Question

Se deshidrateaza la cald un amestec de 16,6 g etanol si 2-propanol utilizand 20g solutie H2SO4 98%.
Dupa indepartarea alcoolilor, solutia de H2SO4 are concentratia 77,16%.
Calculati raportul molar initial etanol: 2-propanol.

Answer 1

 Din ce inteleg eu din enunt, este vorba despre eliminarea intramoleculara de apa din alcooli, cu obtinere de alchene. Asta deoarece este vorba in enunt despre concentratie mare a H2SO4(98%), si despre reactii chimice desfasurate la cald. In cazul in care acidul sulfuric ar fi fost in concentratie mica(si la temperaturi relativ scazute) s-ar fi format eteri.

 E cam ambigua formularea din enunt cu indepartarea alcoolilor. Nu cumva se refera la indepartarea alchenelor ? Din ce scrie in enunt nu reiese ca alcoolii nu s-ar consuma in totalitate, deci n-ar mai ramane alcooli nereactionati.
 Eu voi rezolva in ipoteza ca alcoolii se consuma in totalitate.

Cu semnul "*" notez inmultirea, iar cu semnul "/" notez linia de fractie. Voi nota in reactiile chimice acidul sulfuric cu HO - SO3H, iar apa cu HOH. Tu foloseste notatiile cum ati invatat la clasa.

Reactia de eliminare de apa din alcooli la cald in prezenta de acid sulfuric decurge in doua etape: mai intai are loc formarea unui sulfat acid, care apoi se descompune regenerand acidul sulfuric si formandu-se alchena corespunzatoare. In cazul de fata se obtin etena, respectiv propena.

In situatia din problema  se poate scrie.

Pentru etanol(intermediar se obtine sulfat acid de etil):

CH3 - CH2 - OH  +  HO - SO3H  --->  CH3 - CH2 - OSO3H  +  HOH

CH3 - CH2 - OSO3H  --->  HO - SO3H  +  H2C = CH2

Global:

CH3 - CH2 - OH  --->  H2C = CH2  +  HOH


Pentru 2 - propanol(intermediar se obtine sulfat acid de izopropil):

CH3 - CH(OH) - CH3  +  HO - SO3H  --->  CH3 - CH(OSO3H) - CH3  +  HOH

CH3 - CH(OSO3H) - CH3  --->  H2C = CH - CH3  +  HO - SO3H

Global:

CH3 - CH(OH) - CH3  --->  H2C = CH - CH3  +  HOH

Deoarece acidul sulfuric se regenereaza, inseamna ca masa sa(deci masa dizolvata) este aceeasi la sfarsitul reactiilor ca si la inceputul lor. Atunci scaderea concentratiei solutiei de acid sulfuric se datoreaza faptului ca masa solutiei de acid sulfuric a crescut la sfarsitul reactiilor chimice, si anume cu masele de apa rezultate din cele doua reactii chimice. Deci formarea de apa dilueaza acidul sulfuric si contribuie la scaderea concentratiei sale procentuale.

Se determina masa dizolvata de H2SO4 ce se gaseste in cele 20 g solutie H2SO4 98%.

c1% = 98%; ms1 = 20 g solutie H2SO4.

c1 = 100*md1/ms1, de unde md1 = c1*ms1/100 = 98*20/100 = 19,6(g H2SO4).

 
Vom  nota cu x - masa(g) de CH3 - CH2 - OH introdusa in proces si cu y - masa(g) de CH3 - CH(OH) - CH3 introdusa in proces. Vom nota apoi cu a - masa(g) de H2O rezultata din cele x g de CH3 - CH2 - OH, si cu b - masa(g) de H2O rezultata din cele y g CH3 - CH(OH) - CH3.

O prima relatie este, conform enuntului:  x + y = 16.6                      (1)

Vom incerca  acum sa exprimam a in functie de x si b in functie de y.

Mase molare: pentru CH3 - CH2 - OH este 2*12 + 6*1 + 1*16 = 46(g/mol); pentru CH3 - CH(OH) - CH3 este 3*12 + 8*1 + 1*16 = 60(g/mol); pentru H2O este 2*1 + 1*16 = 18(g/mol).

CH3 -CH2 - OH  --->  H2C = CH2  +  HOH

Daca din 1*46 g CH3 - CH2 - OH rezulta 1*18 g HOH
Atunci din x g CH3 - CH2 - OH vor rezulta a g HOH

a = 18x/46 = 9x/23(g HOH).

CH3 - CH(OH) - CH3  --->  H2C = CH - CH3  +  HOH

Daca din 1*60 g CH3 - CH(OH) - CH3 rezulta 1*18 g HOH
Atunci din y g CH3 - CH(OH) - CH3 vor rezulta b g HOH

b = 18y/60 = 3y/10(g HOH).

Total masa apa formata in cele doua reactii chimice: a + b = (9x/23 + 3y/10)(g H2O) = [(90x + 69y)/230](g H2O)..

Solutia de acid sulfuric care se gaseste in vasul de reactie la sfarsit contine deci dizolvate tot 19,6 g H2SO4. Deci md2 = 19,6 g H2SO4.

Masa solutiei de H2SO4 ramasa in vasul de reactie la sfarsit este deci:

ms2 = ms1 + a + b = [20 + (90x + 69y)/230] = [(90x + 69y + 46000)/230] (g solutie H2SO4).

Din expresia concentratiei procentuale(c2% = 77,16%) a solutiei de H2SO4 ramase in vas la sfarsit se exprima inca o relatie intre x si y.

c2 = 100*md2/ms2

77,16 = 100*19,6/[(90x + 69y + 4600)]/230

Daca se fac niste calcule, se va obtine:

77,16 = 1960*230/(90x + 69y + 4600)

77,16(90x + 69y + 4600) = 1960*230

6944,4x + 5324,04y + 354936 = 450800

6944,4x + 5324,04y = 95864                                (2)

Din relatia (1) se exprima y = 16,6 - x si se inlocuieste in relatia (2):

6944,4x + 5324,04(16,6 - x) = 95864

6944,4x - 5324,04x = 95864 - 88379,064

1620,36x = 7484,836, de unde x = aprox. 4,619 = aprox. 4,6.

Pastrand aceeasi aproximare, avem ca:  y = 16,6 - 4,6, deci y = 12.

Daca crezi ca e mai potrivita o alta aproximare, poti sa folosesti alta aproximare.

Asadar amestecul de alcooli contine aprox. 4,6 g etanol, ceea ce inseamna in moli aprox. 4,6/46 = aprox. 0,1(moli etanol), si aprox. 12 g 2 - propanol, ceea ce inseamna in moli aprox. 12/60 = aprox. 0,2 (moli 2 - propanol).

Deci raportul molar initial etanol : 2 - propanol este 0,1 : 0,2 = 1 : 2.

 Nu sunt foarte sigur daca este corect, Daca vrei, intreaba profesorul de chimie daca aceasta rezolvare este corecta(inclusiv presupunerile mele de la inceput, adica faptul ca este vorba despre formarea de alchene si nu de eteri, si faptul ca se indeparteaza alchenele). Daca presupunerile mele sunt gresite, da un comentariu  ca sa vad ce pot corecta(daca voi avea si timp sa mai intru pe site).