O proba cu masa de 4,4 g de acid monocarboxilic saturat se dizolva in apa formand 500 ml solutie cu densitatea de 1 g/ ml. O proba de 20 ml din solutia astfel obtinuta se neutralizeaza complet cu 20 ml solutie de KOH, avand concentratia 0,1 mol/l.
Daca la esterificarea a 1 L din solutia
initiala de acid cu 1 L de solutie de etanol de concentratie procentuala masica 92 la suta si densitatea 0,8 g / ml, se mai gasesc la echilibru 0,05 mol de acid:
a) Determinati formula moleculara a acidului monocarboxilic saturat.
b) Calculati valoarea constantei de echilibru, Kc.
Răspunsuri la întrebare
Răspuns: Părerea mea este!
Pct.a) Calcul de formula generală
a1) Număr moli de acid din 20 mL consumați de numărul de moli de KOH din 20 mL 0,1 M:
Se calculează din stoechiometria reacției și concentrația molară KOH (CM)
CnH2n+1 COO--H + KOH = CnH2n+1 COO-K + H₂O (neutralizare) pH=7
1mol 1mol 1mol 1mol
⇒1mol acid =1mol de KOH
CM KOH = n moli KOH dizolvat/Vs (mol/L)
n moli KOH dizolvat = CM. Vs= 0,1 mol/L.20.10⁻³L=2.10⁻³ moli KOH
Rezultă:
n₂₀ moli acid/din 20 mL soluție= 2.10⁻³ moli
a2) Număr moli de acid din 500 mL soluție de acid sunt de 500/20 ori mai mare (vezi regula de trei simplă):
n₅₀₀ moli acid/din 500 ml=2.10⁻³.500/20=5.10⁻²moli
a3) Calculăm masa moleculară(M,g/mol) a acidului din relația matematică pentru n moli:
n moli acid= macid/M acid, M acid=macid/n moli
Macid=4,4g/5.10⁻²mol=4,4.100/5=88 g/mol
a4) Deducem formula moleculară a acidului Cn+1 H2n+2 O2, care are masa moleculară=88, prin atribuirea de valori lui n: 0,1,2,3
Rezultă pentru n=3:
C₄H₈O₂, M=4.12+8.1+2.16=48+8+32=88, acidul este: CH₃-CH₂-CH₂-COOH
R: acid butanoic
Pct.b) Calcul de constanta de echilibru la esterificarea acidului de mai sus cu alcool etilic:
1L soluție C₄H₈O₂ cu 2.5.10⁻² moli acid dizolvat (2 vine de la înmulțirea n moli de acid din 500 mL, pentru a găsi cît sunt în 1000mL soluție (1L)
reacționează reversibil, cu stabilirea unui echilibru chimic la un moment dat cu 1L soluție alcool etilic 96%, densitate 0,8 g/mL.
Când s-a stabilit echilibrul chimic, rămân în soluție 0,05 moli de acid nereacționat.
Cât este Ke?
Rezolvare:
b1) Reacția chimică de esterificare, în prezența de catalizatori este:
reactanți produși de reacție
C₃H₇-COOH + CH₃-CH₂-OH = C₃H₇-COOCH₂-CH₃ + H₂O
stoechiometria este:
1mol 1mol 1mol 1mol
n moli consumat de acid până la echilibrul chimic=n moli alcool consumat=n moli ester produs=n moli H₂O produs
b2) Constanta de echilibru Ke are expresia matematică și este necunoscuta acestei probleme:
Ke= CM ester.CM apă/ CM acid.CM alcool
unde:
CM=concentrații molare(mol/L) ale substanțelor de mai sus, la momentul stabilirii echilibrului chimic
Știm:
-n moli acid nereacționat la momentul stabilirii echilibrului chimic=rămas neconsumat de alcool =0,05 moli, din 2.5.10⁻² moli de acid intrat în esterificare.
n moli acid consumat = n moli acid intrat-n moli acid nereacționat
=0,1-0,05=0,05 moli acid consumat
-deducem n moli de alcool, ester, apă, din reacția cu 0,05 moli acid consumat:
0,05 moli acid consumat=0,05 moli alcool consumat=0,05moli ester format=0,05moli de apă formată
-CM se calculează cu relația:CM =n moli dizolvat/Vs (mol/L)
-Vs=volumul soluției(L). În cazul nostru, dacă se spune despre amestecarea 1L soluție acid cu 1L soluție alcool, rezultă un volum de soluție de 2L, în care sunt toți molii reactanților, respectiv ai produșilor de reacție.
Nu știm:
-n moli de alcool rămas nereacționat la momentul echilibrului chimic, dacă din toată cantitatea de alcool se consumă doar 0,05 moli.
-concentrațiile molare ale speciilor chimice la echilibru chimic=?
-Ke=?
b3) Calcul n moli alcool intrat și n moli nereacționat la momentul echilibrului chimic:
d soluție = m soluție/Vs (g/mL); m soluție=dsoluție .Vs
Vs=1L =1000 ml
m soluție=0,8 g/mL.1000 mL=800 g soluție alcool de 92% concentrație procentuală
C%=md.100/ms, md= C%.ms/100%= 92.800/100= 736 g alcool
n moli alcool = 736 g /46 g/mol=16 moli; M alcool etilitic=46 g/mol
b4) Tabloul cu numărul de moli în timpul reacției este:
n moli acid + alcool etilic = ester + apă
inițial 0,1 ................16.........................0....................0
consumat 0,05 0,05 format 0,05 0,05
existent 0,1-0,05 16-0,05 0,05 0,05
la echilibrul
CM 0,05/2 15,95/2 0,05/2 0,05/2
b5) Acum vom calcula Ke prin introducerea valorilor numerice, în expresia ei:
Ke= (0,05/2).(0,05/2) / 0,05/2. (15,95/2)=0,0025/0,7975
Ke=0,00313
R:Ke=0,00313 aprox.
Explicație:
a)Datele problemei se pot reprezenta astfel:
Acidul monocarboxilic saturat are formula generală: CnH(2n+1) - COOH
sau: Cn+1 H2n+2 O₂
4,4 g de Cn+1H2n+2O₂ + apă distilată →500 mL soluție, d=1g/mL
↓
Se iau doar 20 mL soluție acid, care se titrează
cu 20 mL soluție KOH, 0,1M (mol/L)
→ n moli KOH consumat = n₂₀ moli acid consumat (cedază 1H(+) . Am aflat n₂₀ moli acid din 20 mL soluție și vom calcula mai departe n moli din 500 mL soluție (n₅₀₀), în care sunt 4,4 g acid.
↓
4,4 g=n₅₀₀ moli. Masa moleculară a acidului (Necunoscuta)