qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqw

Probleme de chimie organică

Alcanii

01-Dec-13

Bianca Voisa

Cuprins

Capitolul 1. Informații teoretice................................................................................3

Alcanii....................................................................................................................3

1. Reacția de oxidare...........................................................................................5

2. Descompunerea termică..................................................................................7

3. Reacția de izomerizare ( realizată de C.D. Nenițescu)....................................7

4. Reacția de substituție.......................................................................................8

5. Informații utile și utilizările alcanilor.............................................................8

Capitolul 2. Probleme rezolvate................................................................................9

Modele de probleme pentru capitolul alcani..........................................................9

Problema 1..........................................................................................................9

Problema 2........................................................................................................12

Problema 3.......................................................................................................13

Problema 4........................................................................................................17

Problema 5........................................................................................................18

Problema 6.......................................................................................................21

Problema 7........................................................................................................23

Problema 8........................................................................................................24

Bibliografie..............................................................................................................27

2

Capitolul 1. Informații teoretice

Alcanii

Alcanii sunt hidrocarburi saturate aciclice, care conțin în moleculă numai legături simple carbon-carbon și carbon-hidrogen.

Hidrocarburile sunt compuși organici formați numai din atomi de carbon și hidrogen.(CxHy).

Hidrocarburile saturate conțin în moleculă numai legături covalente simple sigma, C-C, C-H.

Formula generală a clasei alcanilor este: CnH2n+2, unde n va primi pe rând valorile 1, 2, 3...

Deci se va forma seria omoloagă a alcanilor:

Pt. n=1, avem formula moleculară CH4- metan;

Pt. n=2, avem C2H6- etan;

Pt. n= 3, avem C3H8- propan;

Pt. n= 4, avem C4H10- butan;

Pt. n= 5, avem C5H12- pentan și așa mai departe.

Alcanii cu catene liniare se numesc normal alcani, prescurtat n-alcani, iar cei care prezintă ramificații se numesc izoalcani.

De exemplu, n-butanul și izobutanul sunt izomeri de catenă deoarece au aceeași formulă moleculară, dar structură chimică diferită.

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3

n-butan CH3 izobutan

3

Radicalii se obțin prin îndepărtarea unuia sau a mai multor atomi de hidrogen.

Pentru alcani vom avea următorii radicali:

Pornind de la CH4 vom avea următorii radicali:CH4 CH3 CH2 CH

metil metilen metin sau metilidin

Pornind de la C2H6, CH3-CH3 CH3-CH2 CH3-CH

etil etiliden

Metanul, CH4, conțin patru legături covalente identice, C-H. Distanța dintre atomii de carbon din molecula metanului este de 1,54 Å. Molecula metanului are forma unui tetraedru regulat, cu atomul de carbon în centru și restul atomilor de hidrogen orientați spre vârfurile tetraedrului.

Datorită unghiului de 109°28´, alcanii au catenele în formă de zig-zag.

Atomul de carbon din structura alcanilor este hibridizat sp3.

Proprietăți fizice

Starea de agregare a alcanilor depinde de numărul de atomi de carbon din structură și anume:

C1-C4 sunt GAZE;

C5-C17 sunt LICHIZI;

C18 , C19, sunt SOLIDE.

Punctele fierbere ale alcanilor cresc cu creșterea masei moleculare. Dintre izomerii de catenă ai unui alcan, cel cu catenă normală are punctul de fierbere cel mai ridicat, iar izoalcanul cu catena cea mai ramificată are punctul de fierbere cel mai scăzut.

4

Proprietăți chimice ale alcanilor

Sunt date de reacțiile chimice specifice acestei clase:

1. Oxidarea: completă și incompletă

2. Descompunerea termica: cracarea și dehidrogenarea.

3. Reacția de izomerizare.

4. Reacția de substituție.

Alcanii au reactivitate foarte mică datorită prezenței legăturii simple care se rupe foarte greu.

1. Reacția de oxidare

Avem două tipuri de oxidări și anume: oxidarea completă și oxidarea incompletă.

Oxidarea completă sau arderea totală are ca rezultat formarea dioxidului de carbon, apei și degajarea unei cantități de căldură, notate cu Q.

Pentru alcani avem reacția de ardere totală sub forma următoarei ecuații:

CnH2n+2 + 3n+1

2 O2 nCO2 +( n+1)H2O + Q.

De exemplu, avem reacția de ardere a metanului:

CH4+ 2O2 CO2+2 H2O+ Q.

Oxidarea incompletă sau arderea parțială are ca rezultat formarea de produși parțiali: cetone, aldehide, alcooli, acizi etc...

Avem următoarele reacții de ardere parțială, cu rol major în industrie:

Formarea metanolului ( în condiții specifice de presiune și temperatură și în prezența catalizatorilor):

CH4 + O2 CH3OH metanol

5

Formarea metanalului (aldehidei formice):

CH4 + O2 CH2O metanal

Formarea gazului de sinteză:

CH4+ 12 O2 CO + 2H2, amestecul dintre monoxidul de carbon și

hidrogen împreună formează gazul de sinteză.

Formarea negrului de fum: CH4 + O2 C + H2O negru de fum

Reacția de amonoxidare:

CH4 + 32 O2 + NH3 HCN + 3H2O, această reacție are loc la o

temperatură de 1000°C și în prezența catalizatorului de platină(Pt).

Oxidarea parțială cu vapori de apă:

CH4 + H2O CO +3H2

Reacția are loc la o temperatură de 600-800°C, iar catalizatorul este nichelul.

2. Descompunerea termică

Cracarea este reacția prin care se rup legăturile C-C și rezultă un amestec de alcani și alchene, cu un număr mai mic de atomi de carbon decât în alcanul inițial.

6

CH3-CH2-CH2-CH3 CH4 + CH2=CH-CH3

Metan Propenă

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH3 + CH2=CH2

Etan Etenă

Dehidrogenarea este descompunerea termică, în urma căreia se elimină hidrogen, datorită ruperii legăturii C-H.

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH=CH2 + H2

n-butan 1- butenă

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3+ H2

n-butan 2- butenă

3. Reacția de izomerizare ( realizată de C.D. Nenițescu)

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3

n- butan CH3

izobutan

Catalizatorul acestei reacții este AlCl3, iar temperatura este cuprinsă între 50°-100°C.

4. Reacția de substituție

Constă în înlocuirea atomilor de hidrogen cu atomii de halogen, cum ar fi F, Cl, B, I. Reacțiile sunt procese exoterme care se produc în prezența luminii (hν).

Metanul reacționează cu Cl2 formându-se produși mono-, di-, tri- și tetrahalogenați.

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl CH3Cl- clorură de metil

7

CH4 + Cl2 CH2Cl2 + HCl

clorură de metilen

CH4 + Cl2 CHCl3 + HCl

Cloroform

CH4 + Cl2 CCl4+ HCl

tetraclorură de carbon

Produșii halogenați ai alcanilor sunt rar folosiți în practică deoarece sunt toxici organismului uman, pot provoca cancer.

5. Informații utile și utilizările alcanilor

Cifra octanică a alcanilor, C.O., ne arată calitatea de ardere a acestora, prin convenție, C.O. cea mai mare este 100 și corespunde izooctanului ( 2,2,4 trimetil pentan), în timp ce n-heptanul are C.O. zero. Pentru îmbunătățirea cifrei octanice se adaugă aditivi, de exemplu tetraetilplumbul. Metanul în natură se găsește în stare liberă. El formează partea componetă principală a gazelor combustibile naturale cunoscute, care emană din pământ în unele localități sub denumirea de gaze de mine sau de baltă. Metanul se formează pe fundul bălților și în general în bazinele de apă stătătoare, în urma descompunerii substanțelor organice.

Un pericol mare îl prezintă gazele de mină, care se adună în minele de cărbuni în cazul unei ventilări insuficiente. Amestecul exploziv care se formează cu aerul se aprinde ușor de la flacăra lămpilor de mină. În trecut asta era cauza deselor catastrofe, însoțite de jertfe omenești.

Prevenirea lor a devenit posibilă, după descoperirea lămpilor speciale de către chimistul Davy în 1817.

Alcanii solizi sunt utilizați în farmacie, parafina și vaselina sunt folosiți pentru producerea unor articole destinate protejării pielii.

8

Capitolul 2. Probleme rezolvate

Modele de probleme pentru capitolul alcani

Problema 1.

Prin arderea unei cantități de etan, se obțin 112 mL CO2 (c.n). Calculează:

a) Volumul (mL) și masa (mg) și numărul de mmoli de etan folosiți în reacție;

b) Numărul de mmoli de apă rezultați din reacție;

c) Volumul de aer cu 20% O2 necesar arderii etanului.

Rezolvare

Dacă reacția are loc la parametrii normali sau condiții normale (c.n.) atunci se știe că temperatura va fi de 273 K, presiunea de 1 atm.

Se scrie reacția de ardere a etanului:

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q

a) Pentru a răspunde la subpunct, vom lucra pe ecuația reacției:

22,4 L/ mol 2∙ 22,4 L/mol

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q

x 0,112 L

x=0,112 ∙22,4

2 ∙22,4=¿0,056 L= 56 mL C2H6

Întotdeauna datele din problemă, se scriu sub reactanți, iar volumul molar, masa moleculară sau nr. de moli se scriu deasupra reactanților.

9

Foarte important e să lucrăm în aceeași unitate de masură, de exemplu cum am avut mai sus volumul molar e exprimat în litri, atunci și datele problemei trebuie transformate, din mL în L sau mg în grame, mmoli în moli.

Deci, am determinat volumul, urmează masa și numărul de mmoli.

Din relația n = v

vmolar , avem n= 0,056 L

22,4 L/mol=¿0,0025 moli etan= 2,5 mmoli, iar

pentru determinarea masei avem următoarea relație: m= n∙M, unde M este masa moleculară a etanului.

Metan= 2∙12+ 6= 30 g/mol m= 0,0025∙30= 0,075g= 75 mg etan.

b) Pentru a afla numărul de mmoli de apă, ne folosim de ecuația reacției:

2∙22,4 3∙22,4

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q

0,112 x

x=0,112 ∙3 ∙22,4

2 ∙22,4=¿0,168 L H2O

n= 0,168L

22,4 L/mol=¿ 0,075 moli = 7,5 mmoli apă.

c) Pentru a afla volumul de aer avem nevoie de volumul de oxigen, în problemă ni se dă procentul de oxigen din aer și anume 20 %.

Lucrăm din nou pe ecuația reacției:

72 ∙22,4 2∙22,4

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q

10

x 0,112 L

x=0,112 ∙3,5 ∙22,4

2 ∙22,4 = 0,196 L O2

Știind procentul de oxigen, avem următoarea regulă de trei simplă:

100 L aer........................20 L oxigen

y L aer............................0,196 L oxigen

y= 0,196 ∙100

20=¿0,98 L aer sau atunci când ni se dă în

problemă procentul de O2, de 20%, putem folosi și relația vaer= 5∙vO2.

Transformări în unităţile de măsură cerute de S.I:

Problema 2.

Se ard 20 mL dintr-un amestec de metan şi etan cu 275 mL aer ( 20% O2),stabileşte compoziţia în procente de volum a celor două hidrocarburi.

Rezolvare

Ştim volumul total al amestecului de metan şi etan, vtotal= 20mL= 0,02L, notăm cu x volumul de metan şi cu y volumul de etan.

Prima relaţie care se formează este: x+y=20 mL

Ştim că volumul de aer consumat pentru arderea celor doi alcani este de 275 mL= 0,275 L cu concentraţia de oxigen de 20%, deci vom folosi relaţia vaer= 5·vO2, din

care rezultă că volumul de oxigen este: vO2= Vaer

5 =0,275

5=¿0,055 L

11

1 g = 1000 mg

1 L= 1000 mL

1 mol= 1000mmoli

Următoarea etapă vom scrie reacţiile de ardere ale celor doi alcani, vom eprima volumele de oxigen necesare celor două reacţii:

22,4 2·22,4

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + Q

x x1

x1=2·22,4 · x

22,4 = 2x, x1= 2x

22,472·22,4

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q

y x2

x2=3,5·22,4 · y

22,4=¿3,5y, x2= 3,5y

Deci vom forma sistemul de ecuaţii: { x+ y=0,022x+3,5 y=0,055, rezolvând sistemul de

ecuaţii vom avea următoarele valori, x= 0,01 L CH4, y= 0,01 L C2H6.

Compoziţia procentuală a amestecului de alcani va fi următoarea:

0,02 L amestec metan şi etan............0,01 L metan.......0,01 L etan

100 L amestec metan şi etan............ C1.......................... C2

12

X1=2x

X2= 3,5y

C1= 50% metan

C2= 50% etan.

Problema 3.

Un volum de metan este supus clorurării la 500°C îm urma acestui proces rezultă un amestec de monoclorometan , diclorometan, triclorometan şi tetraclorometan în raport molar de 3:2:1:1. Din acidul clorhidric rezultat se obţin 3,5 L soluţie de 2 M.

a) Scrie ecuaţiile reacţiilor chimice;b) Calculează volumul de metan la presiunea de 1 atm şi 500°C supus

clorurării;c) Determină volumul de clor necesar ştiind că acesta s-a transformat în

proporţie de 90%.

Rezolvare

a) Ecuaţiile reacţiilor chimice sunt următoarele:

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl (I) Monoclorometan

CH4 + 2Cl2 CH2Cl2+ 2HCl (II)

Diclorometan

CH4 + 3Cl2 CHCl3 + 3HCl (III) Triclorometan

CH4 +4 Cl2 CCl4 + 4HCl ( IV) Tetraclorometan

13

b) Pentru a afla volumul total de metan consumat la clorurare trebuie să determinăm prima dată volumul de metan consumat pentru fiecare reacţie în parte, deci vom nota cu x volumul de metan consumat la prima reacţie (I),cu y volumul de metan consumat la a doua reacţie, z volumul consumat la a treia reacţie şi t volumul consumat la a patra reacţie.

Exprimăm raportul molar ştiut din datele problemei conform reacţiilor chimice:

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl (I) x x x x

CH4 + 2Cl2 CH2Cl2+ 2HCl (II)

y 2y y 2y

CH4 + 3Cl2 CHCl3 + 3HCl (III) z 3z z 3z

CH4 +4 Cl2 CCl4 + 4HCl ( IV) t 4t t 4t

x:y:z:t= 3:2:1:1, conform raportului molar dat în problemă, putem scrie următoarele rapoarte:

xy= 3

2 y =2x3

yz=

21 z =

y2 , dar y =

2x3 şi atunci rezultă z=

x3

zt=

11 z=t=

x3

14

Din datele problemei putem calcula masa de HCl, deoarece ştim volumul soluţiei şi concentraţia molară, folosind formula concentraţiei molare deducem masa de acid clorhidric:

Cm=mdM·vs , deci md= Cm·MHCl· vsoluţiei

md= 2·36,5·3,5= 255,5 g HCl

Transformăm în moli deoarece pe ecuaţiile reacţiilor lucrăm în moli, deci n=mM=

255,536,5

=¿ 7 moli HCl

Conform reacţiilor putem afla numărul total de moli de HCl, avem:

ntotal¿x+2y+3z+4t= 7 moli

x+ 4 x3 +

3x3 +

4 x3 = 7, vom avea 14x=21 x=

2114= 1,5 moli HCl

Numărul de moli de metan conform reacţiilor chimice:

x+y+z+t= x+2x3 +

x3 +

x3=

7 x3 =

7 ·1,53 = 3,5 moli CH4

VCH4= 3,5·22,4 L/mol= 78,4 L

Trebuie să calculăm volumul de metan la temperatura de 500°C şi la presiunea de 1 atm:

Temperatura trebuie transformată în grade Kelvin, după relaţia:

T(K)=T (°C)+273,15

T= 500+273,15=773,15 K

Folosim legea Gay-Lussac ( p= const.) şi vom avea următoarea relaţie:

15

VoV

= ¿T

V= V o·T¿ = 78,4 ·773,15

273 = 222 L

c) Trebuie să calculăm prima dată numărul total de moli de clor, conform reacţiilor numărul total de moli de clor este egal cu cel de acid clorhidric, iar numărul total de moli de HCl este 7 moli.

ntotal¿x+2y+3z+4t= 7 moli

x+ 2x3 +

3x3 +

4 x3 = 7 x= 1,75 moli Cl2 , mCl2= 124,25 g

Ştim din datele problemei că s-a transformat din clor un procent de 90%, prin regula de trei simplă raportăm la cantitatea aflată de pe reacţie:

Din 100 g Cl2 iniţial................90 g Cl2 transformat124,25 g Cl2........................... X1 g Cl2 transformat

X1= 111,825 g clor transformat

Transformat în moli, avem nclor= 1,575 moli, iar volumul va avea valoarea de 35,28L clor, folosind relaţia Vclor= n·Vmolar, Vmolar= 22,4 L/mol.

Problema 4.

Pentru arderea completă a 10 mL dintr-un alcan gazos A sunt necesari 50 mL de oxigen. Stabileşte formula lui A ( volumele sunt măsurate în acelaşi condiţii de temperatură şi presiune).

16

Rezolvare

Ştim că formula generală a unui alcan este: CnH2n+2.

Folosind formula generală a alcanilor scriem reacţie de ardere:

CnH2n+2 + 3n+1

2 O2 nCO2 + (n+1)H2O + Q

Înlocuind datele problemei( volumele de alcan şi oxigen sunt date în mL le transformăm în litri) în ecuaţia reacţiei vom avea:

22,4 L/mol 3n+1

2 ·22,4 L/mol

CnH2n+2 + 3n+1

2 O2 nCO2 + (n+1)H2O + Q

0,01 L 0,05 L

3n+12

· 22,4·0,01= 0,05·22,4

0,224 · (3n+1 )2

=1,12

0,672n+0,2242

= 1,12

0,672n+0,224= 2,24

0,672n= 2,24-0,224

n= 2,0160,672

=¿3.

17

Alcanul căutat este propanul, C3H8.

Problema 5.

Identifică alcanii:

a) Cu densitatea ρ= 1,3392 g/L;b) Cu daer= 1,5224;c) Cu dazot= 2,0714;d) Cu ddioxid de carbon= 1,6363.

Rezolvare

a) ρ= 1,3392g/L

Din formula densităţii, ρ, putem deduce masa moleculară a alcanului şi anume:

ρ=mV , dar masa şi volumul le putem exprimăm prin următoarele relaţii

după care le înlocuim în formula generală a densităţii.

n=mM m= n·M

18

n= V

Vmolar V= n· Vmolar

ρ= mV =

n·Mn·Vmolar=

MVmolar M= ρ·Vmolar = 1,3392 g/L· 22,4 L/mol=

29,91g= 30 g/mol

Formula generală a alcanilor este: CnH2n+2

MCnH2n+2= 12n+2n+2= 14n+2

14n+2= 30

14n= 30-2

14n= 28

n=2814 = 2 Alcanul este etanul, C2H6.

b) Avem densitatea alcanului față de aer, deci vom folosi formula: daer¿MalcanMaer , de

unde vom deduce Malcan= Maer∙daer știm că Maer¿ 28,9 g/mol.

Malcan= 28,9 g/mol∙ 1,5224= 43,99g/mol= 44 g/mol

Formula generală a alcanului este CnH2n+2.

Masa moleculară este 14n+2= 44

14n= 44-2

14n= 42 n= 3, deci alcanul căutat este propanul, C3H8.

19

c) Avem densitatea față de azot, vom avea nevoie de masa moleculară a azotului, iar densitatea este de 2,0714.

dazot= MalcanMazot Malcan= dazot∙Mazot

Malcan= 2,0714∙28g/mol= 57,99 g/mol= 58 g/mol

14n+2= 58

14n=58-2

14n= 56, n= 4

Alcanul este butanul, C4H12.

d) La acest punct avem exprimată densitatea alcanului față de CO2, dco2= 1,6363

dco2=MalcanMco2 Malcan= Mco2∙dCO2

Malcan= 44 g/mol∙1,6363= 71,99=72 g/mol

14n+2= 72

14n=70

n= 5, alcanul este pentanul, C5H12.

Problema 6.

La combustia completă a 25 mL de amestec de propan și etan rezultă 60 mL de CO2 ( volumele sunt măsurate în același condiții de temperatură și presiune).

Stabilește:

a) Compoziția în % volume a amestecului de hidrocarburi;

b) Raportul molar al hidrocarburilor în amestec.

20

Rezolvare

Avem un amestec de propan și etan, C3H8 și C2H6 supus combustiei( arderii totale).

Vamestec= 25mL= 0,025 L

Vco2= 60 mL= 0,06mL

Scriem ecuațiile de ardere a celor doi alcani din amestec:

C3H8 + 5O2 3 CO2 + 4H2O + Q1

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q

Considerăm: a L C3H8 și x L CO2 rezultat din I reacție?;

b L C2H6 y L CO2 rezultat din a- II- a reacție.

Înlocuim datele cunoscute pe ecuațiile reacțiilor:

22,4 3∙ 22,4

C3H8 + 5O2 3 CO2 + 4H2O + Q1

a x

22,4 2∙ 22,4

C2H6 + 72 O2 2CO2 + 3 H2O + Q 2

b y

x= 3∙22,4 ∙ b

22,4 = 3b

y= 2∙22,4 ∙ a

22,4 = 2a

21

Se va forma sistemul de ecuații: { a+b=0,0252a+3b=0,06, rezolvând sistemul de ecuații

vom obține a= 0,015 L C3H8 , b= 0,01L C2H6.

Pentru a afla procentele de alcani din amestec, vom forma regula de trei simplă:

În 0,025L amestec de alcani avem............. 0,015 L C3H8............. 0,01L C2H6

În 100 L amestec de alcani avem................C1..............................C2

C1= 40% propan

C2= 60% etan.

Pentru a afla raportul molar trebuie să determinăm numărul de moli din fiecare alcan prezent în amestec:

npropan= 0,01522,4 =0,0006

netan = 0,0122,4= 0,0004

Raportul dintre propan și etan este: 0,00060,0004 = 1,5.

Problema 7.

Prin arderea unui amestec echimolecular a două hidrocarburi saturate omoloage se obțin 968 g dioxid de carbon și 468 g apă. Precizați care este denumirea hidrocarburii cu numărul de atomilor de carbon mai mare:

a) propan; b) hexan; c) butan; d) pentan; e) heptan.

22

Rezolvare

Avem un amestec echimolecular de două hidrocarburi, ceea ce înseamnă același număr de moli din fiecare hidrocarbură, cele două hidrocarburi sunt omoloage adică urmează una după alta în seria omoloagă a alcanilor. Din aceste definiții putem forma următoarele relații:

Notăm: CnH2n+2- alcanul inferior

CmH2m+2- alcanul superior

Avem prima relație: m=n + 1 (1)

Amestecul echimolecular îl exprimăm astfel:

a moli CnH2n+2

a moli CmH2m+2

Scriem ecuația de ardere pentru cele două hidrocarburi:

1mol n (n+1) moli

CnH2n+2 + 3n+1

2 O2 nCO2 + (n+1) H2O + Q1

a moli x y

1 mol m moli (m+1) moli

CmH2m+2 + 3m+1

2 O2 mCO2 + (m+ 1) H2O + Q2

a moli z t

Transformăm masele de CO2 și H2O în moli:

nCO2= 96844 = 22 moli;

23

m= n+1

nH2O= 46818 = 26 moli.

x= an moli dioxid de carbon;

y=a(n+1) moli apă;

z= am moli dioxid de carbon;

t= a(m+1) moli apă.

Se va forma sistemul de ecuații: { an+am=22a (n+1 )+a (m+1 )=26, din rezolvarea sistemului vom

deduce că n= 5, iar m= 6, dacă vom înlocui în prima relație de la începutul problemei, m=n+1.

Răspunsul la problemă este hexan, alcanul cu numărul de atomi de carbon mai mare.

Problema 8.

Se obține acid cianhidric prin amonoxidarea metanului dacă în procesul de fabricație s-au obținut 2,43 tone acid cianhidric cu un randament de 90%, să se determine:

a) volumul de metan de puritate 99 % în volume măsurate în condiții normale utilizat în procesul de fabricație;

b) volumele de azot și hidrogen măsurate în condiții normale necesare pentru obținerea amoniacului introdus în procesul de fabricație.

Rezolvare

Reacția de amonoxidare a metanului are loc în prezența catalizatorului de platină și la o temperatură de 1000°C, obținându-se acid cianhidric.

24

CH4 + NH3+ 32 O2 HCN + 3H2O

Acid cianhidric

În problemă ni se spune că avem un randament de 90%, iar randamentul este definit de următoarea relație:

η= mpmt ∙ 100, unde

mp= masa practică, din datele problemei;

mt= masa teoretică, obținută din calculul de pe reacție.

η= mpmt ∙ 100 , din această relație putem să detrminăm mt, cunoscând masa

practică, mp= 2,43 t HCN, din datele problemei.

mt= mp∙100η =

2,43∙10090 = 2,7 t= 2700 kg.

De pe ecuația reacției, vom determine volumul de CH4:

a) 22,4 m3/kmoli 27 kg/kmoli

CH4 + NH3+ 32 O2 HCN + 3H2O

V 2700 kg

V= 2240 m3 CH4

25

Ni s-a dat în problemă puritatea metanului, iar datele de pe reacție sunt considerate mereu cantități pure, deci vom forma regula de trei simplă:

100 m3 metan impur.....................99 m3 metan pur

x....................................................2240 m3 metan pur rezultat din reacție

x= 2262,6 m3 metan impur

b) Pentru a afla volumele de hidrogen și azot, trebuie să lucrăm cu ecuația de formare a amoniacului, volumul de amoniac este egal cu cel de metan:

VNH3=VCH4= 2240 m3 22,4 3∙22,4 2∙22,4

N2+ 3H2 2NH3

V1 V2 2240

V1= 1120m3 azot

V2= 3360 m3 hidrogen.

26

Bibliografie

1. Berinde, Z., Metodă și algoritmizare în rezolvarea problemelor de chimie organică, Editura Cub Press 22, Baia Mare, 2000.

2. Chimia pentru clasele VIII-X, Editura de Stat Didactică și pedagogică, București, 1956.

3. Vlădescu, L., Doicin I.,L., Chimie pentru clasa a-X-a, Editura Grup Art Editorial, București, 2009.

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41