Oblicz wydajność reakcji substytucji nukleofilowej

W reaktorze o objętości 1 dm³ przeprowadzono reakcję substytucji nukleofilowej, zgodnie z poniższym równaniem:

CH₃CH₂Cl + NaOH ↔ CH₃CH₂OH + NaCl K_(c) = ⅓

W reakcji tej użyto 4 mole chlorowcoalkanu i 8 moli wodorotlenku. Oblicz wydajność reakcji substytucji nukleofilowej.

Liceum Chemia

Odpowiedź eSzkola.pl

Michał Ekspert eSzkola.pl

13.05.2020 19:07

Rozwiązanie:

Zapisanie równania stężeniowej stałej równowagi reakcji substytucji nukleofilowej chloroetanu:

$K _{c} = \frac{[alkohol][NaCl]}{[alkan][NaOH]}$

Ułożenie tabeli ze stężeniami produktów i substratów:

	C₀	C _równowagowe
CH₃CH₂Cl	4	4-x
NaOH	8	8-x
CH₃CH₂OH	0	x
NaCl	0	x

Przez x oznaczamy stężenie alkoholu w stanie równowagi. Ze stechiometrii reakcji wynika, że powstanie x moli chlorku sodu. Stężenie substratów również zmniejszy się o x moli.

Podstawienie wartości z tabeli do równania dla stężeniowej stałej równowagi reakcji:

$\frac{1}{3} = \frac{x \times x}{(4-x)(8-x)}$

$\frac{1}{3} = \frac{x ^{2} }{32-4x-8x+x ^{2} }$

$\frac{1}{3} = \frac{x ^{2} }{32-12x+x ^{2} }$

$32-12x+x ^{2} = 3x ^{2}$

$0 = 2x ^{2} + 12x -32$

Rozwiązujemy równanie kwadratowe:

$\Delta = b ^{2} - 4ac$

$\Delta = 12 ^{2} - 4 \times 2 \times (-32)$

$\Delta = 400$

$\sqrt{ \Delta } = 20$

$x _{1} = -b - \frac{ \sqrt{ \Delta } }{2a} = -12 - \frac{20}{2 \times 2} = -8$

$x _{2} = -b + \frac{ \sqrt{ \Delta } }{2a} = -12 + \frac{20}{2 \times 2} = 2$

Wartość -8 nie ma sensu fizycznego, dlatego odrzucamy x₁. Obliczamy wydajność procesu, czyli ilość moli otrzymanego produktu do ilości moli wynikających ze stechiometrii reakcji:

$Y = \frac{2mole}{4mole} \times 100% = 50%$

Odpowiedź:

Wydajność reakcji substytucji nukleofilowej chloroetanu wynosi 50%.

Dzięki! 0

Znasz odpowiedź na to pytanie?

Wszystkie odpowiedzi (0)

Oblicz wydajność reakcji substytucji nukleofilowej

Odpowiedź eSzkola.pl

Rozwiąż również: