CHEMIA
SiMR
Dr hab. inż. Wanda Ziemkowska
Email: ziemk@ch.pw.edu.pl
Tel.: 22 234 7316
CHEMIA
SiMR
Dr hab. inż. Wanda Ziemkowska
Email: ziemk@ch.pw.edu.pl
Tel.: 22 234 7316
Typy reakcji chemicznych:
Reakcje analizy czyli rozkładu
A = B + C
2HgO = 2Hg + O
2
ogrzewanie
2H
2
O = 2H
2
+ O
2
elektroliza
2NaCl = 2 Na + Cl
2
elektroliza stopionej soli
Reakcje syntezy czyli łączenia
A + B = AB
4Fe + 3O
2
= 2Fe
2
O
3
spalanie w tlenie
C + O
2
= CO
2
2Cu + S = Cu
2
S spalanie w siarce
Reakcje wymiany
C + AB = CB + A AB + CD = AD + CB
Fe + 2HNO
3
= Fe(NO
3
)
2
+ H
2
ZnO + H
2
SO
4
= ZnSO
4
+ H
2
O
Podstawowe prawa chemiczne:
Prawo zachowania masy
Prawo stałości składu związków chemicznych
Prawo zachowania masy – Łomonosow i Lavoisier, 18 wiek
W układzie zamkniętym ogólna masa produktów powstających w dowolnej
reakcji chemicznej jest równa masie substratów wziętych do reakcji.
Masa układu zamkniętego, w którym przebiegają reakcje chemiczne, pozostaje stała.
Prawo sformułowano na podstawie doświadczeń, w których ogrzewano metale
z powietrzem w zamkniętych naczyniach szklanych. Ważono substancje wyjściowe
i substancje powstałe po reakcji wraz z powietrzem.
Prawo zachowania masy jest podstawą wprowadzenia równań chemicznych.
Substraty
Produkty
R e a g e n t y
Prawo stałości składu związków chemicznych
, Proust, 1799 r
Stosunek masowy pierwiastków w każdym związku chemicznym jest zawsze stały,
charakterystyczny dla danego związku i nie zależy od sposobu powstawania
tego związku.
Inne sformułowanie tego prawa:
Prawo stosunków stałych
W procesie tworzenia się związków chemicznych pierwiastki łączą się między
sobą zawsze w ściśle określonych stosunkach masowych.
Przykład: dwa pierwiastki – tlen i wodór – występują w każdej próbce wody
zawsze w stosunku wagowym 8:1. Oznacza to, że 8 g tlenu łączy się z 1 g wodoru
i tworzy się 9 g wody.
W przeciwieństwie do związków chemicznych, mieszaniny mają różny skład.
Mieszaniny mogą być utworzone z pierwiastków, związków chemicznych lub
z pierwiastków i związków. Można je rozdzielić za pomocą prostych metod
fizycznych:
Masa molowa – masa 1 mola materii wyrażona w g/mol. Liczbowo równa jest
wartości masy atomowej lub cząsteczkowej.
Np. masa atomowa żelaza Fe = 55,845, masa molowa żelaza 55,845 g/mol,
w przybliżeniu 56 g/mol
Masa cząsteczkowa dwutlenku węgla CO
2
: 12,0107 + 2•15,9994 = 44,0095,
masa molowa 44,0095 g/mol, w przybliżeniu 44 g/mol
W 1 molu znajduje się 6,022·10
23
(liczba Avogadra) atomów lub cząsteczek
substancji.
Wartościowość – liczba wiązań, które tworzy dany atom związany w cząsteczce.
W stanie niezwiązanym wartościowość pierwiastka wynosi zero.
Pojęcie wartościowości służy do ustalania wzorów sumarycznych i strukturalnych
związków chemicznych.
Podstawowe obliczenia chemiczne
Zadanie 1. Obliczyć ile moli znajduje się w 10,00 g CO
2
.
M
CO2
= 44.01 g/mol
1 mol CO
2
- 44,01 g CO
2
x moli - 10,00 g CO
2
1 mol · 10,00 g
x = ------------------------------- = 0,227 mol
44,01 g
Odpowiedź: w 10,00 g CO
2
znajduje się 0,227 mola.
Zadanie 2. Obliczyć ile cząsteczek znajduje się w 10,00 g CO
2
.
1 mol - 6,02·10
23
cząsteczek
0,227 mol - x cząsteczek
0,227 mol · 6,02·10
23
cząsteczek
x = ------------------------------------------------- = 1,37·10
23
cząsteczek
1 mol
Odpowiedź: W 10,00 g CO
2
znajduje się 1,37·10
23
cząsteczek.
Zadanie 3. Obliczyć procentową zawartość boru w minerale boraksie o wzorze
Na
2
B
4
O
7
·10H
2
O.
M
Na2B4O7·10H2O
= 2 · 22,99 + 4 · 10,81 + 7 · 16,00 + 10(2 · 1,01 + 16,00) = 381,37 g/mol
M
B
= 10,81 g/mol
381,37 g - 100%
4 • 10,81 g - x%
4 • 10,81 g · 100%
x = ------------------------- = 11,34%
381,37 g
Odpowiedź: Procentowa zawartość boru w boraksie wynosi 11,34%.
Zadanie 4. W wyniku reakcji H
2
S z SO
2
otrzymuje się S i H
2
O. Ile g siarki można
otrzymać z 5 g H
2
S zakładając, że ilość SO
2
jest wystarczająca do przereagowania
całej ilości H
2
S.
2 H
2
S
(g))
+ SO
2(g)
3 S
(s)
+ 2 H
2
O
(c)
M
H2S
= 2 · 1,0 + 32,1 = 34,1 g/mol
M
S
= 32,1 g/mol
Z 2 moli H
2
S powstają 3 mole siarki
68,2 g H
2
S - 96,3 g S
5 g - x g S
5 g · 96,3 g
x = ------------------- = 7,1 g
68,2 g
Odpowiedź: Z 5,0 g H
2
S można otrzymać 7,1 g S.
Zadanie 5. Ile gramów sodu należy użyć w reakcji z kwasem solnym HCl
aby otrzymać 20,0 g chlorku sodu NaCl.
2 Na + 2 HCl 2 NaCl + H
2
M
Na
= 23,0 g/mol M
NaCl
= 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol
Z 2 moli Na powstają 2 mole NaCl.
46,0 g Na - 117,0 g NaCl
x Na - 20,0 g NaCl
46.0 g · 20,0 g
x = ---------------------- = 7,9 g Na
117,0 g
Odpowiedź: Należy użyć 7,9 g sodu.
Zadanie 6. Chlorek pewnego pierwiastka 13 grupy układu okresowego zawiera
79,68% chloru. Obliczyć masę molową tego pierwiastka i wskazać jaki
to pierwiastek.
Wzór ogólny: Me
III
Cl
3
Zakładamy, że w 100 g związku znajduje się 79,68 g Cl i 20,32 g nieznanego
pierwiastka. Obliczamy ile moli Cl znajduje się w 79,68 g Cl.
M
Cl
= 35,5 g/mol
35,5 g Cl - 1 mol
79,68 g Cl - x moli
79,68 g · 1 mol
x = -------------------- = 2,24 mola Cl
35,5 g
Z treści zadania wiadomo, że na 3 mole Cl przypada 1 mol nieznanego pierwiastka.
Obliczamy ile moli nieznanego pierwiastka znajduje się w założonych 100 g
związku M
III
Cl
3
.
3 mole Cl - 1 mol nieznanego pierwiastka
2,24 mole Cl - x moli nieznanego pierwiastka
2,24 mol · 1 mol
x = -------------------------- = 0,75 mola nieznanego pierwiastka
3 mol
20,32 g nieznanego pierwiastka - 0,75 mola nieznanego pierwiastka
x g - 1 mol
20,32 g · 1 mol
x = ------------------------- = 27,09 g
0,75 mol
Masa molowa nieznanego pierwiastka wynosi 27,09 g/mol. Sprawdzamy w układzie
okresowym pierwiastków, który pierwiastek 13 grupy ma masę atomową
najbliższą tej wartości. Jest to glin M
Al
= 26,98 u.
Odpowiedź: wzór związku AlCl
3
.
Zadania
1.W próbce siarczku chromu Cr
2
S
3
znajduje się 8 g siarki. Ile g chromu
znajduje się w tej próbce.
2. Z 5 ton rudy pirytowej zawierającej siarczek żelaza FeS
2
otrzymano
850 kg żelaza. Obliczyć zawartość FeS
2
w procentach wagowych w tej rudzie.
3. Obliczyć skład procentowy (% wag.) dwuhydrokso węglanoglinianu sodu
NaAl(OH)
2
CO
3
.
4. Obliczyć procentową zawartość tytanu (% wag.) w minerale ilmenicie FeTiO
3
.
5. Do następującej reakcji 3 Na
2
O + 2 H
3
PO
4
2 Na
3
PO
4
+ 3 H
2
O
Użyto 10 g roztworu kwasu H
3
PO
4
, w którym kwas stanowi 50% wag.
Ile g Na
2
O trzeba do całkowitego przereagowania kwasu.
6. Reakcja spalania glinu w chlorze przebiega według następującego równania
2 Al
metal
+ 3 Cl
2
2 AlCl
3
Ile g Al trzeba użyć aby po spaleniu w atmosferze chloru otrzymać 20 g AlCl
3
.
7. Bromek pewnego pierwiastka 2 grupy układu okresowego zawiera
86,80% bromu. Obliczyć masę molową tego pierwiastka i wskazać jaki
to pierwiastek. Odp. magnez.
8. Ile gramów tlenku fosforu(V) P
2
O
5
należy wziąć do reakcji aby w reakcji
z wodą otrzymać 8,0 g kwasu ortofosforowego H
3
PO
4
?
Odp. 5,80 g
9. Ile gramów tlenku sodu Na
2
O należy wziąć do reakcji z tlenkiem siarki(IV)
SO
2
aby otrzymać 10,0 gramów siarczanu(IV) sodu Na
2
SO
3
?
Odp. 4,92 g
10. Wyprowadzić uproszczony wzór związku o składzie:
52,14% wag. Zn, 9,58% C, 38,28% O
Odp. ZnCO
3
11. Ile moli tlenu oraz wodoru zużyje się do wytworzenia 5,41 g wody.
Odp. 0,3 mola wodoru i 0.15 mola tlenu.
Zalecany zbiór zadań:
Alfred Śliwa, Obliczenia Chemiczne zbiór zadań z chemii nieorganicznej
i analitycznej wraz z podstawami teoretycznymi. PWN.
