Repetytorium 1 - podstawowe
pojęcia i prawa chemiczne
Dr hab.inż. DANIELA SZANIAWSKA, prof.nadzw.
Zakład Chemii i Inżynierii Środowiska
WM, AM
Szczecin 2011
Literatura uzupełniająca
1. L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna, cząsteczki, materia,
reakcje, Wyd.Nauk. PWN Warszawa 2004
2. W. Danikiewicz, Chemia organiczna dla licealistów, Ofic.
Eduk. Warszawa 1997
3. T. Gałamon, Chemia, Repetytorium dla kandydatów na
akademie medyczne, Ofic. Wyd. Medyk, Warszawa 2003
4. M. Kwaśniak, Chemia przed egzaminem na akademie
medyczne, Wyd. lek. PZWL, Warszawa, 1999
5. K. M. Pazdro, Zbiór zadań z chemii dla szkół średnich, Wyd.
Eduk. Warszawa 1992
6. Z. Matysikowa, F. Karczyński, T. Bąk, Zbiór zadan z chemii
nieorganicznej dla szkół średnich, Wyd. Szkol. i Pedag.
Warszawa 1992
zagadnienia
1. Podstawowe pojęcia chemiczne
2. Podstawowe prawa chemiczne
3. Stechiometria wzorów chemicznych
4. Skład ilościowy związku chemicznego
5. Podstawowe reakcje związków
organicznych
1. Podstawowe pojęcia chemiczne
Podstawowe pojęcia
qð materia  ma masÄ™ i objÄ™tość
qð substancja chemiczna  pojedyncza, czysta forma materii
( nie mieszanina)
qð pierwiastek chemiczny  substancja zÅ‚ożona z atomów
jednego rodzaju, posiada nazwÄ™ i symbol chemiczny
qð zwiÄ…zek chemiczny  substancja zÅ‚ożona z dwóch lub
większej liczby pierwiastków, w określonym stosunku
(prawo stałości składu)
qð mieszaniny  mieszaniny substancji (materiaÅ‚y, które nie
sÄ… czystymi pierwiastkami, ani czystymi zwiÄ…zkami)
Przykład
Co oznaczają następujące symbole i wzory
qð H, 2H, Cu, 3 Cu
qð O2, 2 O2,
qð Fe, FeS, FeO
qð P, 4P, P4, 3P4
Jak oznacza się za pomocą symboli i wzorów
qð 1 atom wodoru, 2 atomy wodoru
qð 1 czÄ…steczkÄ™ tlenu, 2 czÄ…steczki tlenu
qð Atom żelaza, czÄ…steczkÄ™ siarczku żelaza (II), czÄ…steczkÄ™ tlenku
żelaza (II)
qð Atom fosforu, 4 atomy fosforu, 1 czÄ…steczkÄ™ czteroatomowÄ…
fosforu, 4 czÄ…steczki czteroatomowe fosforu
Przykład
Ustalić stosunek liczby atomów żelaza do liczby
atomów tlenu w związku o wzorze sumarycznym
Fe2O3
qð 2:3 = 1:1,5
Ustalić wzór sumaryczny związku jeśli stosunek
liczby atomów żelaza do tlenu wynosi 1: 1,5
qð Fe2O3
W zwiÄ…zku chemicznym NaxSyOz stosunek x:y = 1:1,
a x:z = 2:3; ustalić wzór sumaryczny
qð Na2S2O3
Podstawowe pojęcia cd
Mol  liczność materii  liczba atomów
zawarta w 12 g C-12
23
Liczba Avogadra  6,023 x 10 - liczba
czÄ…stek w 1 molu substancji
Masa molowa pierwiastka  masa mola
jego atomów
Masa molowa zwiÄ…zku chemicznego  masa
molowa czÄ…steczek zwiÄ…zku
Przykład
Obliczyć masę atomową pierwiastka , jeżeli
-23
jego atom ma masÄ™ 5,32 x 10 g:
Wykonanie obliczenia:
MP [g/mol] = liczba Avogadra [1/mol] x masa atomu [g]
=
23 -23
6, 023 x 10 x 5,32 x 10 = 32, 06 g/mol = 32
(siarka)
Uwaga  w typowych obliczeniach masÄ™ atomowÄ…
pierwiastków zaokrągla się do liczb całkowitych
( Cl = 35,5 g/mol)
Przykład
Obliczyć masę molową/cząsteczkową:
qð H2O
qð CO2
qð NaOH
qð H2SO4
Przeliczanie
1. moli na masÄ™
m = n x M
m- masa próbki, g
n - liczna moli
M- masa molowa g/mol
2. masy na mole
n = m/M
Przykład
Mennica zużywa 10 moli atomów Cu do
produkcji 10 tys. jednocentówek
(zawierających 2,5% miedzi); obliczyć
potrzebnÄ… do tego masÄ™ miedzi:
m = 10 moli x 63,54 g/mol = 635,4g
Przykład
W stacji uzdatniania wody stosowany jest
chlor do dezynfekcji wody; zapotrzebowanie
dzienne wynosi 300 moli atomów Cl; do
dyspozycji jest zbiornik zawierajÄ…cy 15 kg
chloru; czy jest to ilość wystarczająca ( jaka
liczba moli atomów Cl zawarta jest w 15 kg
chloru)
n = m/M = 15 000g /35,45 g/mol = 423 moli
Przykład
Obliczyć stosunek wagowy pierwiastków w
związkach ( najmniejsze liczby całkowite):
qð CO2, Fe2S3, C6H12O6
Obliczyć wartości indeksów
stechiometrycznych w zwiÄ…zkach
qð P2Ox ( masa molowa 110g/mol)
qð C2Hx ( 30 g/mol)
qð H4PxO7 ( 178 g/mol)
przykład
Trójwartościowy pierwiastek tworzy siarczek
o masie molowej 1,47 raza większej od
tlenku tego pierwiastka, jaki to pierwiastek
2. Podstawowe prawa chemiczne
Prawo stałości składu (Prousta)
Każdy związek chemiczny ma ściśle określony
skład - Stosunek wagowy pierwiastków w
związku chemicznym jest stały bez względu na
masę próbki
Prawo stosunków wielokrotnych (Daltona)
jeżeli dwa pierwiastki tworzą kilka związków to
ilości wagowe jednego pierwiastka przypadające
na tę samą ilość drugiego pierwiastka pozostają
do siebie w stosunku niewielkich liczb
całkowitych
Prawo Daltona
Uzasadnić prawo stosunków wielokrotnych
na przykładzie
qð tlenków wÄ™gla (II) oraz (IV)
qð tlenków azotu (III) oraz (V)
3.Stechiometria wzorów chemicznych
Z rozkładu pewnej próbki wody otrzymano 1 g
wodoru i 8 g tlenu; ile wodoru i tlenu powstanie
z rozkładu próbki wody o masie 36 g:
H : O = 1 : 8
Próbka wody o masie 36 [g] zawiera x [g] H i y
[g] O
Układ równań:
x + y = 36 x = 4 g
x/y 1/8 y = 32 g
4. Skład ilościowy związku chemicznego
Obliczyć skład % CO2:
% zawartość pierwiastka = masa pierwiastka w
1 molu zwiÄ…zku / masa molowa zwiÄ…zku x
100%
% zawartość węgla = 12/44 x 100% = 27,3
% zawartość tlenu = 32/44 x 100% = 72,7
-------------------------------------------------------
Razem 100%
Skład ilościowy związku chemicznego
Obliczyć skład % związku tlenu z węglem
jeśli stosunek wagowy węgla do tlenu wynosi
3 : 8
%C = (3/3+8) x 100% = 27,3
%O = (8/3+8) x 100% = 72,7
---------------------------------------
Razem 100%
Ustalanie wzoru chemicznego na
podstawie składu ilościowego związku
Podać wzór sumaryczny związku o składzie 59%
sodu i 41% tlenu; masa molowa zwiÄ…zku wynosi 78
g/mol
Problem do rozwiązania: NayOz  obliczyć wartości
indeksów stechiometrycznych y i z
Obliczenia:
(Y x 23)/78 = 0,59 y = 2 Na2O2
(z x 16)/78 = 0,41 z = 2
Sprawdzenie:
MNa2O2 = 2 x 23g/mol + 2 x 16 g/mol = 78g/mol
przykład
Fosforan (V) pewnego metalu ma masÄ™
czÄ…steczkowÄ… 212 g/mol i zawiera 30,2%
tlenu; zidentyfikować atom metalu w tym
zwiÄ…zku
RozwiÄ…zanie problemu:
Sól kwasu H3PO4
Wzór soli: X3PO4, X3(PO4)2; XPO4
Ustalenie liczby atomów tlenu w związku
Masa tlenu w zwiÄ…zku = 212 x 0,302 = 64g
Liczna atomów = 64g/16 g/mol = 4; P:O = 1:4
Zawartość metalu : 100  31/212 - 30,2 % = 55.2%
212x0.552 = 117g (nie ma metalu III o masie
117g/mol)
Masa atomowa metalu 117/3 = 39g/mol potas, K
5. Podstawowe reakcje w chemii
organicznej
Chlorowanie benzenu i toluenu
Utlenianie toluenu i ksylenu
Nitrowanie benzenu
Reakcje polimeryzacji
Reakcje redox z udziałem związków
organicznych
Przykład - chlorowanie benzenu 
aromatyczne podstawienie elektrofilowe
C6H5Cl  jedna monopochodna
C6H4Cl2  3 dichlorobenzeny
qð 1,2 - orto; 1,3, meta-; 1,4, para-
C6H3Cl3  3 trichlorobenzeny
qð 1,2,3 - ; 1,2,4- ; 1,3,5 -
C6H2Cl4  3 tertachlorobenzeny
qð 1,2,3,4 - ; 1,2,3,5-; 1,2,4,5 -
C6HCl5  1 pentachlorobenzen
C6Cl6  1 heksachlorobenzen
Przykład  chlorowanie toluenu
Chlorowanie pierścienia
qð Na zimno, kat Fe ( w ciemnoÅ›ci i bez kat nie reaguje)
qð Główne produkty  2 i 4 chlorotoluen  C6H4(CH3)Cl
Chlorowanie łańcucha bocznego
qð Na gorÄ…co + Å›wiatÅ‚o (bez kat)
qð C6H5CH2Cl- fenylochlorometan; chlorek benzylu
qð C6H5CHCl2- fenylodichlorometan; chlorek benzylidenu
qð C6H5CCl3  fenylotrichlorometan; chlorek benzylidynu
Porównanie zachowania się toluenu i
heksanu wobec bromu
W ciemności + kat  podstawienie wodoru na
pierścieniu
Na świetle bez kat  podstawienie wodoru w
łańcuchu bocznym
Grupy arylowe
C6H5  fenylowa
C6H5CH2- benzylowa
Przykład  utlenianie toluenu
Boczny łańcuch może być łatwo utleniony do
grupy karboksylowej
Powstaje kwas benzoesowy - C6H5COOH
Przykład  utlenianie ksylenu
Ortoksylen (1,2) - bezwodnik kwasu
ftalowego  kwas ftalowy, kwas benzeno-1,2-
dikarboksylowy - 1,2-C6H4(COOH)2
Paraksylen (1,4)  kwas tereftalowy  kwas
benzeno-1,4-dikarboksylowy  1,4-
C6H4(COOH)2
definicje
Reakcje podstawienia w c. organicznej
qð ZwiÄ…zki alifatyczne  podstawienie
wolnorodnikowe  np. H przez Cl i nukleofilowe -
np. Cl przez OH - otrzymywanie alkoholi z
halogenków
Halogenki  jony utworzone przez fluorowce
qð Fluorek, chlorek, bromek, jodek
qð Halogenki alkilowe - np.CH3Cl
Właściwości alkanów
Mało reaktywne
Nie reagujÄ… z wodÄ… bromowÄ… ( nie odbarwia siÄ™)
Reagują z fluorowcami na świetle - reakcja
podstawienia  łańcuchowy mechanizm
wolnorodnikowy- najszybciej ulegajÄ… podstawieniu
III rzędowe atomy wodoru, potem II i najtrudniej I ( w
C3H8 jest 6 H  I i 2-II)
Podstawowa reakcja spalanie - pełne do CO2 i H2O
qð Najszybciej spalajÄ… siÄ™ gazowe, np.CH4  C4H10
qð C5  C15  ciecze
qð >C16  ciaÅ‚a staÅ‚e
Nitrowanie benzenu
Reakcja z mieszaniną stężonych kwasów
HNO3 i H2SO4
Powstaje nitrobenzen - C6H5NO2
Alkany nie reagujÄ… nie ulegajÄ… nitrowaniu
Reakcja polimeryzacji
Tetrafluoroeten Ä…ð politetrafluoroeten, teflon,
PTFE
n CF2=CF2 Ä…ð -[CF2-CF2]n
Aldehyd mrówkowy Ä…ð poliformaldehyd
(paraform)
n HCHO + H2O Ä…ð H-[-O-CH2-]n-OH
Reakcje redox z udziałem związków
organicznych
Utlenianie propan-2-olu do propanonu
dwuchromianem (VI) potasu w wodnym
roztworze kwasu siarkowego (VI)
Schemat reakcji
CH3CH(OH)CH3 + Cr2O7-2 + H+ = CH3COCH3 +
Cr+3 + H2O
Równania połówkowe
1) Cr2O7-2 + 6e Ä…ð 2Cr+3
+ 14H+ Ä…ð + 7H2O
-----------------------------------------------
Cr2O7-2 + 14H+ + 6e Ä…ð 2Cr+3 + 7H2O
2) CH3CH(OH)CH3 Ä…ð CH3COCH3 + 2H+ +2 e/ x 3
-----------------------------------------------------------
3 CH3CH(OH)CH3 Ä…ð 3 CH3COCH3 + 6H+ + 6 e
Podsumowanie równań połówkowych
3 CH3CH(OH)CH3 + Cr2O7-2 + 14H+ + 6e Ä…ð 3
CH3COCH3 + 6H+ + 6 e + 2Cr+3 + 7H2O
----------------------------------------------------------
Postać jonowa
3 CH3CH(OH)CH3 + Cr2O7 -2 + 8H+ Ä…ð 3
CH3COCH3 + 2Cr+3 + 7H2O
Postać cząsteczkowa
3 CH3CH(OH)CH3 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 Ä…ð 3
CH3COCH3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O