PAU Química 2024 · Juny · Sèrie 1 · Exercici 4

4. L’acetat d’etil (també anomenat etanoat d’etil) és un dissolvent orgànic utilitzat àmplia- ment en diferents sectors industrials, com el de pintures i vernissos, el de cosmètics i per- fumeria, l’alimentari, el farmacèutic o el d’adhesius. L’acetat d’etil s’obté principalment mitjançant la reacció d’esterificació de Fisher a partir d’àcid acètic i etanol, en presència d’un catalitzador àcid i calor, segons la reacció següent, en què també s’obté aigua: CH3COOH(l) + CH3CH2OH(l) ⇌ CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l) Els envasos de l’àcid acètic i de l’etanol se subministren etiquetats amb els pictogrames següents: Pictograma 1 Pictograma 2 Pictograma 3 Pictograma 4 Àcid acètic Etanol a) Es fan reaccionar 115,0 mL d’etanol amb 1,0 mol d’àcid acètic. Quan la reacció arriba a l’equilibri queden 0,15 mol d’àcid acètic sense reaccionar. Determineu el valor de la constant d’equilibri (Kc) de la reacció. Considereu que el volum de la mescla líquida de reacció es manté constant durant el procés. Indiqueu què representen cadascun dels pictogrames de l’àcid acètic i l’etanol, i quins problemes poden causar. [1,25 punts] b) Per a aconseguir el màxim rendiment en un procés industrial d’obtenció d’acetat d’etil, s’utilitzen principalment dues estratègies: — realitzar la reacció amb un gran excés d’etanol; — anar eliminant l’aigua del recipient de reacció. Raoneu per què aquestes dues estratègies fan augmentar el rendiment de la reacció. Expliqueu quin efecte tindria sobre el rendiment de la reacció el fet de no utilitzar un catalitzador. [1,25 punts] Dades: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0. Densitat de l’etanol: 0,80 g mL–1.

Problema 4a Càlcul de la constant d’equilibri Kc Càlcul dels mols inicials d’etanol [0,10 p.] Massa molar d’etanol: CH3CH2OH = 2 × 12 + 6 × 1 + 16 = 46 g mol-1 115 𝑚𝐿 0,80 𝑔 1 𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 2 𝑚𝑜𝑙 𝑑′𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝐿 1 𝑚𝐿 46 𝑔 Càlcul dels mols a l’equilibri CH3COOH(l) + CH3CH2OH(l) ⇌ CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l) Mols inici 1 mol 2 mol -- -- Mols equilibri 1  x 2  x x x [0,15 p.] - Càlcul de la x: Si a l’equilibri hi ha 0,15 mols d’àcid acètic, es pot calcular la x: En l’equilibri ⇒ 1 – x = 0,15 mols d’àcid acètic ⇒ x = 0,85 mols [0,15 p.] - Càlcul de concentracions: Considerant el valor de la x i que el volum es manté constant i igual a V: Mols CH3COOH = 0,15 ⇒ [CH3COOH] = 0,15 / V Mols CH3CH2OH = 2 – 0,85 = 1,15 ⇒ [CH3CH2OH] = 1,15 / V Mols CH3COOCH2CH3 = 0,85 ⇒ [CH3COOCH2CH3] = 0,85 /V Mols H2O = 0,85 ⇒ [H2O] = 0,85 / V Càlcul de Kc Com que el volum es manté constant, en aquest cas es pot simplificar el càlcul de Kc: [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶𝐻2𝐶𝐻3][𝐻2𝑂] 0,85 · 0,85 𝐾𝑐= 0,15 · 1,15 = 4,188 [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻][𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻] = ⇒ Kc […]