - 1 cm 3 czyli 4.2 cm 3 acetaldehydu odpowiadają masie x g cm 3 x = 3.32 g 3

4 z gęstości aniliny wynika 1.02 g - 1 cm 3 czyli 2 cm 3 aniliny odpowiadają masie x g - 2 cm 3 x = 2.04 g Zadanie należy zacząć od obliczenia, którego ze związków użyto w niedomiarze: 44 g acetaldehydu - 93 g aniliny 3.32 g acetaldehydu - x g aniliny x = 7.02 g aniliny W tej reakcji w niedomiarze występuje anilina, której użyto tylko 2.04 g zamiast 7.02 g. bliczenie wydajności: 93 g aniliny g zasady Schiffa 2.04 g aniliny - x g zasady Schiffa x = 2.6 g zasady Schiffa - tyle powinno powstać przy 100% wydajności Wydajność: Przykład g 2.6 g 100 % = 80.5 % bliczyć wydajność reakcji 15 cm 3 2,3-dimetylobutan-2-olu z 40 cm 3 stężonego kwasu solnego zachodzącej zgodnie z równaniem: H 3 C CH C + HCl H 3 C CH C + H 2 H jeżeli w jej wyniku otrzymano 18 cm 3 2-chloro-2,3-dimetylobutanu. (Gęstość alkoholu d alkoholu = 1.42 g/cm 3, gęstość chlorku alkilowego d chlorku = 1.1 g/cm 3, stężony HCl jest 36%, d HCl = 1.18 g/cm 3 ) Przeliczenie podanych objętości na masy: 4 2,3-dimetylobutan-2-ol g/mol 2-chloro-2,3-dimetylobutan g/mol HCl g/mol Z gęstości 2,3-dimetylobutan-2-olu wynika, że 1.42 g - 1 cm 3 Cl x - 15 cm 3 x = 21.3 g alkoholu użyto w reakcji

5 W reakcji użyto 30 cm 3 stężonego roztworu HCl, w związku z tym należy obliczyć ile HCl znajdowało się w tej ilości. Jak podano w temacie zadania stężony HCl jest 36% a jego gęstość wynosi d HCl = 1.18 g/cm 3. Na podstawie tych informacji obliczamy: Z gęstości kwasu solnego wynika, że 1.18 g - 1 cm 3 x - 40 cm 3 w reakcji użyto x = 47.2 g 36% HCl Ze stężenia procentowego HCl wynika, że: 100 g roztworu HCl - 36 g HCl 47.2 g roztworu HCl - x x = 17 g HCl Z równania reakcji wynika, że 102 g alkoholu g HCl 21.3 g alkoholu - x x = 7.6 g HCl W tej reakcji w niedomiarze występuje alkohol, bo jak wynika z powyższych obliczeń na użytą ilość alkoholu powinno przypadać tylko 7.6 g HCl a kwasu użyto 17 g. bliczenie wydajności: 102 g alkoholu g chlorku alkilowego 21.3 g alkoholu - x x = g chlorku alkilowego - tyle powinno powstać przy 100% wydajności W reakcji otrzymano 18 cm 3 chlorku co należy na podstawie gęstości przeliczyć na gramy: 1.1 g - 1 cm 3 x - 18 cm 3 x = 19.8 g - tyle gramów chlorku otrzymano Wydajność: 19.8 g g 100 % = 78.7 % 5