Zad. 1. Obliczyć zawartość wody krystalizacyjnej w 500 g kamienia gipsowego. MCa = 40,1, Ms = 32, MH = 1, MO = 16.

Rozwiązanie

Masy molowe kamienia gipsowego CaSO4•2H2O i wody wynoszą odpowiednio

M CaSO4 • 2H2O = 40,1 +32 +4•1 +6•16 = 172,1 g/mol

M H2O = 2•1 + 16 = 18 g/mol

W jednej cząsteczce CaSO4•2H2O zawarte są dwie cząsteczki wody,

stąd

172,1 g - 36 g

500 g - x g

x=104,6 g

Odp.:500 g kamienia gipsowego zawiera 104,6 g wody krystalizacyjnej.

Zad. 2. Obliczyć w procentach zawartość tlenków w składniku gliny — kaolinicie o wzorze chemicznym A12O3•2

SiO2•2 H2O. MAl = 27, MSi = 28,1, MH = 1, MO - 16.

Rozwiązanie

Jak wynika ze wzoru sumarycznego cząsteczki kaolinitu, przedstawionego w formie tlenkowej (nie odzwierciedlającego

struktury związku) jeden mol tego związku zawiera jeden mol tlenku glinu, dwa mole tlenku krzemu, dwa mole wody. Masy

molowe poszczególnych tlenków wynoszą:

MAl2O3= 2•27 +3•16 = 102 g/mol,

MSiO2 = 28,1 +2•16 = 60,1 g/mol,

MH2O = 16+2•1 = 18 g/mol,

M A12O3•2 SiO2•2 H2O = 102+2•60,1+2•18 - 258,2 g/mol

Tak więc 258,2 g kaolinitu zawiera 102 g A12O3, 120,2 g SiO2, 36 g H2O. Wagowy udział tych tlenków w procentach wynosi

odpowiednio:

xAl2O3=(102/258,2)•100=39,5%

xSiO2=(120,2/258,2) •100=46,5%

xH2O=(36/258,2)•100=14%

Odp.: Kaolinit składa się z 39,5% A12O3, 46,5% SiO2, 14,0% H2O.

Zad. 3. Ile dm3 wody należy dodać, aby gaszenie (uwadnianie) 100 kg wapna palonego przebiegało w sposób

stechiometryczny ? MCa = 40,1, MH = 1, MO = 16.

Dla uproszczenia należy pominąć wodę traconą przez odparowanie na skutek egzotermiczności procesu.

Rozwiązanie

CaO + H2O = Ca(OH)2

Jak wynika z równania reakcji tlenek wapniowy reaguje z wodą w stosunku molowym 1:1.

Masa molowa CaO wynosi MCa = 40,1 + 16 = 56,1 g/mol

100 kg CaO stanowi nCaO =100•103 /56,1= 1,78•103 mol

1 mol H2O - 18 g

1,78•103 mol H2O - x g

x=32,0•103 g

r= 1 g/cm3, zatem mH2O=32,0•103 g równa się VH2O = 32,0•103 cm3 = 32,0 dm3

Zad. 4. Obliczyć, ile wapna palonego i jaką objętość dwutlenku węgla (w warunkach p = 1 atm, t = 23°C) otrzyma się z

wypalenia jednej tony wapienia, zakładając że z powodu zanieczyszczeń surowca oraz niecałkowitego rozkładu CaCO3

wydajność procesu wyniesie 80%. MCa = 40,1, MC = 12, MO = 16.

Rozwiązanie

CaCO3 temp._ CaO + CO2

W wyniku rozkładu jednego mola węglanu powstaje jeden mol tlenku wapniowego i jeden mol dwutlenku węgla. Tak więc,

biorąc pod uwagę masy molowe odpowiednich związków: MCaCO3 = 100,1 g/mol, MCaO= 56,1 g/mol, MCO2 = 44,0 g/mol, jak

również to,że rozkładowi uległo 0,8 t węglanu, można napisać

100,1 g CaCO3 - 56,1 g CaO

800 x 103g CaCO3 - x g CaO

x=448,4 x 103 g CaO , a mCO2= 800 x 103 g CaCO3 - 448,4 x 103g CaO = 351,6 x 103g

Z prawa Avogadra wynika, że w warunkach normalnych, tj. przy ciśnieniu p = 0,1 MPa (1 atm) i temperaturze T = 273,16 K

(0°C) jeden mol cząsteczek CO2 zajmuje objętość 22,4 dm3. W rozpatrywanym procesie otrzymano

nCO2=351,6•103 g/44g/mol=7990,9 mol

Objętość CO2 w warunkach normalnych wynosi

V = 22,4•7990,9 = 178996,2 dm3

V = 179 m3

Dla przemiany izobarycznej, zgodnie z prawem Gay-Lussaca

V0/T0=V1/T1 , p = const,

V0=179 m3, T1=296,16 K, T0=273,16 K

V1= V0 T1/T0 = 194,1 m3

Odp.:W warunkach podanych w zadaniu objętość otrzymanego gazu wynosi 194,1 m3, a masa wapna palonego

448,4 x 103 g.

Zad. 5. Który ze związków jest bogatszy w żelazo — syderyt FeCO3 czy piryt FeS2 ?

Rozwiązanie: Obliczamy względne masy cząsteczkowe obu związków:

MFeCO3 = 1 • 55,85 + 1 • 12,01 + 3 • 16,00 = 115,9 g/mol

MFeS2 = 1 • 55,85 + 2 • 32,06 =120,0 g/mol

Obliczamy zawartość żelaza w syderycie

x%Fe =55,85•100/115,9= 48,19%

Obliczamy zawartość żelaza i siarki w pirycie:

x%Fe =55,85•100/120,0= 46,53%

Odp.:Bogatszy w żelazo jest syderyt.

Zad. 6. Podać skład procentowy ortoklazu w przeliczeniu na tlenki. Wzór ortoklazu K2Al2Si6016.

Rozwiązanie: Wzór ortoklazu możemy przedstawić w postaci połączenia tlenkowego

K2Al2Si6O16 = K2O • A12O3 • 6SiO2 Obliczamy względne masy cząsteczkowe poszczególnych tlenków:

MK2O = 2 • 39,10+1 • 16,00 = 94,20 g/mol

MAl2O3 = 2 • 26,98+3 • 16,00 = 102,0 g/mol

MSiO2 = 1 • 28,09+2 • 16,00 = 60,09 g/mol

Względna masa1 cząsteczkowa ortoklazu wynosi

M K2Al2Si6O16=556,7 g/mol

Zawartość procentową każdego z tlenków w ortoklazie obliczamy z odpowiedniego wzoru:

x% K2O = 94,20•100% /556,7= 16,92%

x% A12O3 = 102,0• 100%/556,7 = 18,32%

x% SiO2=360,5•100%/556,7=64,76%

Zad. 7. Ile gramów uwodnionego siarczanu cynku ZnSO4 • 6H2O można otrzymać przez rozpuszczenie w kwasie

siarkowym 130,7 g cynku ?

Rozwiązanie: Obliczamy, ile gramoatomów cynku zawiera 130,7 g tego metalu. W tym celu dzielimy masę cynku przez jego

względną masę atomową

n=130,7/65,37= 2,000 gramoatomy

Z każdego gramoatomu cynku po rozpuszczeniu w kwasie otrzymamy 1 gramojon jonów cynkowych, gdyż reakcja przebiega

według równania

Zn + 2H+ _ Zn2+ + H2

Z każdego zaś gramojonu Zn2+ możemy uzyskać 1 mol uwodnionego siarczanu cynku (po odparowaniu nadmiaru wody).

Zatem z 2 gramoatomów metalicznego cynku uzyskujemy 2 mole ZnS04 • 6H2O. Aby przeliczyć to na gramy, obliczany

masę cząsteczkową ZnSO4 • 6H2O

MZnSO4 • 6H2O = 65,37 + 32,06 + 4 • 16,00 + 6(16,00 + 2,016) - 269,5 g/mol, a zatem 2 mole ZnSO4 • 6H2O, to 2 • 269,5 =

539,0 g.

Odp.: Przez rozpuszczenie w kwasie siarkowym 130,7 g cynku można otrzymać 539,0 g uwodnionego siarczanu cynku

ZnSO4 • 6H2O.

Zad. 8. Ile litrów tlenu zużywa się podczas spalania jednego dm3 a) etanu C2H6, b) etylenu C2H4, c) acetylenu C2H2 ?

Rozwiązanie: a) Piszemy równanie reakcji spalania etanu

2C2H6 + 7O2 _ 4CO2 + 6H2O

Z równania tego wynika, że na spalenie 2 moli etanu potrzeba 7 moli tlenu. Układamy proporcję uwzględniając, że 1 mol

gazu zajmuje objętość 22,4 dm3 (zakładamy, że badane gazy zostają sprowadzone do warunków normalnych)

2 • 22,4 dm3 C2H6 reaguje z 7 • 22,4 dm3 O2

1,00 dm3 C2H6 reaguje z x dm3 O2

x = 3,5 dm3 O2 b) Piszemy równanie reakcji spalania etylenu

C2H4 + 3O2 _ 2CO2 + 2H2O

1 • 22,4 dm3 C2H4 reaguje z 3 • 22,4 dm3 O2

1,00 dm3 C2H4 reaguje z x dm3 O2

x= 3,0 O2

Z równania widać, Ŝe na spalenie 1 litra etylenu potrzeba 3 litry tlenu, ponieważ etylen reaguje z tlenem w stosunku

objętościowym 1:3.

c) Reakcja spalania acetylenu ma postać

2C2H2 + 5O2 _ 4CO2 + 2H2O

2 • 22,4 dm3 C2H2 reaguje z 5 • 22,4 dm3 O2

1,00 dm3 C2H2 reaguje z x dm3 O2

x= 2,5 O2

Zad.9. Przez wyprażenie 50 g wapienia otrzymano 20 g dwutlenku węgla. Jaka jest procentowa zawartość węglanu

wapniowego w tym wapieniu ?

Rozwiązanie

MCaCO3 = 100,1 g/mol, MCO2 = 44,0 g/mol

CaCO3 temp._ CaO + CO2 100,1 g CaCO3 - 44 g CO2

x g CaCO3 - 20 g CO2

x= 45,5 g CaCO3

x%=45,5•100%/50=91%

Odp.: Zawartość procentowa CaCO3 w tym wapieniu wynosi 91%.

Zad. 10. Reakcja syntezy amoniaku z wodoru i azotu w warunkach przemysłowych przebiega z 25%-ową wydajnością.

Obliczyć, ile dm3 azotu wzięto do reakcji, jeżeli otrzymano 100 dm3 amoniaku (warunki normalne).

Rozwiązanie

N2 + 3H2 _ 2NH3

1 mol N2• 22,4 dm3 - 2 mol NH3 •22,4 dm3

x dm3 N2 - 100 dm3 NH3

x= 50 dm3

50 dm3 N2 - 25%

x dm3 N2 - 100%

x= 200 dm3

Odp.: należy użyć 200 dm3 N2.

Zad. 11.Stężenie jonów wodorotlenowych w roztworze jest równe 2•10 -3 gramojonu/dm3. Jakie jest pH roztworu?

Rozwiązanie:

Z wyrażenia na iloczyn jonowy wody wynika, że

pKw = pH + pOH = 14 pOH = -log 2 • 10-3 = 2,7, a więc pH = 14 - pOH == 14 - 2,7 = 11,3

Odp.: Roztwór posiada pH=11,3

Zad. 12. W roztworze mocnego kwasu stężenie jonów wodorowych wynosi 3•10 -2 gramojonu/dm3. Jak zmieni się pH

tego roztworu po rozcieńczeniu go wodą a) dwukrotnie, b) pięciokrotnie ?

pH1 = -log 3•10 -2 = 1,52, pH2 = -log (3•10 -2)/2 = 1,82, pH3 = -log (3•10 -2)/5 = 2,22

Odp.: Po rozcieńczeniu dwukrotnym pH=1,82, a po rozcieńczeniu pięciokrotnym pH=2,22.

Zad. 13. Zmieszano 100 cm3 roztworu mocnego kwasu o pH1 = 1,4 i 100 cm3 roztworu tego samego kwasu o pH2 = 2,7.

Obliczyć pH3 otrzymanego roztworu.

Rozwiązanie

[H+]1 =C1= 10-pH1= 10-1,4=0,04 gramojonu/dm3, [H+]2 =C2=10-pH2=10-2,7=0,002 gramojonu/dm3

Z reguły mieszania C1•V1 + C2•V2 = C3(V1+V2) ,

C3=( C1•V1 + C2•V2)/ (V1+V2)= (0,04•0,1+0,002•0,1)/0,2=0,021 gramojonu/dm3, pH3= - log 0,021= 1,68

Odp.: Roztwór otrzymany po zmieszaniu posiada pH3=1,68.

Zad. 14. Do jakiej objętości należy rozcieńczyć 100 cm3 0,1 m roztworu HC1, aby pH roztworu wzrosło o dwie jednostki?

Rozwiązanie

HCl jest mocnym kwasem, który jest w 100% zdysocjowany w roztworze stąd jego stężenie równa się stężeniu jonów

wodorowych. pH1= - log 0,1= 1. Po rozcieńczeniu pH ma wzrosnąć o dwie jednostki pH2= 1+2=3, zatem C2=10-pH2=0,001

gramojonu/dm3

C1•V1=C2•V2, V2= C1•V1/C2=0,1•0,1 /0,001= 10 dm3.

Odp.: Roztwór należy rozcieńczyć do objętości 10 dm3.

Zad. 15. Jednozasadowy kwas jest w roztworze wodnym o pH = 3 zdysocjowany w 46%-ach. Obliczyć pKa tego kwasu.

Rozwiązanie

pH=3, zatem [H+]=10-pH= 0,001 gramojonu/dm3, a=46%=0,46,

a=[H+]/c, stąd c = [H+]/a = 0,001/0,46 = 0,0022 mol/dm3

Ka=a2•c/(1- a)=(0,46)2• 0,0022/0,54=8,6•10-4 mol/dm3

pKq= - log Ka= - log 8,6•10-4= 3.06

Odp.: Jednozasadowy kwas posiada pKa=3,06.

Zad. 16. Obliczyć stężenie jonów wodorowych w 10-1 m roztworze słabego kwasu, którego stała dysocjacji wynosi

10 -4,2 mol/dm3.

Rozwiązanie

Zakładając, że dysocjacja kwasu jest nieznaczna, tj.

Ka=a2•c/(1- a), jeżeli a<<1, to Ka» a2•c, stąd a=(Ka/c)0,5 = 0,025

a=[H+]/c, to [H+] = a•c = 0,025•0,1= 0,0025 gramojonu/dm3

Odp.: Stężenie jonów wodorowych wynosi [H+] = 0,0025 gramojonu/dm3

Zad. 17. Obliczyć stężenie jonów wodorowych i pH w roztworze kwasu mrówkowego o stężeniu 10 -3 m. Stała dysocjacji

kwasu mrówkowego wynosi 1,6 • 10 -4mol/dm3.

Rozwiązanie:

Jeżeli posłużymy się założeniem takim jak powyżej, to otrzymamy

[H+] » (Ka•c)0,5 = 4,0 • 10-4gramojonu/dm3 , stąd pH= - log 4,0 • 10-4 = 3,4

Odp.: Stężenie jonów wodorowych wynosi [H+] = 4,0 • 10-4gramojonu/dm3, a pH=3,4.

---