Wydajność reakcji

Jak to rozwiązać — reagent ograniczający i wydajność

Krok 1. Mole substratów: $n_{C_6H_5Br}=\dfrac{0{,}1570}{157}=0{,}0010$ mol; $n_{C_3H_4O_2}=\dfrac{0{,}1081}{72}=0{,}0015$ mol.

Krok 2. Reagent ograniczający. Stosunek 1:1, więc w nadmiarze jest kwas propenowy (0,0015 > 0,0010); ograniczający jest bromobenzen (0,0010 mol).

Krok 3. Masa teoretyczna produktu: $m_t=0{,}0010\cdot148=0{,}148$ g.

Krok 4. Wydajność: $W=\dfrac{0{,}1245}{0{,}148}\cdot100\%\approx\mathbf{84\%}$.

✔ Zgodne z kluczem: wydajność ≈ 84 %; w nadmiarze — kwas propenowy.

Rozwiązanie:

1. Krok 1: Wyznaczenie stężenia molowego roztworu KOH

   Dane: $\text{pH} = 13$, zatem:

   $$\text{pOH} = 14 - 13 = 1$$ $$[\text{OH}^-] = 10^{-1} \text{ mol/dm}^3 = 0{,}1 \text{ mol/dm}^3$$

   Ponieważ KOH jest mocną zasadą, całkowicie dysocjuje, więc:

   $$c_{\text{KOH}} = 0{,}1 \text{ mol/dm}^3$$

2. Krok 2: Obliczenie liczby moli KOH zużytego do zobojętnienia próbki

   Objętość zużytego KOH: $V_{\text{KOH}} = 6{,}9 \text{ cm}^3 = 0{,}0069 \text{ dm}^3$

   $$n_{\text{KOH}} = c_{\text{KOH}} \cdot V_{\text{KOH}} = 0{,}1 \cdot 0{,}0069 = 6{,}9 \times 10^{-4} \text{ mol}$$

3. Krok 3: Obliczenie liczby moli HBr w próbce 1,0 cm³

   Reakcja zobojętniania:

   $$\text{HBr} + \text{KOH} \rightarrow \text{KBr} + \text{H}_2\text{O}$$

   Ze stechiometrii (stosunek molowy 1:1):

   $$n_{\text{HBr (próbka)}} = n_{\text{KOH}} = 6{,}9 \times 10^{-4} \text{ mol}$$

4. Krok 4: Obliczenie całkowitej liczby moli HBr w roztworze (80 cm³)

   Próbka o objętości $1{,}0 \text{ cm}^3$ pochodzi z roztworu o objętości $80 \text{ cm}^3$, więc całkowita liczba moli HBr:

   $$n_{\text{HBr (całość)}} = 6{,}9 \times 10^{-4} \cdot \frac{80}{1{,}0} = 6{,}9 \times 10^{-4} \cdot 80 = 0{,}0552 \text{ mol}$$

5. Krok 5: Obliczenie liczby moli KBr użytego w doświadczeniu

   Masa molarna KBr: $M_{\text{KBr}} = 39 + 80 = 119 \text{ g/mol}$

   $$n_{\text{KBr (użyty)}} = \frac{m_{\text{KBr}}}{M_{\text{KBr}}} = \frac{9{,}5}{119} = 0{,}0798... \approx 0{,}08 \text{ mol}$$

6. Krok 6: Wyznaczenie, jaka część KBr uległa reakcji

   Ze stechiometrii reakcji:

   $$\text{KBr} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{KHSO}_4 + \text{HBr}$$

   stosunek molowy $\text{KBr} : \text{HBr} = 1:1$, zatem liczba moli KBr, która przereagowała, równa się liczbie moli powstałego HBr:

   $$n_{\text{KBr (przereagowany)}} = n_{\text{HBr (całość)}} = 0{,}0552 \text{ mol}$$

   Procent KBr, który uległ reakcji:

   $$\% = \frac{n_{\text{KBr (przereagowany)}}}{n_{\text{KBr (użyty)}}} \cdot 100\% = \frac{0{,}0552}{0{,}08} \cdot 100\% = 69\%$$

Wynik końcowy:

Jaka część użytego KBr uległa reakcji z $\text{H}_2\text{SO}_4$:

Jak to rozwiązać — stechiometria z wydajnością i czystością

Krok 1. Liczba moli merów PVC: $n=\dfrac{100}{62{,}5}=1{,}6$ mol. Z 1 mol CaC₂ powstaje 1 mol C₂H₂ → 1 mol meru, więc teoretycznie $n_{CaC_2}=1{,}6$ mol → $m=1{,}6\cdot64=102{,}4$ g.

Krok 2. Uwzględnienie wydajności 78 %: $m_{CaC_2}=\dfrac{102{,}4}{0{,}78}=131{,}3$ g.

Krok 3. Uwzględnienie czystości karbidu (82 % CaC₂): $m_{karbidu}=\dfrac{131{,}3}{0{,}82}\approx\mathbf{160\ g}$.

✔ Zgodne z kluczem: ok. 160 g.

Jak to rozwiązać — reakcja odwracalna vs nieodwracalna

Estryfikacja kwasem karboksylowym (R–COOH + R′OH ⇄ ester + H₂O) jest reakcją odwracalną — powstająca woda pozostaje w środowisku, ustala się stan równowagi i wydajność jest ograniczona.

Reakcja z chlorkiem kwasowym (R–COCl + R′OH → ester + HCl) jest praktycznie nieodwracalna — produkt uboczny HCl jest gazem i opuszcza środowisko reakcji, więc reakcja przebiega w jedną stronę, aż do wyczerpania substratów. Dlatego wydajność jest większa.

✔ Zgodne z kluczem: reakcja z chlorkiem kwasowym nieodwracalna (HCl ucieka), z kwasem — odwracalna (woda zostaje).

Rozwiązanie

Wydajność całkowita $=0{,}92\cdot0{,}91\cdot0{,}92\cdot0{,}91\approx0{,}701=\mathbf{70{,}1\%}$. Odpowiedź: D.

Rozwiązanie

1. $n($CaSO₄$)=\dfrac{1000}{136}\approx7{,}35$ mol; stosunek CaSO₄:SO₂ $=2:2$, więc teoretycznie $n($SO₂$)=7{,}35$ mol.
2. $V_{teor}=7{,}35\cdot22{,}4\approx164{,}6$ dm³.
3. Wydajność $=\dfrac{150}{164{,}6}\cdot100\%\approx91\%$.