Question

1) O cantitate de 53 g de amestec ecgimolecular a doi alcooli monohidroxilici saturati elibereaza in urma reactiei cu sodiul un volum de 11,2l de hidrogen. Aceeasi cantitate este tratata cu acid acetic .In reactia de esterificare care decurge cu un randament de 100% , unul din alcooli formeaza cu 7 g mai mult ester decat celalalt .
 a) se cere identificarea alcoolilor si calcularea compozitiei procentuale a amestecului initial .

2) Un diol saturat are raportul de masa C:H:O= 6:1,25:4 .
 a) Cati dioli stabili pot exista ?

3) Cati alcooli monohidroxilici saturati cu procent de oxigen >21% exista ?

Answer 1

Cu semnul "*" notez inmultirea.

Problema 1.
a)Notam cei doi alcooli monohidroxilici saturati CxH2x+2O sau CxH2x+1OH si respectiv CyH2y+2O sau CyH2y+1OH.
Notam si esterii corespunzatori cu acidul acetic, si anume CH3COOCxH2x+1 si respectiv CH3COOCyH2y+1.
Mase molare: pentru CxH2x+2O este x*12 + (2x + 2)*1 + 1*16 = (14x + 18)(g/mol).
Asemanator gasim masa molara a CyH2y+2O ca fiind (14y + 18)(g/mol).
Masa molara a CH3COOCxH2x+1 este (x + 2)*12 + (2x + 4)*1 + 2*16 = (14x + 60)(g/mol).
Asemanator gasim masa molara a CH3COOCyH2y+1 ca fiind (14y + 60)(g/mol).
Notam cu a - numar moli de CxH2x+2O, respectiv de CyH2y+2O din amestec(amestecul este echimolecular, deci va contine acelasi numar de moli din fiecare alcool).
Presupuem ca se lucreaza in conditii normale c.n., deci volumul unui mol de gaz(in cazul nostru H2) este 22,4 litri.
Sa vedem ce volume de H2 se degaja din reactia dintre Na si a moli din fiecare dintre cei doi alcooli.

CxH2x+1OH  +  Na  =>  CxH2x+1O-Na+  +  1/2H2
Daca din 1*1 moli CxH2x+1OH rezulta (1/2)*22,4 l H2
Atunci din a moli CxH2x+1OH vor rezulta V1 l H2

V1 = 11,2a(moli H2).

CyH2y+1OH  +  Na  =>  CyH2y+1O-Na+  +  1/2H2
Daca din 1*1 moli CyH2y+1OH rezulta (1/2)*22,4 l H2
Atunci din a moli CyH2y+1OH vor rezulta V2 l H2

V2 = 11,2a(moli H2).
Dar V1 + V2 = 11,2(din enunt), deci 11,2a + 11,2a = 11,2;
22,4a = 11,2, de unde a = 0,5(moli).
Deci in amestecul de alcooli avem cate 0,5 moli din fiecare dintre cei doi alcooli).

Sa incercam acum sa gasim, analizand stoechiometria reactiilor de esterificare, o relatie intre x si y.
Exprimam masele de esteri obtinute din cate 0,5 moli din fiecare alcool si presupunem(de exemplu) ca masa obtinuta de ester CH3COOCxH2x+1 este  mai mare cu 7 g decat masa obtinuta de ester CH3COOCyH2y+1.

CH3COOH  +  CxH2x+1OH  =>  CH3COOCxH2x+1  +  H2O
Daca din 1*1 moli CxH2x+1OH rezulta 1*(14x + 60) g CH3COOCxH2x+1)
Atunci din 0,5 moli CxH2x+1OH  vor rezulta m1 g CH3COOCxH2x+1
m1 = 0,5*(14x + 60) = (7x + 30)(g CH3COOCxH2x+1).

CH3COOH  +  CyH2y+1OH  =>  CH3COOCyH2y+1  +  H2O
Daca din 1*1 moli CyC2y+1OH rezulta 1*(14y + 60) g CH3COOCyH2y+1
Atunci din 0,5 moli CYH2y+1OH vor rezulta m2 g CH3COOCyH2y+1
m2 = 0,5*(14y + 60) = (7y + 30)(g CH3COOCyH2y+1).
Cu presupunerea facuta(ca masa de ester m1 este mai mare cu 7 g decat masa de ester m2), avem: m1 = m2 + 7, adica:
7x + 30 = 7y + 30 + 7
7(x - y) = 7, de unde, simplificand cu 7, avem: x - y = 1
Deci x = y + 1.

Sa vedem acum ce mase de alcooli corespund la 0,5 moli din fiecare alcool, adica sa ne folosim si de ultima.data din enunt, referitoare la masa amestecului de alcooli.
Daca 1 mol de CxH2x+1OH corespunde la (14x + 18)(g CxH2x+1OH
Atunci la 0,5 moli de CxH2x+1OH vor corespunde z g CxH2x+1OH
z = 0,5*(14x + 18) = (7x + 9)(g CxH2x+1OH).
Asemanator se obtine: t = (7y + 9)(g CyH2y+1OH). Cred ca ai inteles, ca sa nu mai scriu atat.

Dar z + t = 53(conform enuntului), deci:
7x + 9 + 7y + 9 = 53
Insa am vazut ca x = y + 1, deci:
7(y + 1) + 9 + 7y + 9 = 63
14y = 28, de unde y = 2.
x = y + 1, deci x = 3.
Asadar alcoolii sunt: CxH2x+1OH este C3H7OH, iar CyH2y+1OH este C2H5OH.
Esterii sunt: CH3COOCxH2x+1 este CH3COOC3H7, iar CH3COOCyH2y+1 este CH3COOC2H5.
Fiind prezenti cate 0,5 moli din fiecare alcool, este evident ca procentele molare din amestecul de alcooli sunt 50% pentru fiecare alcool. Sa gasim procentele masice.

Masa molara a C3H7OH este (14*3 + 18) = 60(g/mol), deci 0,5 moli C3H7OH inseamna 0,5*60 = 30(g). Masa molara a C2H5OH este (14*2 + 18) = 46(g/mol), deci 0,5 moli C2H5OH inseamna 0,5*46 = 23(g).
Total: 30 + 23 = 53(g amestec de alcooli). Se observa ca am obtinut valoarea din enunt.
Daca in 53 g amestec de alcooli se gasesc 30 g C3H7OH si 23 g C2H5OH
Atunci in 100 g amestec de alcooli se vor gasi p1 g C3H7OH si p2 g C2H5OH
p1 = 30*100/53 = aprox. 56,6(g C3H7OH);
p2 = 23*100/53 = aprox. 43,4(g C2H5OH).
Deci amestecul contine in procente masice 56,6% C3H7OH si 43,4% C2H5OH.

Problema 2.
a) Notam diolul saturat CnH2n+2O2 sau CnH2n(OH)2.
Conform enuntului, putem scrie: 12n : (2n + 2) : 32 = 6 : 1,25 : 4.
Avem: 12n/32 = 6/4, adica 4*12n = 6*32, de unde n = 4.
Proba: (2n + 2)/32 = 1,25/4, adica 4(2n + 2) = 32*1,25, de unde obtinem din nou n = 4. Deci diolul are formula moleculara C4H10O2, sau C4H8(OH)2.
Din cate stiu eu, nu sunt stabili diolii cu cele doua grupari -OH la acelasi atom de carbon, deoarece are loc eliminarea unei molecula de apa dintr-o astfel de molecula de diol). Deci diolii stabili in cazul de fata sunt, dupa parerea mea:
1,2 - butandiolul HO - CH2 - CH(OH) - CH2 - CH3;
1,3 - butandiolul HO - CH2 - CH2 - CH(OH) - CH3;
1,4  - butandiolul HO - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 - OH;
2,3 - butandiolul CH3 - CH(OH) - CH(OH) - CH3;
2 - metil - 1,3 - propandiolul HO - CH2 - CH(CH3) - CH2 - OH.
Mai vezi si alte pareri.

Problema 3
Notam un alcool monohidroxilic saturat in caz general: CnH2n+2O.
Masa lui molara este n*12 + (2n + 2)*1 + 1*16 = (14n + 18)(g/mol).
Daca in (14n + 18) g alcool se gasesc 16 g oxigen
Atunci in 100g alcool se vor gasi x g oxigen
x = 16*100/(14n + 18) = 800(7n + 9)(g oxigen).