PAU Química 2016 · Juny · Sèrie 5 · Exercici 3

3. Molts èsters tenen una aroma característica i, per aques­ ta raó, es fan servir freqüentment com a aromatitzants artificials i additius alimentaris. Un d’aquests èsters és el butanoat d’etil, anomenat habitualment butirat d’etil, Butirat d’etil que té una aroma semblant a la de la pinya tropical. El podem obtenir per reacció entre l’àcid butanoic i l’etanol, d’acord amb l’equació química següent: CH3CH2CH2COOH(l) + CH3CH2OH(l) ⇄ CH3CH2CH2COOCH2CH3(l) + H2O(l) La constant d’equilibri, Kc, d’aquesta reacció té un valor de 4,0 a la temperatura de 50 °C. Un recipient conté una mescla formada per 0,40 mol d’àcid butanoic, 0,40 mol d’etanol, 0,50 mol de butanoat d’etil i 0,50 mol d’aigua. a) Justifiqueu, a partir dels càlculs necessaris, per què aquesta mescla no està en equilibri a 50 °C. Quines seran les quantitats (en mols) de cada compost quan la mescla asso­ leixi l’equilibri? [1 punt] b) Volem millorar el rendiment de la reacció d’obtenció de l’èster i ens proposen aplicar alguna de les tres estratègies següents: augmentar la pressió, afegir-hi una substància higroscòpica o afegir-hi més quantitat d’alcohol. Expliqueu raonadament si amb cadascuna de les estratègies aconseguirem l’objectiu que ens proposem o no. [1 punt] Nota:  Les substàncies higroscòpiques són substàncies que absorbeixen aigua, tant en forma de vapor com en forma líquida, de l’ambient que les envolta.

Pregunta 3a CH3CH2CH2COOH(l) + CH3CH2OH (l) ⇄ CH3CH2CH2COOCH2CH3(l) + H2O(l) àcid alcohol èster aigua Càlcul de Qc Suposant un volum total V, el quocient Qc és: Qc = [èster] [aigua] / [àcid] [alcohol] Qc = [(0,50/V) (0,50/V)] / [(0,40/V) (0,40/V)]  Si no comenten res del volum, i directament escriuen la Qc amb els mol de reactius i productes, s’ha de penalitzar 0,1 punts (sobre 0,2 punts). Calculem el valor de Qc (el volum no afecta el càlcul perquè es simplifica) i el comparem amb Kc: Qc = (0,50)2 / (0,40)2 Qc = 1,56 [0,2 punts] Qc = 1,56 i Kc = 4,0  Qc ≠ Kc  La mescla no està en equilibri [0,3 punts] Càlcul de les quantitats en equilibri Plantegem l’equilibri: CH3CH2CH2COOH(l) + CH3CH2OH (l)  CH3CH2CH2COOCH2CH3(l) + H2O(l) inicial: 0,40 mol 0,40 0,50 0,50 equilibri 0,40 – x 0,40 – x 0,50 + x 0,50+x [0,2 punts] Kc = [èster] [aigua] / [àcid] [alcohol] (el volum no intervé perquè es simplifica) 4,0 = [(0,50 + x) (0,50 + x)] / [(0,40 - x) (0,40 - x)] 4,0 = (0,50 + x)2 / (0,40 - x)2 ( […]