Chemia - Matura Maj 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 30.
Reakcja estryfikacji, w której uczestniczą kwas etanowy i butan-2-ol, zachodzi w środowisku kwasowym zgodnie z równaniem:
W temperaturze T stężeniowa stała równowagi tej reakcji Kc = 2,12.
Na podstawie: Estryfikacja, https://tsl.wum.edu.pl [dostęp 09.01.2020]
Oblicz, ile gramów bezwodnego kwasu etanowego należy użyć do reakcji z jednym molem butan-2-olu w temperaturze T, aby przereagowało 85% początkowej ilości butan-2-olu.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku
w gramach.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego.
LUB
– niepodanie wyniku w gramach lub podanie go z błędną jednostką.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń.
Przykładowe rozwiązania
Rozwiązanie I:
Stężenie początkowe alkoholu: calkoholu = nV = 1V, a stężenie równowagowe alkoholu – po przereagowaniu 85% początkowej ilości tego związku:
[alkohol] = 1 mol − 0,85 molV = 0,15V.
Równowagowe stężenia estru i wody:
[ester] = [woda] = 1 mol ∙ 0,85 molV = 0,85V.
Równowagowe stężenie kwasu: [kwas] = xV, gdzie x oznacza liczbę moli kwasu w stanie równowagi.
Stała równowagi reakcji estryfikacji:
Kc = [ester] ∙ [woda][kwas] ∙ [alkohol] = (0,85V)2xV ∙ 0,15V = 0,72250,15 ∙ x
i Kc = 2,12
2,12 = 0,72250,15 ∙ x ⇒ x = 2,27 mol
Początkowa liczba moli kwasu y, jeżeli przereagowało tyle moli kwasu, co alkoholu, czyli 0,85 mola: y = x + 0,85 = 2,27 + 0,85 = 3,12 mola
mCH3COOH = n ∙ MCH3COOH = 3,12 mol ∙ 60 g∙mol–1 = 187,2 (g)
Rozwiązanie II:
| substancja | Liczba moli początkowa, mol | Zmiana liczby moli, mol | Liczba moli równowagowa, mol |
|---|---|---|---|
| alkohol | 1 | – 0,85 | 0,15 |
| kwas | x | – 0,85 | x – 0,85 |
| ester | 0 | + 0,85 | 0,85 |
| woda | 0 | + 0,85 | 0,85 |
K = nester ⋅ nwodanalkohol ⋅ nkwas
2,12 = 0,8520,15 ⋅ (x – 0,85) ⇒ x = 3,122 mol
Początkowa masa kwasu etanowego:
mCH3COOH = x ∙ MCH3COOH = 3,122 mol ∙ 60 g∙mol–1= 187,32 (g)
