Zadanie 20. (0–3)

2026 Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna › Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz Podaj/wymień

Treść

Informacja do zadań 19.–20.

Reakcja Hecka jest stosowana do łączenia cząsteczek dwóch różnych związków organicznych z utworzeniem nowego wiązania węgiel–węgiel. Jednym z substratów tej reakcji jest halogenopochodna węglowodoru aromatycznego (halogenek arylu), a drugim – związek nienasycony z podwójnym wiązaniem przy skrajnym atomie węgla. W odpowiednich warunkach reakcja przebiega zgodnie z równaniem:

Ar-X + H2C=CH-R, katalizator/zasada -> Ar-CH=CH-R + HX

X = Br, I

W jednym z etapów produkcji leku przeciwzapalnego – naproksenu – stosuje się reakcję Hecka. W jej wyniku powstaje związek Q, którego wzór przedstawiono poniżej.

Związek Q: pochodna naftalenu z grupą OCH3 i grupą CH=CH2, atomy węgla oznaczone literami a i b

Na podstawie: B. Cornils, W.A. Herrmann, Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds, Weinheim 2002.

Do reakcji Hecka użyto 0,1570 g bromobenzenu i 0,1081 g kwasu propenowego. W wyniku przemiany opisanej poniższym równaniem otrzymano 0,1245 g kwasu cynamonowego.

$\ce{C6H5Br + C3H4O2 -> C9H8O2 + HBr}$
bromobenzen     kwas propenowy     kwas cynamonowy

Oblicz wydajność opisanej przemiany. Wynik podaj w procentach. Napisz nazwę lub wzór substancji użytej w nadmiarze.

Wydajność przemiany: ……    W nadmiarze użyto: ……

Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
Wymagania ogólne:
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) […] przetwarza informacje z różnorodnych źródeł.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
Wymagania szczegółowe:
I. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający: 7) wykonuje obliczenia, z uwzględnieniem wydajności reakcji, dotyczące: liczby moli oraz mas substratów i produktów (stechiometria wzorów i równań chemicznych) […], po zmieszaniu substratów w stosunku […] niestechiometrycznym.
XII. Wstęp do chemii organicznej. Zdający: 1) na podstawie wzoru […], opisu budowy lub właściwości fizykochemicznych klasyfikuje dany związek chemiczny do: […] związków jednofunkcyjnych ([…] kwasów karboksylowych […]) […].

Zasady oceniania: 3 pkt – zastosowanie poprawnej metody uwzględniającej sprawdzenie na podstawie obliczeń, która z substancji została użyta w nadmiarze, poprawne wykonanie obliczeń i podanie poprawnej wartości wydajności oraz poprawne wskazanie substancji użytej w nadmiarze (wzór lub nazwa). 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody bez sprawdzenia na podstawie obliczeń, która z substancji została użyta w nadmiarze, poprawne wykonanie obliczeń i podanie poprawnej wartości wydajności oraz poprawne wskazanie substancji użytej w nadmiarze (wzór lub nazwa) ALBO zastosowanie poprawnej metody uwzględniającej sprawdzenie, ale popełnienie błędów rachunkowych, ALBO poprawne obliczenia oparte na masie/liczbie moli kwasu cynamonowego. 1 pkt – poprawne wykonanie obliczeń i wskazanie na podstawie obliczeń substancji użytej w nadmiarze (wzór lub nazwa). 0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.

Przykładowe rozwiązania:

Sposób 1.

157,0 g $\ce{C6H5Br}$ – 1 mol     0,1570 g – $x$   $\Rightarrow$   $x = 0{,}001$ (mol)

72,0 g $\ce{C3H4O2}$ – 1 mol     0,1081 g – $y$   $\Rightarrow$   $y = 0{,}0015$ (mol)   (związek użyty w nadmiarze)

masa kwasu cynamonowego $m = 0{,}001 \cdot 148 = 0{,}148$ (g)

0,148 g – 100%     0,1245 g – $W$   $\Rightarrow$   $W = 84{,}1\%$

Wydajność przemiany: 84,1%    W nadmiarze użyto: kwasu propenowego ($\ce{C3H4O2}$)

Sposób 2.

$n_{\ce{C6H5Br}} = \dfrac{m}{M} = \dfrac{0{,}1570}{157} = 0{,}001$ (mol)     $n_{\ce{C3H4O2}} = \dfrac{0{,}1081}{72} = 0{,}0015$ (mol)   (związek użyty w nadmiarze)

Liczba moli kwasu cynamonowego $n = \dfrac{0{,}1245}{148} = 0{,}00084$ (mol)

$W = \dfrac{n_{rz}}{n_t}\cdot100\% \Rightarrow W = \dfrac{0{,}00084\ (\text{mol})}{0{,}001\ (\text{mol})}\cdot100\% = 84{,}0\%$

Wydajność przemiany: 84,0%    W nadmiarze użyto: kwasu propenowego ($\ce{C3H4O2}$)

Sposób 3.

157,0 g $\ce{C6H5Br}$ – 72,0 g $\ce{C3H4O2}$     $y$ – 0,1081 g   $\Rightarrow$   $y = 0{,}2357$ (g) (związek użyty w nadmiarze)

$x$ g $\ce{C6H5Br}$ – 0,1245 g kwasu cynamonowego     157 g – 148 g   $\Rightarrow$   $x = 0{,}1321$ (g)

$W = \dfrac{0{,}1321\ (\text{g})}{0{,}1570\ (\text{g})}\cdot100\% = 84{,}1\%$

Wydajność przemiany: 84,1%    W nadmiarze użyto: kwasu propenowego ($\ce{C3H4O2}$)

Uwaga 1: jeżeli zdający poprawnie wykona konieczne obliczenia, a w miejscu przeznaczonym na wskazanie substancji użytej w nadmiarze nie dokona wskazania albo wpisze błędną nazwę kwasu lub błędny wzór kwasu, to za swoje rozwiązanie może otrzymać maksymalnie 2 punkty.
Uwaga 2: należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.

Podaj imię i e-mail, żeby zapisywać swoje odpowiedzi: