Решение задач: Дельта H, S методом Кайнора и стехиометрия

Для определения числа независимых стехиометрических уравнений в системе химических реакций используется правило, согласно которому это число равно разности между общим количеством уравнений в механизме и количеством линейных зависимостей между ними. Также это можно определить через ранг стехиометрической матрицы. Рассмотрим представленную систему реакций: (1) \(C_{4}H_{9}Cl + Na_{2}CO_{3} \longrightarrow C_{4}H_{9}OCOONa + NaCl\) (2) \(C_{4}H_{9}OCOONa + H_{2}O \rightleftharpoons C_{4}H_{9}OCOOH + NaOH\) (3) \(C_{4}H_{9}OCOOH \longrightarrow C_{4}H_{9}OH + CO_{2}\) (4) \(C_{4}H_{9}OH + CO_{2} + NaOH \longrightarrow C_{4}H_{9}OH + NaHCO_{3}\) (Примечание: в уравнении 4 \(C_{4}H_{9}OH\) присутствует в обеих частях, фактически это реакция \(CO_{2} + NaOH \longrightarrow NaHCO_{3}\)). Анализ независимости: 1. Реакции (1), (2) и (3) описывают последовательное превращение хлорбутана в бутанол через промежуточные стадии образования карбоната и угольной кислоты. Они линейно независимы, так как в каждой появляется новое вещество, отсутствующее в предыдущих как реагент. 2. Проверим реакцию (4). Если мы сложим реакции (2), (3) и (4), то получим: \[ (C_{4}H_{9}OCOONa + H_{2}O) + (C_{4}H_{9}OCOOH) + (CO_{2} + NaOH) \longrightarrow \] \[ \longrightarrow (C_{4}H_{9}OCOOH + NaOH) + (C_{4}H_{9}OH + CO_{2}) + (NaHCO_{3}) \] После сокращения одинаковых членов в левой и правой частях: \[ C_{4}H_{9}OCOONa + H_{2}O \longrightarrow C_{4}H_{9}OH + NaHCO_{3} \] Это уравнение не совпадает ни с одним из предыдущих, но оно показывает связь между стадиями. 3. Однако, если рассмотреть суммарный процесс, часто оказывается, что одна из стадий является комбинацией других. В данной системе все четыре уравнения описывают разные химические превращения компонентов. 4. Математический метод: Составим список всех участвующих веществ: \(C_{4}H_{9}Cl\), \(Na_{2}CO_{3}\), \(C_{4}H_{9}OCOONa\), \(NaCl\), \(H_{2}O\), \(C_{4}H_{9}OCOOH\), \(NaOH\), \(C_{4}H_{9}OH\), \(CO_{2}\), \(NaHCO_{3}\). Всего 10 веществ. Ранг матрицы, составленной из стехиометрических коэффициентов этих четырех реакций, будет равен 4, так как ни одно уравнение нельзя получить простым сложением или вычитанием других без введения новых компонентов или изменения сути процесса (например, реакция 4 — единственная, где образуется гидрокарбонат натрия). Ответ: Число независимых стехиометрических уравнений равно 4.