Aufgabenblock — AFB II
Zehn mehrschrittige Aufgaben aus Labor und Alltag — Bromwasser, Veresterung, Verseifung, konkurrierende Produkte, Benzol und ein Blick zurück ins Gleichgewichtskapitel. Drei gestufte Tipps helfen beim Ansatz.
Buta-1,3-dien \(\ce{CH2=CH-CH=CH2}\) ist Ausgangsstoff für Synthesekautschuk. \(0{,}54\,\mathrm{g}\) davon werden in Bromwasser eingeleitet, bis keine Entfärbung mehr eintritt.
a) Berechnen Sie die Stoffmenge an Buta-1,3-dien in mmol. b) Berechnen Sie die Masse an Brom, die maximal addiert wird.
Vollständige Lösung
Isopren \(\ce{C5H8}\) ist der Baustein des Naturkautschuks. Eine Lösung von \(1{,}00\,\mathrm{g}\) Isopren entfärbt genau \(4{,}69\,\mathrm{g}\) Brom.
a) Berechnen Sie die Stoffmenge des addierten Broms in mmol. b) Bestimmen Sie daraus die Anzahl der C=C-Doppelbindungen pro Isopren-Molekül.
Vollständige Lösung
\(6{,}00\,\mathrm{g}\) Ethansäure werden mit überschüssigem Butan-1-ol und etwas konzentrierter Schwefelsäure unter Rückfluss erhitzt. Nach der Aufarbeitung erhält man \(8{,}1\,\mathrm{g}\) Ethansäurebutylester (\(M=116{,}16\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)).
a) Berechnen Sie die theoretisch mögliche Masse des Esters. b) Berechnen Sie die Ausbeute in Prozent.
Vollständige Lösung
Für \(\ce{CH3COOH + C2H5OH}\) \(\ce{<=> CH3COOC2H5 + H2O}\) gilt \(K_c=4{,}0\). Mit je 1 mol Säure und Alkohol entstehen nur \(\tfrac23\,\mathrm{mol}\) Ester. Nun werden 1,0 mol Ethansäure mit 3,0 mol Ethanol umgesetzt (Rückblick Kapitel 2).
a) Berechnen Sie die Stoffmenge an Ester im Gleichgewicht. b) Berechnen Sie die Ausbeute, bezogen auf die Säure, in Prozent.
Vollständige Lösung
\(2{,}20\,\mathrm{g}\) Propansäuremethylester (\(M=88{,}11\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) werden mit Natronlauge (\(c=0{,}500\,\mathrm{mol\,L^{-1}}\)) vollständig verseift: \(\ce{C2H5COOCH3 + OH-}\) \(\ce{-> C2H5COO- + CH3OH}\).
a) Berechnen Sie das mindestens nötige Volumen Natronlauge. b) Berechnen Sie die Masse an entstehendem Methanol (\(M=32{,}04\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)).
Vollständige Lösung
Bei der Chlorierung von Butan bei \(25\,{}^\circ\mathrm{C}\) findet man unter den Monochlorbutanen \(72\,\%\) 2-Chlorbutan und \(28\,\%\) 1-Chlorbutan (nach dem statistischen Modell wären es nur \(40\,\%\) 2-Chlorbutan).
a) Berechnen Sie das Verhältnis \(n(\text{2-Chlorbutan}):n(\text{1-Chlorbutan})\). b) Berechnen Sie, wie viel mal schneller ein einzelnes H-Atom an einem inneren C-Atom ersetzt wird als eines an einem äußeren.
Vollständige Lösung
\(9{,}2\,\mathrm{g}\) Ethanol werden mit konzentrierter Schwefelsäure erhitzt. Je nach Temperatur entsteht vor allem Diethylether (\(M=74{,}12\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) oder Ethen (\(V_m=24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\) bei \(25\,{}^\circ\mathrm{C}\), \(1013\,\mathrm{hPa}\)).
a) Berechnen Sie das Volumen Ethen bei vollständiger Eliminierung (um \(170\,{}^\circ\mathrm{C}\)). b) Berechnen Sie die Masse Diethylether bei vollständiger Kondensation (um \(140\,{}^\circ\mathrm{C}\)).
Vollständige Lösung
\(13{,}7\,\mathrm{g}\) 2-Brom-2-methylpropan \(\ce{(CH3)3CBr}\) (\(M=137{,}01\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) werden mit Kalilauge in einem Ethanol-Wasser-Gemisch erwärmt. \(70\,\%\) der Moleküle spalten \(\ce{HBr}\) ab (Eliminierung zu 2-Methylpropen, \(M=56{,}11\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)), \(30\,\%\) tauschen \(\ce{Br}\) gegen \(\ce{OH}\) (Substitution zu 2-Methylpropan-2-ol, \(M=74{,}12\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)).
a) Berechnen Sie die Masse an 2-Methylpropen. b) Berechnen Sie die Masse an 2-Methylpropan-2-ol.
Vollständige Lösung
\(7{,}81\,\mathrm{g}\) Benzol (\(M=78{,}11\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) reagieren mit Brom und etwas Eisen(III)-bromid als Katalysator vollständig zu Brombenzol (\(M=157{,}01\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)). Das entweichende Gas färbt feuchtes Indikatorpapier rot.
a) Berechnen Sie die Masse an Brombenzol. b) Berechnen Sie das Volumen des entstehenden Bromwasserstoffs (\(V_m=24{,}5\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\)).
Vollständige Lösung
Ein fruchtig riechender Stoff aus C, H und O reagiert nicht sauer und entfärbt Bromwasser nicht. Die vollständige Verbrennung von \(0{,}440\,\mathrm{g}\) liefert \(0{,}880\,\mathrm{g}\) \(\ce{CO2}\) und \(0{,}360\,\mathrm{g}\) \(\ce{H2O}\); die molare Masse beträgt \(88\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\).
a) Berechnen Sie die Stoffmenge an Kohlenstoff in der Probe in mmol. b) Bestimmen Sie die Anzahl der C-Atome pro Molekül.
