Đun nóng hỗn hợp xenlulozơ với HNO3 đặc và H2SO4 đặc, thu được hỗn hợp sản phẩm gồm hai chất hữu cơ có số mol bằng nhau, có % khối lượng của N trong đó bằng 11,8%. Công thức của hai chất trong sản phẩm là:
- Sản phẩm gồm 2 hợp chất hữu cơ có số mol bằng nhau
=> Xét dạng tổng quát của hợp chất xenlulozo với nitrat \({C_6}{H_7}{O_2}{\left( {N{O_3}} \right)_{\overline x }}{\left( {OH} \right)_{3 - \overline x }}\) \(\begin{array}{l} - \% {m_N} = \frac{{14\overline x }}{{162 + 45\overline x }}.100\% = 11,8\% \\ = > \overline x = 2,2\end{array}\)
=> xenlulozơ đinitrat và xenlulozơ trinitrat
Xenlulozơ tác dụng với HNO3 cho ra sản phẩm A có %N = 11,11%. Xác định CTCT của A, tính khối lượng HNO3 cần dùng để biến toàn bộ 24,3 gam xenlulozơ thành A. Tính khối lượng A
+ Gọi công thức tổng quát\({C_6}{H_7}{O_2}{\left( {N{O_3}} \right)_x}{\left( {OH} \right)_{3 - x}}\)
+ Áp dụng công thức tính phần trăm: \(\% N{\rm{ }} = \frac{{14x}}{{162 + 45x}}{\rm{ }}.100\% = 11,11\% = > x \approx 2\)
\(\begin{array}{l} + \,n{\,_{xenlulozo}} = 0,15mol\\ = > {n_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {ON{O_2}} \right)}_2}\left( {OH} \right)}} = 0,15\\ = > {m_{_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {ON{O_2}} \right)}_2}\left( {OH} \right)}}} = 0,15.252 = 37,8g\end{array}\)
Đem thực hiện phản ứng chuyển hóa xenlulozơ thành xenlulozơ trinitrat bằng phản ứng với HNO3 đặc, dư (xt H2SO4 đặc) thì cứ 24,3 gam xenlulozơ thì thu được 28,9 gam xenlulozơ trinitrat. Vậy hiệu suất phản ứng là:
+ nxenlulozo = 1mol
\( + {n_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {ON{O_2}} \right)}_3}}} = {n_{xenlulozo}} = 0,15mol = > {m_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {ON{O_2}} \right)}_3}}}_{lt} = 44,55g\)
\( + H\% = \frac{{{m_{tt}}}}{{{m_{lt}}}}.100\% = \frac{{28,9}}{{44,55}}.100\% = 64,87\% \)
Xenlulozơ trinitrat được điều chế từ xenlulozơ và axit nitric đặc có xúc tác là axit sunfuric đặc, nóng. Để có 594g xenlulozơ trinitrat, cần dùng dd chứa m g axit nitric ( hiệu suất phản ứng là 60%). Giá trị của m là
- nxenlulozo trinitrat = 2 (mol)
C6H7O2(OH)3 + 3HNO3 → C6H7O2(ONO2)3 + 3H2O
\(\begin{array}{l} - {n_{HN{O_3}}} = {\rm{ }}3{n_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {ON{O_2}} \right)}_3}}}\; = {\rm{ }}3.2{\rm{ }} = {\rm{ 6 }}\left( {mol} \right)\\ - H = 60\% = > {n_{HN{O_3}\,tt}} = \frac{{{n_{HN{O_3}}}}}{{H\% }} = \frac{6}{{0,6}} = 10mol\\ = > {m_{HN{O_3}}} = 10.63 = 630g\end{array}\)
Thể tích dung dịch HNO3 63 % (khối lượng riêng là 1,5 g/ml) cần dùng để tác dụng với xenlulozơ tạo thành 103,95 kg xenlulozơ trinitrat là (biết lượng HNO3 bị hao hụt là 40%) :
- n xenlulozơ trinitrat = 0,35kmol
- C6H7O2(OH)3 + 3HNO3 → C6H7O2(ONO2)3 + 3H2O
\( = > {\rm{ }}{n_{HN{O_3}}} = {\rm{ }}3{n_{xenlulozo{\rm{ }}trinitrat}} = 1,05kmol = > {m_{HN{O_3}}} = 66,15kg\)
- Vì lượng HNO3 hao hụt 40% => H= 60%.
\( = > m{\,_{thuc\,te}}{\rm{ }} = \frac{{{m_{li\,thuyet}}}}{{\% H}} = \frac{{66,15}}{{0,6}} = 110,25kg\)
\( - C\% = \frac{{{m_{ct}}}}{{{m_{{\rm{dd}}}}}}.100\% = > {m_{{\rm{dd}}}} = \frac{{{m_{ct}}}}{{C\% }}\)
\( - d = \frac{m}{V} = > V = \frac{m}{d} = \frac{{{m_{Ct}}}}{{C\% }}.\frac{1}{d} = 110,25.\frac{1}{{63\% .1,5}} = 116,67lit\)
Từ 72,9 tấn xenlulozơ người ta sản xuất được m tấn xenlulozơ trinitrat (biết hiệu suất phản ứng tính theo xenlulozơ là 60%). Giá trị của m là :
\({n_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {OH} \right)}_3}}} = {\rm{ }}0,{\rm{ 45}}\) mol
PTHH:C6H7O2(OH)3 + 3HNO3→ C6H7O2(ONO2)3 + 3H2O
\( = > {\rm{ }}{n_{xenlulozo{\rm{ }}trinitrat}} = {\rm{ }}{n_{xenlulozo}} = 0,45 mol => {m_{xenlulozo{\rm{ }}trinitrat}} = 133,65tấn \)
Vì H = 60% \( = > m{\,_{xenlulozo\,trinitrat\,thu\,duoc}} = {m_{xenlulozo\,trinitrat}}.H\% = 133,65.0,6 = 80,19 tấn\)
Dùng 81 kg xenlulozơ và 126 kg HNO3 nguyên chất có thể thu được bao nhiêu tấn xenlulozơ trinitrat, biết sự hao hụt trong quá trình sản xuất là 40%?
\(\begin{array}{l} + {\rm{ }}{n_{xenlulozo}}{\rm{ = 0,5}}kmol\\{n_{HN{O_3}}} = \frac{{126}}{{63}} = 2kmol\end{array}\)
+ C6H7O2(OH)3 + 3HNO3 → C6H7O2(ONO2)3 + 3H2O (1)
Ta có\(\frac{{0,5}}{1}\)< \(\frac{2}{3}\)
=> Vậy xenlulozơ phản ứng hết, HNO3 dư
\(\begin{array}{l} + {n_{xenlulozo{\rm{ }}trinitrat}} = {\rm{ }}{n_{xenlulozo\;\;}} = 0,5kmol\\ = > {m_{xenlulozo{\rm{ }}trinitrat}} = 0,5.297kg\end{array}\)
+ Sự hao hụt trong quá trình sản xuất là 40% => H = 60%
\( = > {m_{xenlulozo\,trinitrat}} = {m_{xenlulozo{\rm{ }}trinitrat}}.H\% = 0,5.297.60\% = 89,1kg\)
Xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic (có H2SO4 làm xúc tác) tạo ra 24 gam este axetat và 15 gam CH3COOH, công thức của este axetat có dạng là
+Công thức tổng quát của este axetat: C6H7O2(OOCCH3)x (OH)3-x
\( + {n_{C{H_3}COOH}} = 0,25mol\)
\(\begin{array}{l} + \,{n_{C{H_3}COOH}} = x.{n_{{C_6}{H_7}{O_2}{{\left( {OOCC{H_3}} \right)}_x}{{\left( {OH} \right)}_{3 - x}}}}\\ = > 0,25 = x.\dfrac{{24}}{{162 + 42x}}\\ = > 0,25(162 + 42x) = 24x\\ = > x = 3\end{array}\)
Cho xenlulozơ phản ứng với anhiđric axetic (có H2SO4 làm xúc tác) thu được 92,4 gam hỗn hợp X gồm xenlulozơ triaxetat, xenlulozơ điaxetat và 51 gam axit axetic. Thành phần phần trăm theo khối lượng của xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat trong X lần lượt là
(C6H7O2(OH)3)n + 3n(CH3CO)2O → (C6H7O2(CH3COO)3)n + 3nCH3COOH
a a 3a
(C6H7O2(OH)3)n + 2n(CH3CO)2O → (C6H7O2(OH)(CH3COO)2)n + 2nCH3COOH
b b 2b
\(\left\{ \begin{array}{l}{n_{C{H_3}COOH}} = 3a + 2b = \,\,0,85\\m{\,_{muoi}} = 288a + 246b = \,92,4\end{array} \right. = > \,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a = 0,15\,\,(mol)}\\{b = 0,2\,\,(mol)}\end{array}} \right.\)
% xenlulozơ triaxetat = ((0,15. 288): 92,4).100% = 46,75%
% xenlulozơ điaxetat = 100% - 46,75% = 53,25%
Cho xenlulozơ phản ứng với anhiđrit axetit (có H2SO4 làm xúc tác) thu được CH3COOH và 92,4 gam hỗn hợp X gồm xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat. Để trung hòa axit cần dùng 500 ml dung dịch NaOH 1,7M khối lượng (gam) của xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat trong dung dịch X lần lượt là :
nCH3COOH = nNaOH = 0,5. 0,1 = 0,05 (mol)
(C6H7O2(OH)3)n + 3n(CH3CO)2O → (C6H7O2(CH3COO)3)n + 3nCH3COOH
a a 3a
(C6H7O2(OH)3)n + 2n(CH3CO)2O → (C6H7O2(OH)(CH3COO)2)n + 2nCH3COOH
b b 2b
\(\left\{ \begin{array}{l}{n_{C{H_3}COOH}} = 3a + 2b = \,\,0,85\\{m_{muoi}} = 288a + 246b = \,92,4\end{array} \right. = > \,\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a = 0,15\,(mol)}\\{b = 0,2\,\,(mol)}\end{array}} \right.\)
m xenlulozơ triaxetat = 0,15.288 = 43,2 (g)
=> m xenlulozơ điaxetat = 5,34 – 2,88 = 49,2 (g)
Thể tích dung dịch HNO3 63% (D = 1,52 g/ml) cần dùng để tác dụng với lượng dư xenlulozơ tạo 258,39 gam xenlulozơ trinitrat là
\(\begin{array}{l}{n_{xenlulozo\,trinitrat}} = \frac{{258,39}}{{297}} = 0,87\,mol.\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{C_6}{H_7}{O_2}{(OH)_3} + 3HN{O_3} \to {C_6}{H_7}{O_2}{(ON{O_2})_3} + 3{H_2}O\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2,61\,\,\,\,\,\, \leftarrow \,\,\,\,\,\,\,\,0,87\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(mol)\\{V_{dd\,HN{O_3}}} = \frac{{{m_{dd\,}}}}{{{D_{{\rm{dd}}}}}} = \frac{{{m_{ct}}.100}}{{C\% .{D_{{\rm{dd}}}}}} = \frac{{63.{n_{HN{O_3}}}.100}}{{C\% .{D_{{\rm{dd}}}}}} = \frac{{63.2,61.100}}{{63.1,52}} = 171,71\,ml.\end{array}\)
Thể tích dung dịch HNO3 67,5% (khối lượng riêng là 1,5 g/ml) cần dùng để tác dụng với xenlulozơ tạo thành 178,2 kg xenlulozơ trinitrat là (biết lượng HNO3 bị hao hụt là 20%)
Xét phản ứng của 1 mắt xích xenlulozo.
\({C_6}{H_7}{O_2}{(OH)_3} + 3HN{O_3} \to {C_6}{H_7}{O_2}{({\text{ON}}{{\text{O}}_2})_3}(TNX) + 3{H_2}O\)
nTNX = 178,2 : 297 = 0,6 kmol
Theo PTHH: nHNO3 = 3nTNX = 1,8 kmol => mHNO3 = 1,8.63 = 113,4 kg
=> m dd HNO3 = \(113,4.\frac{{100}}{{67,5}}\) = 168 kg
\({V_{dd{\text{ }}HN{O_3}}} = \frac{{{m_{dd\,HN{O_3}}}}}{D} = \frac{{168}}{{1,5}} = 112\,\,(l)\)
Nhưng do hao hụt của quá trình sản xuất là 20% nên hiệu suất chỉ đạt 80%. Thể tích HNO3 thực tế đã dùng là:
V dd HNO3 (tt) = 112.(100/80) = 140 lít
Xenlulozo trinitrat được điều chế giữa axit nitric với xenlulozo (hiệu suất phản ứng là 60% tính theo xenlulozo). Nếu dùng 2 tấn xenlulozo thì khối lượng xenlulozo trinitrat điều chế được là:
[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
162n → 297n
(tấn) 2 → 3,67.0,6 = 2,2
Từ 2 tấn xenlulozơ với lượng HNO3 đặc lấy dư (xt H2SO4 đặc) người ta sản xuất được 2,97 tấn xenlulozơ trinitrat. Vậy hiệu suất phản ứng là
C6H7O2(OH)3 + 3HNO3 → C6H7O2(NO3)3 + 3H2O
0,01 → 0,01 tấn mol
=> mXenlulozo(Thực) = 1,62 tấn
=> H% = 81%
Xenlulozơ trinitrat được điều chế từ xenlulozơ và axit nitric đặc có xúc tác axit sunfuric đặc, nóng. Để có 23,76 kg xenlulozơ trinitrat, cần dùng dung dịch chứa m kg axit nitric (hiệu suất phản ứng đạt 90%). Giá trị của m là
nxenlulozo trinitrat = 23,76/297 = 0,08 kmol
PTHH: C6H7O2(OH)3 + 3HNO3 → C6H7O2(NO3)3 + 3H2O
PT: 0,24 kmol ← 0,08 kmol
mHNO3 = 0,24.63 = 15,12 kg
Do phản ứng có hiệu suất nên lượng HNO3 cần dùng lớn hơn lượng tính toán:
=> mHNO3 cần dùng = 15,12.(100/90) = 16,8 kg
Xenlulozo trinitrat được điều chế từ phản ứng giữa axit nitric với xenlulozo
Hiệu suất 60% tính theo xenlulozo. Nếu dùng 1 tấn xenlulozo thì khối lượng Xenlulozo trinitrat điều chế được là
[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 \(\overset{t^o,xt}{\rightarrow}\) [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
n xenlulozo = n Xenlulozo trinitrat
=> m Xenlulozo trinitrat = \(\frac{{1\,.\,0,6\,.\,297}}{{162}}\) = 1,1 tấn
Cho xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic, người ta thu được axit axetic và 82,2 g hỗn hợp rắn gồm xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat. Để trung hoà 1/10 lượng axit tạo ra cần dùng 80 ml dung dịch NaOH 1M. Phần trăm khối lượng của xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat trong hỗn hợp rắn thu được lần lượt là
→ nCH3COOH (1/10 X) = nNaOH = 0,08 (mol).
→ nCH3COOH (X) = 10.0,08 = 0,8 (mol).
Đặt số mol xenlulozơ triaxetat là x mol, số mol xenlulozơ điaxetat là y mol.
Ta có: 3x + 2y = 0,8 (1)
Khối lượng của xenlulozơ triaxetat và xenlulozơ điaxetat là 82,2 gam
=> 288x + 246y = 82,2 (2)
Từ (1) và (2) => x = 0,2 mol; y = 0,1 mol
% xenlulozo triaxetat = (0,2 * 288):82,2 = 70,1%
% xenlulozo diaxetat = 29,9%
Xenlulozơ trinitrat được điều chế từ xenlulozơ và axit nitric đặc có xúc tác là axit sunfuric đặc, đun nóng. Để có 59,4 kg xenlulozơ trinitrat cần dung dịch chứa m kg axit nitric (hiệu suất 90%). Giá trị của m là
PTHH: C6H7O2(OH)3 + 3HNO3 \(\xrightarrow{{{H_2}S{O_4}dac,{t^0}}}\) C6H7O2(ONO2)3 + 3H2O
Theo PT: 186 → 297 (kg)
Theo ĐB: x =? ← 59,4 (kg)
→ mHNO3 lí thuyết =\(\dfrac{{59,4 \times 186}}{{297}} = 37,8(kg)\)
Vì %H= 90% nên → mHNO3 thực tế = \(\dfrac{{{m_{HN{O_{3\,}}}}li\,thuyet}}{{\% H}} \times 100\% = \dfrac{{37,8}}{{90\% }} \times 100\% = 42(kg)\)
Đun nóng hỗn hợp xenlulozơ với HNO3 đặc và H2SO4 đặc, thu được hỗn hợp sản phẩm gồm hai chất hữu cơ có số mol bằng nhau, có % khối lượng của N trong đó bằng 9,15%. Công thức của hai chất trong sản phẩm là:
- Sản phẩm gồm 2 hợp chất hữu cơ có số mol bằng nhau
=> Xét dạng tổng quát của hợp chất xenlulozo với nitrat ${C_6}{H_7}{O_2}{\left( {N{O_3}} \right)_{\overline x }}{\left( {OH} \right)_{3 - \overline x }}$ $\begin{array}{l} - \% {m_N} = \frac{{14\overline x }}{{162 + 45\overline x }}.100\% = 9,15\% \\ = > \overline x = 1,5\end{array}$
=> xenlulozơ nitrat và xenlulozơ đinitrat
Xenlulozơ tác dụng với HNO3 cho ra sản phẩm A có %N = 14,14%. Xác định CTCT của A, tính khối lượng HNO3 cần dùng để biến toàn bộ 324g xenlulozơ thành A.
+ Gọi công thức tổng quát${C_6}{H_7}{O_2}{\left( {N{O_3}} \right)_x}{\left( {OH} \right)_{3 - x}}$
+ Áp dụng công thức tính phần trăm: $\% N{\rm{ }} = \frac{{14x}}{{162 + 45x}}{\rm{ }}.100\% = 14,14\% = > x \approx 3$
$\begin{array}{l} + \,n{\,_{xenlulozo}} = 2mol\\{n_{HN{O_3}}} = 3.n{\,_{xenlulozo}} = 6mol\\ = > {m_{HN{O_3}}} = 378g\end{array}$
