Расчет количеств исходных продуктов

После определения пути синтеза перед экспериментальным осуществлением его следует выполнить расчет количеств исходных продуктов, используемых в работе. Наиболее важной характеристикой методики синтеза является мольное соотношение вводимых в реакцию продуктов. Оно определяется на основе стехиометрии, термодинамических и кинетических особенностей протекания реакций, физических и химических свойств реагирующих веществ, используемых приемов и способов проведения процессов и т.д., и может быть найдено при учете общих теоретических и практических рекомендаций, содержащихся в литературе. Для стандартных синтезов мольное соотношение реагентов определяется по указанным в методиках количествам исходных веществ. Найденное соотношение позволяет выполнить расчеты количеств исходных веществ. Кроме того, использование мольных соотношений позволяет сделать расчет синтеза для получения других соединений этого класса. Например, приведена методика синтеза этилового эфира уксусной кислоты. Используя мольное соотношение уксусной кислоты и этилового спирта, можно рассчитать синтезы метилового, пропилового, изопропилового эфиров этой или другой (например, муравьиной или пропионовой) кислоты. Помимо этого, в расчетах по мольным соотношениям учитывается концентрация реагентов. Например, в указанных выше методиках синтеза сложных эфиров концентрация этанола, как правило, не выше 95%, а других – 100%-ная.

В практике встречаются два варианта расчета синтеза:

• когда задается количество одного из исходных продуктов (прямой расчет)

• когда задано количество получаемого целевого продукта (обратный расчет).

Рассмотрим порядок вычислений по обоим вариантам.

Прямой расчет.

Задание: получить бромистый этил, исходя из 50 см ³ 95% - го этилового спирта.

Уравнения реакций получения бромистого этила и методика синтеза приведена на с. 14. В соответствии с этой методикой в синтезе используется:

29 см ³95%-ного этилового спирта (= 0,804),

30 г бромистого калия и

32 см ³серной кислоты (= 1,84, ω = 98%)

Исходя из этого, находим мольное соотношение реагирующих веществ.

Этиловый спирт:

где: 0,804 – плотность 95%-ного этилового спирта, г(см³)^-1;

0,95 – массовая доля этилового спирта в растворе;

46 – молярная масса этилового спирта, гмоль^-1.

Бромистый калий:

где: 119 - молярная масса бромида калия, гмоль^-1.

Серная кислота:

где: 1,84 – плотность 98%-ной серной кислоты, г(см³)^-1;

0,98 – массовая доля серной кислоты в растворе;

98 – молярная масса серной кислоты, гмоль^-1.

Мольное соотношение реагентов:

С₂Н₅ОН : KBr : Н₂SО₄ = 0,48 : 0,25 : 0,59

Делим все три числа на 0,48 (число моль вещества, по которому ведем расчет); получаем новое мольное соотношение: 1,00 : 0,52 : 1,23

Сохраняя это мольное соотношение, находим массовые и объемные количества реагирующих веществ, исходя из выданных по заданию 50 см ³95%-ного этилового спирта.

В них содержится:

Бромистый калий:

число моль 0,83 0,52 = 0,43

масса 0,43 119 = 51,2 г

Серная кислота:

число моль 0.83 1,23 = 1.05 моль.

Находим объем 98%-ной серной кислоты, необходимый для нашего синтеза:

Таким образом, для проведения нашего синтеза необходимо: