Chemistry Labs

問題 1

クレー射撃の弾薬にはニトロセルロースなどの速燃性火薬が使われる。ニトロセルロースは主にセルローストリニトレートで、セルロース(実験式 CX6HX7(OH)X3OX2\ce{C6H7(OH)3O2})を濃硝酸と濃硫酸の混合物に加えてセルローストリニトレート(CX6HX7(ONOX2)X3OX2\ce{C6H7(ONO2)3O2})ともう1つの生成物を得る。酸混合物中で生成するニトロニウムイオン NOX2X+\ce{NO2+} がアルコール基をニトロ化する。硝酸はルイス塩基として硫酸からプロトンを受け取り中間体 HX2NOX3X+\ce{H2NO3+} を生成し、それが分解して NOX2X+\ce{NO2+} となる。(a) セルロースと硝酸からセルローストリニトレートが生成する反応式を書け。(b) HX2NOX3X+\ce{H2NO3+} の生成式とそれが NOX2X+\ce{NO2+} に分解する式を書け。(c) セルローストリニトレートの完全燃焼は二酸化炭素・水・気体の単体を生成する。CX6HX7NX3OX11\ce{C6H7N3O11} の完全燃焼の式を書き、ΔfH∘(CO)=−110.5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO}) = -110.5、ΔfH∘(COX2)=−393.5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO2}) = -393.5、ΔfH∘(HX2O)=−285.8\Delta_f H^{\circ}(\ce{H2O}) = -285.8、ΔfH∘(セルローストリニトレート)=−653.1\Delta_f H^{\circ}(\text{セルローストリニトレート}) = -653.1 kJ mol−1^{-1} を用いて標準燃焼エンタルピーを計算せよ。(d) 発射時には空気中の酸素と反応する時間がなく、セルローストリニトレートはすべて気体生成物に分解し(OX2\ce{O2} は生成しない)、生成物は 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C} 以上に達する。この分解の式を書き、200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C} における 5.00 g のセルローストリニトレートから生じる気体の総体積を m3^3 で求めよ。
ステップ 3/5: 燃焼式の釣り合い
CX6HX7NX3OX11+94 OX2→6 COX2+72 HX2O+32 NX2\ce{C6H7N3O11 + 9/4 O2 -> 6CO2 + 7/2 H2O + 3/2 N2}
分析

炭素は COX2\ce{CO2}、水素は HX2O\ce{H2O}、窒素は気体単体 NX2\ce{N2} になり、酸素を釣り合わせると 94 OX2\tfrac{9}{4}\,\ce{O2} が要る。