DWMED

Przemysłowy proces produkcji fenolu oraz acetonu metodą kumenową odbywa się w trzech zasadniczych etapach (I–III), podczas których biegną liczne reakcje elementarne.

Etap I: Alkilowanie benzenu z wykorzystaniem, propylenu oraz chlorowodoru w obecności katalizatora (AlCl₃), co prowadzi do powstania kumenu (izopropylobenzenu).

Etap II: Katalityczne utlenianie kumenu tlenem z powierza, prowadzące do powstania wodoronadtlenku kumenu (WNTK) – organicznego związku chemicznego, którego wzór półstrukturalny cząsteczki przedstawia rysunek poniżej.

Etap III: Rozkład wodoronadtlenku kumenu z utworzeniem fenolu oraz acetonu.

Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych. Tom 2, Warszawa 2008.

W pierwszym etapie metody kumenowej przebiegają między innymi dwie główne reakcje chemiczne. Produktem pierwszej z nich jest monochloropochodna alkilowa, która powstaje zgodnie z regułą Markownikowa. Związek ten wykorzystuje się następnie w reakcji alkilowania aromatycznego pierścienia benzenu w obecności kwasu Lewisa ­– AlCl₃ (druga reakcja).

Określ do jakich typów reakcji (substytucja, addycja, eliminacja) należą oraz według jakich mechanizmów przebiegają (nukleofilowy, rodnikowy, elektrofilowy) procesy – tworzenia monochloropochodnej alkilowej oraz alkilowania benzenu? Uzupełnij tabelę.

Przemysłowy proces produkcji fenolu oraz acetonu metodą kumenową odbywa się w trzech zasadniczych etapach (I–III), podczas których biegną liczne reakcje elementarne.

Etap I: Alkilowanie benzenu z wykorzystaniem, propylenu oraz chlorowodoru w obecności katalizatora (AlCl₃), co prowadzi do powstania kumenu (izopropylobenzenu).

Etap II: Katalityczne utlenianie kumenu tlenem z powierza, prowadzące do powstania wodoronadtlenku kumenu (WNTK) – organicznego związku chemicznego, którego wzór półstrukturalny cząsteczki przedstawia rysunek poniżej.

Etap III: Rozkład wodoronadtlenku kumenu z utworzeniem fenolu oraz acetonu.

Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych. Tom 2, Warszawa 2008.

Podczas katalitycznego utleniania kumenu powstaje między innymi rodnik kumoksylowy. Drobina ta tworzy się w wyniku oderwania atomu wodoru połączonego z trzeciorzędowym atomem węgla w cząsteczce kumenu.

Narysuj wzór półstrukturalny (grupowy) rodnika kumoksylowego.

Przemysłowy proces produkcji fenolu oraz acetonu metodą kumenową odbywa się w trzech zasadniczych etapach (I–III), podczas których biegną liczne reakcje elementarne.

Etap I: Alkilowanie benzenu z wykorzystaniem, propylenu oraz chlorowodoru w obecności katalizatora (AlCl₃), co prowadzi do powstania kumenu (izopropylobenzenu).

Etap II: Katalityczne utlenianie kumenu tlenem z powierza, prowadzące do powstania wodoronadtlenku kumenu (WNTK) – organicznego związku chemicznego, którego wzór półstrukturalny cząsteczki przedstawia rysunek poniżej.

Etap III: Rozkład wodoronadtlenku kumenu z utworzeniem fenolu oraz acetonu.

Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych. Tom 2, Warszawa 2008.

Przeanalizuj budowę cząsteczki WNTK, a następnie podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

Aldehydy, których cząsteczki nie mają w swojej strukturze atomów wodoru połączonych z atomem węgla alfa, ulegają tzw. reakcji Cannizzaro. Podczas tego przebiegającego w silnie zasadowym środowisku procesu z jednego mola cząsteczek aldehydu powstaje równomolowa mieszanina dwóch produktów organicznych – alkoholu oraz soli kwasu karboksylowego. W przypadku, gdy opisanej reakcji podda się aldehyd zawierający dwie grupy karbonylowe w cząsteczce, wówczas po zakwaszeniu mieszaniny poreakcyjnej uzyskuje się odpowiedni hydroksykwas karboksylowy.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Reakcji Cannizzaro poddano pewien aldehyd X i uzyskano wodny roztwór hydroksyetanianu sodu.

Narysuj wzór półstrukturalny oraz podaj nazwę systematyczną aldehydu X.

Rysunek poniżej ilustruje krzywe zależności wartości stopni dysocjacji trzech kwasów karboksylowych (akrylowego, propanowego oraz mlekowego) od pH ich wodnych roztworów w pewnym zakresie stężeń molowych (298 K). Wymieniony wśród nich kwas akrylowy jest najprostszym nienasyconym kwasem karboksylowym, który w odpowiednich warunkach można przekształcić w czynny optycznie kwas mlekowy, zawierający taką samą liczbę atomów węgla, jak wyjściowy organiczny substrat opisanej przemiany.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Korzystając z zamieszczonego w informacji wprowadzającej wykresu oceń, czy kwas akrylowy jest kwasem mocnym, czy słabym? Uzasadnij swoje stanowisko.

Rysunek poniżej ilustruje krzywe zależności wartości stopni dysocjacji trzech kwasów karboksylowych (akrylowego, propanowego oraz mlekowego) od pH ich wodnych roztworów w pewnym zakresie stężeń molowych (298 K). Wymieniony wśród nich kwas akrylowy jest najprostszym nienasyconym kwasem karboksylowym, który w odpowiednich warunkach można przekształcić w czynny optycznie kwas mlekowy, zawierający taką samą liczbę atomów węgla, jak wyjściowy organiczny substrat opisanej przemiany.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Korzystając z protonowej teorii kwasów i zasad Brønsteda-Lowry’ego napisz równanie procesu dysocjacji kwasu mlekowego. Jego cząsteczkę oraz anion mleczanowy narysuj wzorem półstrukturalnym (grupowym).

Rysunek poniżej ilustruje krzywe zależności wartości stopni dysocjacji trzech kwasów karboksylowych (akrylowego, propanowego oraz mlekowego) od pH ich wodnych roztworów w pewnym zakresie stężeń molowych (298 K). Wymieniony wśród nich kwas akrylowy jest najprostszym nienasyconym kwasem karboksylowym, który w odpowiednich warunkach można przekształcić w czynny optycznie kwas mlekowy, zawierający taką samą liczbę atomów węgla, jak wyjściowy organiczny substrat opisanej przemiany.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

1. Stężenie molowe roztworu kwasu akrylowego o pH = 3,3 jest niższe, niż roztworu kwasu mlekowego o pH = 3,5.

Rysunek poniżej ilustruje krzywe zależności wartości stopni dysocjacji trzech kwasów karboksylowych (akrylowego, propanowego oraz mlekowego) od pH ich wodnych roztworów w pewnym zakresie stężeń molowych (298 K). Wymieniony wśród nich kwas akrylowy jest najprostszym nienasyconym kwasem karboksylowym, który w odpowiednich warunkach można przekształcić w czynny optycznie kwas mlekowy, zawierający taką samą liczbę atomów węgla, jak wyjściowy organiczny substrat opisanej przemiany.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Moc alifatycznych kwasów karboksylowych zawierających taką samą liczbę atomów węgla w cząsteczce zależy między innymi od budowy łańcucha węglowego wchodzącego w skład reszty kwasowej, w tym położenia dodatkowych grup funkcyjnych względem grupy karboksylowej. Na przykład w 0,01-molowym wodnym roztworze kwasu 3-hydroksypropanowego znajduje się więcej niezdysocjowanych cząsteczek tego związku chemicznego, niż w wodnym roztworze kwasu mlekowego o takim samym stężeniu molowym.

Uszereguj kwasy: akrylowy, propanowy oraz mlekowy zgodnie ze wzrostem stopnia dysocjacji w ich wodnych roztworach o takim samym stężeniu molowym.

Rysunek poniżej ilustruje krzywe zależności wartości stopni dysocjacji trzech kwasów karboksylowych (akrylowego, propanowego oraz mlekowego) od pH ich wodnych roztworów w pewnym zakresie stężeń molowych (298 K). Wymieniony wśród nich kwas akrylowy jest najprostszym nienasyconym kwasem karboksylowym, który w odpowiednich warunkach można przekształcić w czynny optycznie kwas mlekowy, zawierający taką samą liczbę atomów węgla, jak wyjściowy organiczny substrat opisanej przemiany.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Moc alifatycznych kwasów karboksylowych zawierających taką samą liczbę atomów węgla w cząsteczce zależy między innymi od budowy łańcucha węglowego wchodzącego w skład reszty kwasowej, w tym położenia dodatkowych grup funkcyjnych względem grupy karboksylowej. Na przykład w 0,01-molowym wodnym roztworze kwasu 3-hydroksypropanowego znajduje się więcej niezdysocjowanych cząsteczek tego związku chemicznego, niż w wodnym roztworze kwasu mlekowego o takim samym stężeniu molowym.

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

Rysunek poniżej ilustruje krzywe zależności wartości stopni dysocjacji trzech kwasów karboksylowych (akrylowego, propanowego oraz mlekowego) od pH ich wodnych roztworów w pewnym zakresie stężeń molowych (298 K). Wymieniony wśród nich kwas akrylowy jest najprostszym nienasyconym kwasem karboksylowym, który w odpowiednich warunkach można przekształcić w czynny optycznie kwas mlekowy, zawierający taką samą liczbę atomów węgla, jak wyjściowy organiczny substrat opisanej przemiany.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Wśród izomerów najbliższego homologu kwasu akrylowego istnieje tylko jeden zawierający jednocześnie grupę karboksylową oraz rozgałęzienie łańcucha węglowego. Ester metylowy tego związku chemicznego jest monomerem, który poddaje się reakcji polimeryzacji, a jej produktem jest związek wielkocząsteczkowy zwany szkłem organicznym.

Stosując wzór półstrukturalny narysuj fragment łańcucha opisanego związku wielkocząsteczkowego, w którym widoczne będą jego trzy jednostki powtarzalne (mery).

Do naczynia zawierającego 12 moli kwasu 2-metylopropanowego wprowadzono 5 moli metanolu i wobec katalitycznej ilości stężonego kwasu siarkowego(VI), w temperaturze T zainicjowano reakcję chemiczną. Po ustaleniu się stanu równowagi stwierdzono, że stosunek sumarycznej liczby moli nieprzereagowanych substratów do sumarycznej liczby moli powstałych produktów wynosi 9:8.

Wiedząc, że przestrzeń reakcyjna podczas estryfikacji miała objętość równą 1 dm³, ustal na podstawie niezbędnych obliczeń wartość stałej równowagi reakcji hydrolizy powstałego estru w temperaturze T, w środowisku kwasowym.

Próbkę stearyny (mieszanina kwasu stearynowego oraz palmitynowego) o masie 21,5 g, zanieczyszczonej parafiną poddano działaniu 0,5 dm³ roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,15 mol∙dm^–3. Zawarty w roztworze wodorotlenek stanowił ilość stechiometryczną względem opisanej mieszaniny wyższych kwasów tłuszczowych. Parafinę odsączono, przemyto i wysuszono. Ustalono, że jej masa w badanej próbce stearyny wynosiła 0,9 g.

Na podstawie niezbędnych obliczeń ustal, jaki procent masy próbki stearyny stanowił każdy z kwasów tłuszczowych? Wyniki podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

Próbkę stearyny (mieszanina kwasu stearynowego oraz palmitynowego) o masie 21,5 g, zanieczyszczonej parafiną poddano działaniu 0,5 dm³ roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,15 mol∙dm^–3. Zawarty w roztworze wodorotlenek stanowił ilość stechiometryczną względem opisanej mieszaniny wyższych kwasów tłuszczowych. Parafinę odsączono, przemyto i wysuszono. Ustalono, że jej masa w badanej próbce stearyny wynosiła 0,9 g.

Z uzyskanego przesączu pobrano próbkę o objętości 5 cm³, którą umieszczono w probówce. Zawartość naczynia zamknięto i energicznie wstrząśnięto jego zawartością.  Do uzyskanego układu wprowadzono kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny, co poskutkowało pojawieniem się malinowego zabarwienia roztworu. Do tego samego naczynia wprowadzono następnie roztwór kwasu solnego i zaobserwowano trzy zmiany świadczące o przebiegu reakcji chemicznej.

Napisz, co zaobserwowano w wyniku przeprowadzonych czynności z udziałem próbki przesączu o objętości 5 cm³? W tym celu uzupełnij tabelę.

Miareczkowanie jest metodą stosowaną do ilościowego oznaczania zawartości substancji chemicznej w jej wodnym roztworze. Podczas jego wykonywania, do roztworu analitu o znanej objętości, lecz nieznanym stężeniu, ostrożnie wprowadzany jest znajdujący się w biurecie mianowany (o ściśle określonym stężeniu molowym) roztwór titranta. Charakterystyczny podczas miareczkowania jest tzw. punkt równoważnikowy (PR). Jest to moment, w którym analit przereagował ilościowo z dodanym z biurety titrantem. Miareczkowanie prowadzi się w obecności wskaźników kwasowo-zasadowych (indykatorów) – związków chemicznych, które zmieniają swoją barwę w zależności od pH środowiska, w jakim się znajdują. Opisana zmiana następuje w tzw. zakresie wskaźnikowym, który jest stałym zakresem wartości pH dla danego kwasowo-zasadowego indykatora. Zmiany pH miareczkowanego roztworu można zilustrować graficznie w postaci tzw. krzywej miareczkowania stanowiącej wykres zależności wartości pH analizowanego roztworu od objętości dodanego roztworu titranta.

Na podstawie: R. Szczypiński, Projektowanie doświadczeń chemicznych. Dla maturzystów i nie tylko, Warszawa 2019.

Miareczkowaniu poddano wodny roztwór propylo-1-aminy o objętości 100 cm³, a jako titrant zastosowano roztwór kwasu solnego o stężeniu 0,4 mol∙dm^–3. Podczas opisanego eksperymentu punkt równoważnikowy (PR) osiągnięto przy wartości pH = 5,7. Przebieg krzywej miareczkowania sporządzonej na podstawie przeprowadzonego eksperymentu ilustruje rysunek:

Aby zminimalizować błąd miareczkowania należy odpowiednio dobrać wskaźnik alkacymetryczny. W tabeli poniżej zebrano dane na temat zakresów pH zmiany barwy wybranych wskaźników kwasowo-zasadowych.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Wybierz jeden z wyżej podanych wskaźników alkacymetrycznych, którego zastosowanie pozwoli na uzyskanie możliwie najmniejszego błędu podczas miareczkowania wodnego roztworu propylo-1-aminy w opisanym doświadczeniu. Uzasadnij swój wybór.

Miareczkowanie jest metodą stosowaną do ilościowego oznaczania zawartości substancji chemicznej w jej wodnym roztworze. Podczas jego wykonywania, do roztworu analitu o znanej objętości, lecz nieznanym stężeniu, ostrożnie wprowadzany jest znajdujący się w biurecie mianowany (o ściśle określonym stężeniu molowym) roztwór titranta. Charakterystyczny podczas miareczkowania jest tzw. punkt równoważnikowy (PR). Jest to moment, w którym analit przereagował ilościowo z dodanym z biurety titrantem. Miareczkowanie prowadzi się w obecności wskaźników kwasowo-zasadowych (indykatorów) – związków chemicznych, które zmieniają swoją barwę w zależności od pH środowiska, w jakim się znajdują. Opisana zmiana następuje w tzw. zakresie wskaźnikowym, który jest stałym zakresem wartości pH dla danego kwasowo-zasadowego indykatora. Zmiany pH miareczkowanego roztworu można zilustrować graficznie w postaci tzw. krzywej miareczkowania stanowiącej wykres zależności wartości pH analizowanego roztworu od objętości dodanego roztworu titranta.

Na podstawie: R. Szczypiński, Projektowanie doświadczeń chemicznych. Dla maturzystów i nie tylko, Warszawa 2019.

Miareczkowaniu poddano wodny roztwór propylo-1-aminy o objętości 100 cm³, a jako titrant zastosowano roztwór kwasu solnego o stężeniu 0,4 mol∙dm^–3. Podczas opisanego eksperymentu punkt równoważnikowy (PR) osiągnięto przy wartości pH = 5,7. Przebieg krzywej miareczkowania sporządzonej na podstawie przeprowadzonego eksperymentu ilustruje rysunek:

Korzystając ze wzorów półstrukturalnych (grupowych) odpowiednich drobin, zapisz w formie jonowej skróconej równanie procesu chemicznego, którego przebieg warunkuje odczyn uzyskanego w punkcie równoważnikowym opisanego miareczkowania roztworu.