Chemia - Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 18.

Kategoria: Stechiometryczny stosunek reagentów Typ: Oblicz

Na poniższym schemacie zilustrowano dwuetapowy proces otrzymywania PVC – poli(chlorku winylu) – z acetylenu (etynu).

Etyn stosowany w tej reakcji powstaje w wyniku działania wody na acetylenek wapnia, stanowiący główny składnik karbidu.

Reakcja acetylenku wapnia CaC₂ z wodą przebiega według równania:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

Oblicz, ile gramów karbidu, zawierającego 82% CaC₂, potrzeba do otrzymania 100 g PVC. Całkowita wydajność procesu jest równa 78%.

Rozwiązanie

Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy karbidu, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku z jednostką.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy karbidu, ale:
- popełnienie błędów rachunkowych
LUB
- podanie wyniku z błędną jednostką
ALBO
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia wartości:
- masy albo liczby moli acetylenku wapnia (CaC₂) z uwzględnieniem wydajności reakcji
- masy karbidu bez uwzględnienia wydajności, a z uwzględnieniem zawartości zanieczyszczeń oraz poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.

Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
𝑀_CaC₂ = 64 g ∙ mol⁻¹
𝑀_CH₂=CHCl = 62,5 g ∙ mol⁻¹
𝑚_PVC = 𝑚_CH₂=CHCl = 100 g

6462,5 = 𝑥100 g

⇒ x = 102,4 g

W = 78 % ⇒ 𝑚_CaC₂ = 102,4 g0,78 = 131,3 g

𝑚_karbidu = 131,3 g0,82 = 160 (g)

Sposób 2.
𝑀_CaC₂ = 64 g ∙ mol⁻¹
𝑀_CH₂=CHCl = 62,5 g ∙ mol⁻¹

𝑊₁ – procent masy acetylenku wapnia w masie karbidu
𝑊₁ = 82%

𝑊₂ – wydajność reakcji
𝑊₂ = 78%

𝑛_PVC = 𝑛_CH₂=CHCl = 𝑛_CaC₂ = 10062,5 = 1,6 (mol)

𝑚_CaC₂ = 1,6 ∙ 64 = 102,4 g
𝑊_c = 𝑊₁ ∙ 𝑊₂ = 0,82 ∙ 0,78 = 0,6396

𝑚_karbidu = 102,40,6396 = 160,1 (g)

Sposób 3.
n_PVC = 10062,5 = 1,6 (mol)
𝑛_CaC₂ = 1,6 𝑚𝑜𝑙0,78 = 2,05 (mol)
𝑚_CaC₂ = 2,05 ∙ 64 = 131,2 (g)

𝑚_karbidu = 131,2 g0,82 = 160 (g)

Uwaga:
Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.