2.1 Orgaanisen kemian tehtävä
Transcription
2.1 Orgaanisen kemian tehtävä
! ! Malliratkaisu!harjoitustehtävään!18.12.2013:!Orgaanista!kemiaa! ! a)!Kun!tiedetään,!että!kyseessä!on!yksiarvoinen!alkoholi,!yhdisteessä!on!oltava!tasan!yksi!alkoholiryhmä.! Tehtävänannossa!annetaan!hapen!ja!vedyn!ainemäärien!suhde.!Koska!hydroksyyliryhmiä!on!tasan!yksi,! molekyylissä!täytyy!olla!tasan!yksi!happiatomi.!Hapen!ja!vedyn!ainemäärien!suhde!saadaan! yksinkertaisemmaksi,!ottamalla!käänteisluku!0,071429:sta,!jolloin!siis!saamme!vedyn!ja!hapen!ainemäärien! suhteen!(!n(H)/n(O)).! n(H)/n(O) = 0,071429!! = 13,999916 ≈ 14.! Nyt!tiedämme!siis,!että!molekyylissä!on!tasan!yksi!happiatomi,!ja!että!vetyatomeja!on!14Dkertainen!määrä! happeen!verrattuna,!eli!vetyatomeja!on!14.!Koska!kyseessä!oli!suoraketjuinen,!tyydyttynyt!yksiarvoinen! alkoholi,!pystymme!selvittämään!hiilien!lukumäärän.!Suoraketjuiset,!tyydyttyneet!yksiarvoiset!alkoholit! seuraavat!kaavaa:!C! H!!!" O! Esim.!metanoli!CH! O!ja!propanoli!C! H! O.!Hiilten!lukumäärän!saamme!laskemalla!paljonko!n!on.!! 14 = 2n + 2! n = 6! Molekyylikaavaksi!tulee!siis!C! H!" O,!eli!kyseessä!on!heksanoli.! ! Vastaus:!Yhdisteen!molekyylikaava!on!C! H!" O! ! b)!Koska!kyseessä!on!orgaanisen!aineen!täydellinen!palaminen,!muodostunut!neste!on!siis!vettä.!Lisäksi! palamisessa!muodostuu!hiilidioksidia.!Aluksi!lasketaan!palamiseen!kuluneen!hapen!ja!siitä!muodostuneen!a! veden!ainemäärät.!Koska!palaminen!tapahtu!NTPDoloissa,!voidaan!käyttää!n = V/V! Dkaavaa.! n(O! ) = 31,38l!/!22,41!l/mol! = 1,400267738!mol! n(H! O) = m/M = ρ ∗ V/M = 1000!g/l ∗ 0,01781l!/!(16,00!g/mol! + 2 ∗ 1,008!g/mol)! n(H! O) = 0,9885657194!mol! ! Seuraavaksi!halutaan!selivttää,!mikä!on!hapen!ja!veden!ainemäärien!suhde.!Tämä!saadaan!lasketuilla! ainemäärillä!n(O! )/n(H! O) = 1,400267738!mol/0,9885657194!mol = 1,416463985! ! Tässä!kohtaa!on!tärkeä!huomata,!että!a)Dkohdan!yhdiste,!heksanoli,!voi!hapettua!kahdella!tavalla.!A)D kohdassa!ei!mainittu!missään!vaiheessa,!missä!kohtaa!hiiliketjua!hydroksyyliryhmä!on.!Jos! hydroksyyliryhmä!on!hiiliketjun!päässä,!eli!kyseessä!on!1Dheksanoli,!hapettuu!se!ensiksi!heksanaaliksi,!ja! (koska!b)Dkohdassa!hapetettiin!loppuun!asti)!edelleen!heksaanihapoksi.!Jos!taas!hydroksyyliryhmä!sijaitsee! hiiliketjun!keskellä,!eli!kyseessä!on!2Dheksanoli!tai!3Dheksanoli,!hapettuu!se!2Dheksanoniksi!tai!3D heksanoniksi.!Koska!ketonit!eivät!hapetu!enempää,!tämä!on!silloin!kaikkein!hapettunein!aste.! ! heksaanihappo! ! ! ©"Arttu"Holkeri,"Kandidaattikustannus"oy" Tämä"materiaali"on"ainoastaan"yksityiskäyttöön."Materiaalin"kopiointi"on"ehdottomasti"kielletty." ! ! 2Dheksanoni! ! ! Muodostetaan!molempien!tapauksien!reaktioyhtälöt.! ! Heksaanihapon!palaminen:! C! H!" O! + 8!O! ! → ! 6!H! O + 6!CO! ! ! Heksanonin!palaminen:! 2!C! H!" O + 17!O! ! → !12!H! O + 12!CO! ! ! ! Tässä!kohtaa!täytyy!selvittää,!onko!a)Dkohdan!yhdiste!ollut!1Dheksanolia!vai!2D!tai!3Dheksanolia.!Lasketaan! heksaanihapon!ja!heksanonin!palamisten!reaktioyhtälöistä!stoikioimetrialla!hapen!ja!veden!suhteet.! ! Heksaanihappo:! 8/6 = 1,3333333. . . ..! Heksanoni! 17/12 = 1,416666. ..! ! Kun!verrataan!reaktioyhtälöjen!aineiden!suhteita!laskettujen!ainemäärien!suhteeseen!(1,416463985),! huomataan,!että!palanut!aine!oli!heksanonia,!eli!a)Dkohdan!aine!oli!joko!2D!tai!3Dheksanolia.!Nyt!voimme! laskea!stoikiometrian!avulla,!kuinka!paljon!heksanonia!paloi.! n(heksanoni) = 2/12*n(H! O)! n(heksanoni) = 2/12*0,9885657194!mol! n(heksanoni) = 0,1647609532!mol! ! Seuraavaksi!muodostetaan!heksanolin!hapettumisreaktion!reaktioyhtälö.! C! H!" O! → ! C! H!" O! + ! H! ! Nyt!voimme!laskea!tästä!heksanolin!massan.! n(heksanoli) = n(heksanoni)! m(heksanoli) = n(heksanoni)*M(heksanoli)! m(heksanoli) = 0,1647609532!mol!*(6*12,01!g/mol! + 14*1,008!g/mol! + 16!g/mol)! m(heksanoli) = 16,83395611!g! ≈ !16,83!g!! ! Vastaus:!a)Bkohdan!yhdistettä!oli!alun!perin!16,83!grammaa.! ! ! c)!Reaktioyhtälöt!tarvittiin!jo!b)Dkohdassa!ja!ne!olivat:! Hapettuminen:!C! H!" O! → ! C! H!" O! + ! H! ! Palaminen:!2!C! H!" O + 17!O! ! → !12!H! O + 12!CO! ! ©"Arttu"Holkeri,"Kandidaattikustannus"oy" Tämä"materiaali"on"ainoastaan"yksityiskäyttöön."Materiaalin"kopiointi"on"ehdottomasti"kielletty." ! ! Kokonaisreaktioksi!saadaan:! 2!C! H!" O! + !17!O! ! → !12!H! O + 12!CO! + 2!H! ! ! Vastaus:!2!C! H!" O! + !17!O! ! → !12!H! O + 12!CO! + 2!H! ! ! ©"Arttu"Holkeri,"Kandidaattikustannus"oy" Tämä"materiaali"on"ainoastaan"yksityiskäyttöön."Materiaalin"kopiointi"on"ehdottomasti"kielletty."