Chemia - Matura Maj 2014, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 32.
Reakcja kwasu etanowego (octowego) z etanolem prowadzona w obecności mocnego kwasu jest reakcją odwracalną, która przebiega według równania:
CH3COOH + CH3CH2OH H+ CH3COOCH2CH3 + H2O
Stężeniowa stała równowagi tej reakcji w temperaturze 25°C wynosi Kc = 4,0. Badając kinetykę reakcji kwasu etanowego z etanolem w środowisku wodnym, stwierdzono, że względny rząd reakcji dla etanolu i kwasu etanowego wynosi 1, a całkowity rząd reakcji jest równy 2. Rząd reakcji ze względu na wybrany substrat to wykładnik potęgi, w której stężenie molowe danego substratu występuje w równaniu kinetycznym tej reakcji.
W naczyniu o objętości V zmieszano w temperaturze 25°C 1 mol kwasu etanowego i 1 mol etanolu. Do otrzymanej mieszaniny dodano niewielką ilość stężonego kwasu siarkowego(VI).
Oblicz, ile moli kwasu etanowego pozostało w mieszaninie po ustaleniu się stanu równowagi.
Rozwiązanie
Schemat punktowania:
2 p. – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie
wyniku z właściwą dokładnością w molach
1 p. – zastosowanie poprawnej metody i popełnienie błędów rachunkowych
prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
0 p. – zastosowanie błędnej metody obliczenia lub brak rozwiązania
Przykład poprawnego rozwiązania:
Kc = 4,0 i –∆calkohol = –∆ckwas = ∆cester = ∆cwoda = x
Kc = [ester] ∙ [woda][kwas] ∙ [alkohol] = x2v2(1–x)2V2 = x2(1 – x)2 = 4,0
⇒ 3x2 – 8x + 4 = 0 ⇒ x = 23 mola lub x = 2 mole
x = 2 mole oznaczałoby, że ubytek substratów jest większy, niż ich użyto (2 > 1),
więc rozwiązaniem równania jest x =23 mola
pozostała liczba moli kwasu nkwas = 1 mol – 23 mola = 13 (mola) lub 0,33 (mola)
