Poniżej przedstawiam przykładowe sposoby rozwiązania zadań zaliczeniowych z Obliczeń chemicznych.

1A. Roztworzenie pewnej próbki stopu o ułamkach molowych Mg, Zn i Al odpowiednio równych 0,200, 0,300 oraz 0,500 wymagało 280 cm³ roztworu H₂SO₄ o stężeniu 35,0% i gęstości 1,26 g/cm³. Ile gramów magnezu zawierała ta próbka?

M_Mg = 24,3 g/mol M_Zn = 65,4 g/mol M_Al = 27,0 g/mol M_H2SO4 = 98,0 g/mol

Rozwiązanie:

1. odpowiedz na zadane pytanie: m_Mg = n_Mg*M_Mg

2. obliczenie n_Mg:

z relacji między ułamkami molowymi wynika:

N_Al/N_Mg = n_Al/n_Mg = 0,5/0,2=5/2=2,5 => n_Al=(5/2)n_Mg

N_Zn/N_Mg = n_Zn/n_Mg = 0,3/0,2=1,5 => n_Zn=(3/2)n_Mg

3. liczność zużytego kwasu:

n_kw=m_kw/M_kw = C_%kw*V_rkw*d_rkw/M_kw = 1,26 mol

n_kw = n_kwZn+n_kwAl+n_kwMg to jest ilość (liczność) zużytego kwasu

ponieważ n_kwZn = n_Zn, n_kwAl = (3/2)nAl, n_kwMg = nMg to:

n_kw = n_Zn+(3/2)n_Al+n_Mg = (3/2)nMg+(3/2)*(5/2)nMg+nMg = (25/4)nMg =>

n_Mg = (4/25)n_kw = (1,26*4/25) = 0,2016 mol

4. masa Mg:

z a) m_Mg = 0,2016*24,3 czyli m_Mg = 4,89888 g zatem prawidłowa odpowiedź: m_Mg = 4,90 g

1B. Roztworzenie pewnej próbki stopu o ułamkach molowych Mg, Zn i Al odpowiednio równych 0,150, 0,350 oraz 0,500 wymagało 280 cm³ roztworu HNO₃ o stężeniu 35,0% i gęstości 1,21 g/cm³. Ile gramów magnezu zawierała ta próbka?

M_Mg = 24,3 g/mol M_Zn = 65,4 g/mol M_Al = 27,0 g/mol M_HNO3 = 63,0 g/mol

Rozwiązanie:

Analogicznie jak 1B ale

N_Al/N_Mg = n_Al/n_Mg = 0,5/0,15 = 10/3 => n_Al=(10/3)n_Mg

N_Zn/N_Mg = n_Zn/n_Mg = 0,35/0,15 = 35/15 = 7/3 => n_Zn=(7/3)n_Mg

liczność zużytego kwasu:

n_kw=m_kw/M_kw = C_%kw*V_rkw*d_rkw/M_kw = 1,88222 mol

n_kw = n_kwZn+n_kwAl+n_kwMg to jest ilość (liczność) zużytego kwasu

ponieważ n_kwZn = 2n_Zn, n_kwAl = 3nAl, n_kwMg = 2nMg to:

n_kw = 2n_Zn+3n_Al+2n_Mg =2*(7/3)nMg+3*(10/3)nMg+2nMg = (50/3)nMg =>

n_Mg = (3/50)n_kw = (1,88222*3/50) = 0,1129332 mol

m_Mg = 0,1129332*24,3 czyli m_Mg = 2,74428 g zatem prawidłowa odpowiedź: m_Mg = 2,74 g

2A. Dany jest roztwór wodny dwóch zasad: Ba(OH)₂ i KOH. Obliczyć wartość ułamka molowego jonów OH^- w 150 g tego roztworu, którego gęstość wynosi 1,15 g/cm³, jeżeli stężenia zasad Ba(OH)₂ i KOH są równe odpowiednio 1,50 i 10,0 mol/dm³. Założyć całkowitą dysocjację zasad i brak dysocjacji wody. M_Ba = 137,3 g/mol M_K = 39,1 g/mol M_O = 16,0g/mol M_H = 1,01g/mol

Rozwiązanie:

1. odpowiedz na zadane pytanie: N_OH = n_OH/(n_OH- + n_Ba2+ + n_K+ + n_w)

gdzie n_OH- = 2n_Ba(OH)2 + n_KOH n_w = (m_r-ru-m_Ba(OH)2-m_KOH)/M_w

2. n_Ba(OH)2 = C_mBa(OH)2*m_r-ru/d_r-ru = 0,19565 mol

3. n_KOH = C_mKOH*m_r-ru/d_r-ru = 1,30435 mol

4. mnożąc liczności zasad przez ich masy molowe otrzymujemy masy zasad a zatem również n_w = (m_r-ru-m_Ba(OH)2-m_KOH)/M_w = 2,40255 mol

5. N_OH- = 0,30289 => odpowiedź: N_OH- = 0,303

2B. Dany jest roztwór wodny dwóch zasad: CsOH i RbOH. Obliczyć wartość ułamka molowego jonów OH^- w 200 g tego roztworu, którego gęstość wynosi 1,05 g/cm³, jeżeli stężenia zasad CsOH i RbOH są równe odpowiednio 1,50 i 5,20 mol/dm³. Założyć całkowitą dysocjację zasad i brak dysocjacji wody. M_Cs = 132,9 g/mol M_Rb = 85,5 g/mol M_O = 16,0 g/mol M_H = 1,01 g/mol

Rozwiązanie:

1. odpowiedz na zadane pytanie:

N_OH = n_OH/(n_OH- + n_Cs+ + n_Rb+ + n_w)

gdzie n_OH- = n_CsOH + n_RbOH n_w = (m_r-ru-m_CsOH-m_RbOH)/M_w

2. n_CsOH = C_mCsOH*m_r-ru/d_r-ru = 0,28571 mol

3. n_RbOH = C_mRbOH*m_r-ru/d_r-ru = 0,99048 mol

4. mnożąc liczności zasad przez ich masy molowe otrzymujemy masy zasad a zatem możemy wyznaczyć

n_w = (m_r-ru-m_CsOH-m_RbOH)/M_w =3,08739 mol

5. N_OH- = 0,22628 => odpowiedź: N_OH- = 0,226

3A. Mieszanina tlenku fosforu(V) - P₂O₅ oraz fosforanu(V) sodu - Na₃PO₄ zawiera 50,00%_mas. tlenu. Jaki jest udział masowy fosforu w tej mieszaninie?

M_P = 30,97g/mol M_O = 16,00 g/mol M_Na = 22,99 g/mol

Rozwiązanie:

1. odpowiedz na zadane pytanie:

X_P = m_P/m_miesz

gdzie m_P = (2n_tf + n_fs)*M_P a m_miesz można przyjąć dowolnie (np. 100 g)

2. uzyskać wartość n_P można układając dwa równania bilansowe, w których zmiennymi (niewiadomymi) będą liczności substancji składających się na mieszaninę (tf - P₂O₅, fs - Na₃PO₄):

1. n_tf*M_tf + n_fs*M_fs = m_miesz = 100 g

2. 5 n_tf*M_O + 4n_fs*M_O = 50,00%m_miesz

po rozwiązaniu układu otrzymujemy:

n_tf = 0,445791 mol n_fs = 0,224012 mol

zatem zgodnie z a)

X_P = (2n_tf + n_fs)*M_P/ m_miesz = 0,345499

Odpowiedź: X_P = 0,3455

3B. Mieszanina tlenku glinu - Al₂O₃ oraz soli sodowej - NaAlO₂ zawiera 40,00%_mas. tlenu. Jaki jest udział masowy glinu w tej mieszaninie?

M_Al = 26,98 g/mol M_O = 16,00 g/mol M_Na = 22,99 g/mol

Rozwiązanie:

1. odpowiedz na zadane pytanie:

X_P = m_Al/m_miesz

gdzie m_Al = (2n_tg + n_s)*M_Al a m_miesz można przyjąć dowolnie (np. 100 g)

2. uzyskać wartość n_Al można układając dwa równania bilansowe, w których zmiennymi (niewiadomymi) będą liczności substancji składających się na mieszaninę (tg - Al₂O₃, s - Na_AlO₂):

3. n_tg*M_tg + n_s*M_s = m_miesz = 100 g

4. 3n_tg*M_O + 2n_s*M_O = 40,00%m_miesz

po rozwiązaniu układu otrzymujemy:

n_tg = 0,11729 mol oraz n_s = 1,074065 mol

zatem zgodnie z a)

X_Al = (2n_tg + n_s)*M_P/ m_miesz = 0,353072

Odpowiedź: X_Al = 0,3531

4A. W celu otrzymania osadu BiI₃ zmieszano 120 cm³ roztworu Bi(NO₃)₃ o stężeniu 0,150 mol/dm³ oraz 8,25 g NaI. Po oddzieleniu i przemyciu osadu otrzymano 0,140 dm³ roztworu. Oblicz stężenie molowe NaNO₃ w tym roztworze.

M_Bi = 208,98 g/mol M_Na = 22,99 g/mol M_N = 14,01 g/mol M_O = 16,00 g/mol M_I = 126,9 g/mol

Rozwiązanie:

(indeksy: as - NaNO₃, ab - Bi(NO₃)₃, js - NaI, rk - r-r końcowy)

Cm_as = n_as/V_rk

Punkt krytyczny (jeśli nie zaznaczyłeś go w rozwiązaniu masz problem!):

z reakcji Bi(NO₃)₃ + 3NaI = BiI3 + 3NaNO₃

wynika, że n_as = min(3n_ab; n_js) albo jeżeli (n_js/n_ab) > 3 => n_as = 3n_ab w przeciwnym razie n_as = n_js

Konieczność rozpatrzenia takiego warunku wymaga obliczenia liczności obu substratów:

n_ab = Vr_ab*cm_ab = 0,120*0,150 = 0,0180 mol

n_is = m_js/M_js = 8,25/149,89 = 0,05504 mol

n_as = min(3*0,018=0,054; 0,05504)

albo jeżeli (0,05504/0,018) =3,0578> 3 => n_as = 3n_ab

zatem n_as = 3*0,018=0,054 mol => cm_as = 0,054/0,140 = 0,38571 mol/dm³

Odpowiedź: cm_as = 0,386 mol/dm³

4B. W celu otrzymania osadu Ag₃PO₄ zmieszano 150 cm³ roztworu AgNO₃ o stężeniu 0,250 mol/dm³ oraz 4,246 g K₃PO₄. Po oddzieleniu i przemyciu osadu otrzymano 0,170 dm³ roztworu. Oblicz stężenie molowe KNO₃ w tym roztworze.

M_Ag = 107,9 g/mol M_K = 39,1 g/mol M_P = 30,97g/mol M_O = 16,00 g/mol M_N = 14,01 g/mol

Rozwiązanie:

(indeksy: fp - K₃PO₄, as - AgNO₃, ap - KNO₃, rk - r-r końcowy)

Cm_ap = n_ap/V_rk

Punkt krytyczny:

z reakcji 3AgNO₃ + K₃PO₄ = Ag₃PO₄ + 3KNO₃

wynika, że n_ap = min(3n_fp; n_as) albo jeżeli (n_as/n_fp) > 3 => n_ap = 3n_fp w przeciwnym razie n_ap = n_as

Konieczność rozpatrzenia takiego warunku wymaga obliczenia liczności obu substratów:

n_as = Vr_as*cm_as = 0,150*0,250 = 0,0375 mol

n_fp = m_fp/M_fp = 4,246/212,27 = 0,0200028 mol

n_ap = min(3*0,0200=0,0600; 0,0375) = 0,0375

albo jeżeli (0,0375/0,0200) = 1,875 < 3 => n_ap = n_as

zatem n_ap = n_as=0,0375 mol => Cm_ap = 0,0375/0,170 = 0,220588235 mol/dm³

Odpowiedź: cm_as = 0,221 mol/dm³

(jb)

---