Номер 132, страница 180 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.132. Рассчитайте массу аланина, полученного двухстадийным синтезом из 100 г пропионовой кислоты, если выход продукта на первой стадии равен 75%, а на второй – 60%.

Дано:

$m(CH_3CH_2COOH) = 100 \text{ г}$

$\eta_1 = 75\% = 0.75$

$\eta_2 = 60\% = 0.60$

Найти:

$m(аланин) - ?$

Решение:

Синтез аланина из пропионовой кислоты проводят в две стадии. Сначала получают α-галогенпроизводное пропионовой кислоты, которое затем обрабатывают аммиаком.

1. Первая стадия: α-галогенирование пропионовой кислоты по реакции Гелля–Фольгарда–Зелинского, например, с помощью брома в присутствии катализатора (красного фосфора). Продуктом является α-бромпропионовая кислота.

$CH_3CH_2COOH + Br_2 \xrightarrow{P_{красн.}} CH_3CH(Br)COOH + HBr$

2. Вторая стадия: Аминирование α-бромпропионовой кислоты избытком аммиака с образованием аланина (α-аминопропионовой кислоты).

$CH_3CH(Br)COOH + 2NH_3 \rightarrow CH_3CH(NH_2)COOH + NH_4Br$

Из уравнений реакций видно, что стехиометрическое соотношение между исходной пропионовой кислотой и конечным продуктом, аланином, составляет 1:1.

Рассчитаем молярные массы пропионовой кислоты и аланина:

$M(CH_3CH_2COOH) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 74 \text{ г/моль}$

$M(CH_3CH(NH_2)COOH) = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 1 \cdot 14 + 2 \cdot 16 = 89 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества (моль) исходной пропионовой кислоты:

$\nu(CH_3CH_2COOH) = \frac{m(CH_3CH_2COOH)}{M(CH_3CH_2COOH)} = \frac{100 \text{ г}}{74 \text{ г/моль}} \approx 1.351 \text{ моль}$

Так как соотношение 1:1, теоретически из этого количества пропионовой кислоты можно получить такое же количество аланина:

$\nu_{теор}(аланин) = \nu(CH_3CH_2COOH) \approx 1.351 \text{ моль}$

Найдем теоретическую массу аланина:

$m_{теор}(аланин) = \nu_{теор}(аланин) \cdot M(аланин) = 1.351 \text{ моль} \cdot 89 \text{ г/моль} \approx 120.27 \text{ г}$

Практический выход продукта учитывает выходы на каждой стадии. Общий выход (η_общ) равен произведению выходов на каждой стадии:

$\eta_{общ} = \eta_1 \cdot \eta_2 = 0.75 \cdot 0.60 = 0.45$ (или 45%)

Теперь рассчитаем практическую массу аланина, которую можно получить с учетом общего выхода:

$m_{практ}(аланин) = m_{теор}(аланин) \cdot \eta_{общ} = 120.27 \text{ г} \cdot 0.45 \approx 54.12 \text{ г}$

Ответ: масса полученного аланина составляет 54,12 г.