Επαναληπτική άσκηση χημείας.

Επαναληπτική άσκηση χημείας σε όλα τα κεφάλαια

Η ακεταλδεΰδη συναντάται σε ίχνη στην ατμόσφαιρα αλλά και σε μεγαλύτερες ποσότητες από τον καπνό καύσης ξύλου όπως και στον καπνό του τσιγάρου αφού αποτελεί ένα από τα προϊόντα ατελούς καύσης οργανικής ύλης και το συστατικό στον καπνό του τσιγάρου προκαλεί τον ερεθισμό ( τσούξιμο) των ματιών. Πρόκειται για ένα πολύ πτητικό υγρό με δριμεία ερεθιστική οσμή και δακρυγόνες ιδιότητες. Ωστόσο στην ατμόσφαιρα σε πολύ αραιές συγκεντρώσεις έχει μια μη δυσάρεστη φρουτώδη οσμή που θυμίζει “χτυπημένο” μήλο. Η ακεταλδεΰδη αποτελεί χημική ουσία πρώτης γραμμής, δηλαδή αποτελεί την πρώτη ύλη για τη σύνθεση πλήθους άλλων χρήσιμων χημικών ουσιών. Η ποσότητα ακεταλδεΰδης που παρασκευάζεται ετησίως συνολικά ξεπερνάει το ένα εκατομμύριο τόννους και χρησιμοποιείται σχεδόν στο σύνολό της για τη σύνθεση άλλων οργανικών προϊόντων, αφού οι χρήσεις της ίδιας της ακεταλδεΰδης είναι ουσιαστικώς ανύπαρκτες.
Η ακεταλδεΰδη με επίδραση βασικού διαλύματος CuSO4 μετατρέπεται σε οξικό νάτριο μέσω της αντίδρασης
CH3CH=O+2CuSO4+5NaOH→ CH3COONa+Cu2O+2Na2SO4+3H2O.
α) Ο χαλκός Cu έχει ατομικό αριθμό z=29. Βρείτε τη θέση του στον περιοδικό πίνακα. Μπορει να σχηματίσει έγχρωμες ενώσεις και το κατιόν του με αριθμό οξείδωσης +1 είναι παραμαγνητικό; Πόσα ηλεκτρόνια έχει το άτομο του χαλκού με ml=0 και πόσα με ml=-1;
β) Ανάμεσα στην ακεταλδεΰδη CH3CH=O και στο οξικό οξύ CH3COOH ποιο αναμένετε να έχει μεγαλύτερο σημείο βρασμού και γιατί ;
γ) Με κατάλληλη διεργασία απομονώνουμε το CH3COONa και παίρνουμε 82g. Αν κατά την πειραματική διαδικασία της απομόνωσης χάνουμε το 20% του προϊόντος πόση είναι η μάζα της ακεταλδεΰδης που χρησιμοποιήθηκε αρχικά;
Δινεται Ar (C)=12, (H)=1, (O)=16, (Na)=23.
δ) Στη συνέχεια διαλύουμε το CH3COONa που παρήχθη και παρασκευάζουμε διάλυμα 10L (Y1). Aν η Ka του CH3COOH είναι Ka=10^-5 ποιο το pH του Y1 στους 25 βαθμούς Κελσίου; Τι θα συμβεί στο pH και στο βαθμό ιοντισμού του CH3COO- αν αυξήσουμε τη θερμοκρασία; Στο Υ1 προσθέτουμε 0.6 g CH3COOH χωρίς μεταβολή του όγκου και με θ= 25°C, οπότε προκύπτει το Υ2, Ποιο το νέο ρΗ του Υ2 και ποιος ο βαθμός ιοντισμού του CH3COO- στο Υ2;
( Ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις).
ε) Παίρνουμε ένα λίτρο από το Υ1 και το ογκομετρούμε με πρότυπο διάλυμα HCl 0.05Μ. Ποιος ο όγκος του ισοδύναμου σημείου της ογκομέτρησης; Η φαινολοφθαλεΐνη που αλλάζει χρώμα από ρΗ10 κόκκινη είναι κατάλληλος δείκτης για την ογκομέτρηση;
Προσθέτουμε μερικές σταγόνες δείκτη ΗΔ που έχει Κα=10^-4 . Ποιος ο λόγος της συγκέντρωσης [Δ-]/[ΗΔ] στο ισοδύναμο σημείο; Η όξινη μορφή του δείκτη είναι κόκκινη και η βασική κίτρινη. Τι χρώμα θα έχει το διάλυμα στο τέλος της ογκομέτρησης; (Η θερμοκρασία είναι 25 βαθμοί κελσίου και ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις).
στ) Η ακεταλδεΰδη είναι το προϊόν ήπιας οξείδωσης της αιθανόλης από το ένζυμο αφυδρογονάση κυρίως στο ήπαρ και στη συνέχεια η ίδια οξειδώνεται προς οξικό οξύ και ακετυλo-CoA. Αν καταναλώσουμε μεγάλη ποσότητα αιθανόλης ένα μέρος της ακεταλδεΰδης που θα παραχθεί δεν οξειδώνεται σε οξικό oξυ και αυτή η περίσσεια είναι που προκαλεί πονοκέφαλο, ναυτία σε περίπτωση κατανάλωσης αλκοόλ. Η αντίδραση αφυδρογόνωσης της αλκοόλης σε ακεταλδεΰδη (CH3CH2OH>CH3CH=O+H2)και στη συνέχεια η οξείδωση της σε οξικό οξύ και η τελική μετατροπή της σε ακετυλο-CoA εξαρτάται από πολλούς παράγοντες αλλά έχει συνήθως συνολική μέση ταχύτητα περί τα 7g (CH3CH2OH)/h.
Αν κάποιος καταναλώσει τέσσερα κουτάκια μπύρας 500mL που το καθένα είναι 5 αλκοολικών βαθμών πόση ώρα θα χρειαστεί για να γίνει πλήρη απέκκριση του αλκοόλ που κατανάλωσε; Δίνεται ότι η πυκνότητα της αιθανόλης είναι περίπου d=800 kg/m^3.
ζ)Από όσα αναφέρθηκαν τι συμπέρασμα βγάζετε για την κινητική που ακολουθεί η απέκκριση της αιθανόλης είναι μηδενικής τάξης ή πρώτης τάξης ως προς την αιθανόλη;
η) ο καταβολισμός δηλαδή η διάσπαση της τροφής σε μικρότερα μόρια γίνεται με οξειδωτικές αντιδράσεις (καύσεις). Αν καταναλώσουμε αλκοόλ το χειμώνα ζεσταινόμαστε. Εξηγήστε πως συμβαίνει αυτό.
θ) Αν από τον καταβολισμό της αιθανόλης παράγονται περίπου 30 kJ ανά 1g αιθανόλης, πόσα kJ παρήγαγε το άτομο στο ερώτημα (στ) που κατανάλωσε τα τέσσερα κουτιά μπύρας;
ι) Διάλυμα αιθανόλης χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό γιατί προκαλεί μετουσίωση των πρωτεϊνών των μικροβίων, αλλά και ορισμένων ιών. Εξηγήστε πως ένα πυκνό διάλυμα NaCl μπορεί να καταστρέψει επίσης τα μικρόβια και παλιά το χρησιμοποιούσαν κάνοντας γαργάρες με αυτό αντί για οδοντόκρεμα.
Λύση
α) Cu 1s²2s²2p6 3s²3p6 3d(10) 4s¹.
Άρα ανήκει στην τέταρτη περίοδο του περιοδικού πίνακα στον τομέα d και στην 11η ομάδα. Αφού είναι στοιχείο του d τομέα μπορεί να σχηματίσει έγχρωμες ενώσεις. Ο Cu+ έχει δομή 1s²2s²2p⁶3s²3p6 3d(10). Άρα δεν έχει κανένα ασύζευγκτο ηλεκτρόνιο και δεν είναι παραμαγνητική ουσία.
Ο χαλκός έχει δύο ηλεκτρόνια στην 1s, άλλα δύο ηλεκτρόνια στη 2s, άλλά δύο ηλεκτρόνια στην 2ρ, άλλά δύο ηλεκτρόνια στην 3s, άλλα δύο ηλεκτρόνια στην 3ρ, άλλα δύο ηλεκτρόνια στην 3d και ένα ηλεκτρόνιο στην 4s με ml=0, άρα συνολικά 11 ηλεκτρόνια. Με ml=-1 έχει δύο ηλεκτρόνια στη 2ρ, αλλά δύο ηλεκτρόνια στην 3ρ και άλλα δύο ηλεκτρόνια στην 3d, άρα συνολικά έξι ηλεκτρόνια.
β) Στην ακεταλδεΰδη οι διαμοριακοί δεσμοι μεταξύ των μορίων της είναι δεσμοί διπόλου διπόλου και δυνάμεις London που εξαρτώνται από το Mr της. Στο οξικό οξύ έχουμε δεσμό υδρογόνου μεταξύ των μορίων του αφού έχουμε το πολύ ηλεκτραρνητικό οξυγόνο ενωμένο με υδρογόνο στην καρβοξυλομάδα. Επίσης έχουμε δυνάμεις δίπολου δίπολου και δυνάμεις London μεγαλύτερες από ότι στην ακεταλδεΰδη αφού έχει μεγαλύτερο Mr. Άρα οι συνολικές διαμοριακές δυνάμεις θα είναι κατά πολύ μεγαλύτερες οπότε το οξικό οξύ θα έχει μεγαλύτερο σημείο βρασμού από την ακεταλδεΰδη.
γ) n=m/Mr=82/82=1 mol Αφού κατά την απομόνωση έχουμε 20% απώλειες, α=0.8=1/n ( θεωρητ), άρα n=1/0.8=1.25mol τα οποία βλέπουμε από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης ότι παράγονται από 1,25 mol αντίστοιχα CH3CH=O. Άρα η μάζα της ακεταλδεΰδης που χρησιμοποιήθηκε m=n*Mr>m=1.25*44=11g.
δ) C=1/10=0.1M
CH3COONa>CH3COO-+Na+
0.1 M. 0.1 M. 0.1M
Tο Na+ προέρχεται από ισχυρή βάση και δεν αντιδρά με νερό ενώ τo οξικό ιόν είναι η συζυγής βάση του ασθενούς οξέος CH3COOH , άρα
CH3COO-+H2OCH3COOH +OH-
Kb=Kw/Ka=10^-9=x²/0.1-x που λόγω των προσεγγίσεων γίνεται x=10^-5M, Άρα pOH=5 και pH=9.
Όταν αυξήσουμε την θερμοκρασία η αντίδραση μετατοπίζεται προς τα δεξιά αφού με την αύξηση της θ ευνοούνται οι ενδόθερμες αντιδράσεις και ο ιοντισμός είναι ενδόθερμη αντίδραση , άρα αυξάνεται η συγκέντρωση των υδροξυλίων ,οπότε και ο βαθμός ιοντισμού. Αφού η [ΟΗ-] αυξάνεται το ρΟΗ μειώνεται. Όμως αυξάνεται και η Κw αφού και ο αυτοϊοντισμός του νερού είναι ενδόθερμη αντίδραση και μετατοπίζεται δεξιά. Οπότε [Η3Ο+]=Κw/[OH-] δεν μπορούμε να ξέρουμε αν μειώνονται ή αυξάνονται αφού αυξάνεται και ο αριθμητής και ο παρονομαστής, Άρα δεν μπορούμε να ξέρουμε αν το ρΗ θα αυξηθεί ή θα μειωθεί. Όταν προσθέσουμε 6 γραμμάρια οξικού οξέος
η συγκέντρωση του CH3COOH θα είναι [CH3COOH]=6 g/60g/mol*10L=0.01M και θα έχουμε επίδραση κοινού σώματος στην αντίδραση του οξικού ιόντος με νερό, που θα την μετατοπίσει αριστερά. Άρα ο βαθμός ιοντισμού του CH3COO- θα μειωθεί. Συγκεκριμένα
CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-
0.1-y M y+0.01M. yM
Kb=y(y+0.01)/0.1-y, πού λόγω των γνωστών προσεγγίσεων γίνεται Kb=0.01*y/0.1=10^-9, Άρα y=10^-8M, poH =8 και ρΗ =6
Ο νέος βαθμός ιοντισμού του CH3COO- θα είναι α’= 10^-8/0.1=10^-7 (άρα ίσχυαν οι προσεγγίσεις που πήρα).
ε) η συγκέντρωση του Υ1 είναι 0.1Μ. Άρα σε 1L περιέχονται n=C*V=0.1mol CH3COONa. Για την πλήρη αντίδραση με υδροχλώριο απαιτούνται 0,1 mol αφού
CH3COONa+HCl>CH3COOH+NaCl και παράγονται 0,1mol CH3COOH και 0.1 mol NaCl. Oπότε
n (HCl)=C*V=0.05*V, Άρα V=0.1/0.05=2L, Οπότε όγκος του ισοδύναμου σημείου είναι δύο λίτρα. Προφανώς η φαινολαφθαλεΐνη δεν είναι κατάλληλος δείκτης γιατί γιατί το pH του ισοδύναμου σημείου είναι όξινο αφού περιέχεται οξικό οξύ και χλωριούχο νάτριο που είναι ουδέτερο άλας. Άρα ο δείκτης θέλουμε να αλλάζει χρώμα σε όξινο pH.
Στο ισοδύναμο σημείο έχουμε [CH3COOH]=0.1/1+2=
1/30 M.
CH3COOH+H20CH3COO-+H3O+
1/30(M) φ (Μ). φ (Μ)
Κα =φ²/1/30-φ που λόγω προσεγγίσεων γίνεται
10^-5= φ²*30, άρα
φ= √3*10^-3/3Μ και ξέρουμε ότι η αντίδραση του δείκτη ΗΔ θα μετατοπιστεί αριστερά λόγω επίδρασης κοινού ιόντος οξωνίων. Λόγω προσεγγίσεων το ρΗ καθορίζεται από το οξικό οξύ, οπότε έχουμε
ΗΔ+Η2ΟΔ-+Η3Ο+
C(HΔ). C(Δ-)√3*10^-3/3(Μ)
Κα(ΗΔ)=[Δ-]*√3*10^-3
/3[ΗΔ]
Άρα [Δ-]/[ΗΔ]=
10^-4*3/√3*10^-3=
0.1*9/3=0.3.
ή [ΗΔ]/[Δ-]=10/3, Αφού λοιπόν η συγκέντρωση του ΗΔ είναι μεγαλύτερη από του Δ- αλλά όχι δεκαπλάσια ή ακόμα μεγαλύτερη το χρώμα θα είναι ενδιάμεσο δηλαδή πορτοκάλι προς το κόκκινο.
στ)5 αλκοολικοί βαθμοί σημαίνει ότι στα 100 ml μπύρας περιέχονται 5 ml αιθανόλης. Το άτομο κατανάλωσε συνολικά 4*500=2000 mL μπύρας,
άρα 100 ml αιθανόλης και αφού d=m/V, Άρα m=d*V,
m=800g/L*0.1L=80g CH3CH2OH. Αφού σε 1h μεταβολίζει 7 g τα 80 g μεταβολίζονται σε 80/7=11.4h περίπου.
ζ) Αφού η μέση ταχύτητα της αντίδρασης είναι σταθερή ,η αντίδραση θα είναι μηδενικής τάξης ως προς την αιθανόλη, γιατί αν ήταν πρώτης τάξης ως προς την αιθανόλη θα έπρεπε να μεγαλώνει όσο μεγαλύτερη ποσότητα καταναλώνεται.
η) Οι καύσεις είναι εξώθερμες αντιδράσεις οπότε κατά την πραγματοποίηση τους απελευθερώνεται θερμότητα η οποία τείνει να αυξήσει η θερμοκρασία του οργανισμού μας και μας ζεσταίνει το χειμώνα.
θ) Ξέρουμε ότι η θερμότητα είναι ανάλογη των ποσοτήτων που αντιδρούν άρα για n=m/Mr
n=1/46 mol CH3CH2OH παράγονται 30 kJ για n’=80/46 mol θα παράγονται 80*30=2400kJ.
ι) Ένα πυκνό διάλυμα χλωριούχου νατρίου θα έχει μεγαλύτερη ωσμωτική πίεση από το κυτταρόπλασμα των μικροβίων λόγω μεγαλύτερης συγκέντρωσης αφού η ωσμωτική πίεση δίνεται από Π=CRT . Γνωρίζουμε ότι η κυτταρική μεμβράνη είναι ημιπερατή μεμβράνη οπότε επιτρέπει το πέρασμα μορίων διαλύτη και σύμφωνα με το φαινόμενο της ώσμωσης όταν δύο διαλύματα διαφορετικής συγκέντρωσης έρθουν σε επαφή μέσω ημιπερατής μεμβράνης, διαλύτης
( εν προκειμένω νερό) ρέει διαλύτης από το πιο αραιό προς το πιο πυκνό μέχρι να εξισωθούν οι ωσμωτικές τους πιέσεις. Άρα από τα μικρόβια που έρχονται σε επαφή με το με το πυκνό διάλυμα αλατόνερου θα ρέει διαλύτης από το κυτταρόπλασμα τους προς το διάλυμα του χλωριούχου νατρίου με αποτέλεσμα να συρρικνωθούν και να καταστραφούν. Ετσι επιτυγχάνεται η αντιμικροβιακή δράση του πυκνού διαλύματος χλωριούχου νατρίου με τις γαργάρες.

(Visited 888 times, 1 visits today)
Subscribe
Ειδοποίηση για
0 Σχόλια
Inline Feedbacks
Όλα τα σχόλια