Rozwiązanie zadań

Wybrane z wcześniejszy lat

1. Mając do dyspozycji następujące substancje, zaproponuj sześć równań reakcji, w wyniku których powstaną sole (podaj nazwy powstałych soli) : tlenek wapnia, wodorotlenek sodu, cynk, tlenek siarki(IV), kwas solny, siarka.

Rozwiązanie; Jeszcze raz wymieńmy dane substancje: CaO; NaOH; Zn; SO₂, HCl; S

Aby ułatwić zestawienie reagujących substancji dokonujemy ich podziału na substancje o charakterze zasadowym i kwasowym.

Substancje zasadowe - CaO; NaOH; Zn

Substancje kwasowe - SO₂; HCl; S

Kolejno rozważamy wszelkie kombinacje: czynnik kwasowy - czynnik zasadowy, określając prawdopodobieństwo zajścia reakcji

• CaO + SO₂ = CaSO₃ - siarczan(IV) wapnia

• CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O - chlorek wapnia

• CaO + S - reakcja nie zachodzi

• NaOH + SO₂ = NaHSO₃ - wodorosiarczan(IV) sodu

• 2NaOH + SO₂ = Na₂SO₃ + H₂O - siarczan(IV) sodu

• NaOH + HCl = NaCl + H₂O - chlorek sodu

• NaOH + S - reakcja nie zachodzi

• Zn + SO₂ - reakcja nie zachodzi

• Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂ - chlorek cynku

• Zn + S = ZnS - siarczek cynku

• Do 50 g 30% roztworu dodano 300 g wody. Oblicz skład procentowy otrzymanego roztworu.

Rozwiązanie:

Dane:

m_r = 50 g

c_p = 30%

m_woda 300 g

Szukane:

c_p = ?

Rozwiązanie: podano propozycję jednego ze sposobów rozwiązania

Krok I - obliczy ilość substancji w roztworze przed rozcieńczeniem m_s = 30% z 50 g = 15g

Krok II - obliczamy masę roztworu po rozcieńczeniu m_r = 50g + 300g = 350g

Krok II - obliczamy stężenie roztworu po rozcieńczeniu

350 g roztworu stanowi 100%

15 g substancji rozpuszczonej stanowi c_p c_p= 4,3%

Odpowiedź: Stężenie roztworu po rozcieńczeniu wyniesie 4,3%

3. Obliczyć procentową zawartość NaOH w roztworze o stężeniu 8 mol/dm³ Gęstość roztworu wynosi d = 1,275 g/cm³

Dane:

c_m = 8 mol/dm³

d = 1,275 g/cm³

Szukana:

c_p = ?

Rozwiązanie

Krok I - do przeliczania stężeń niezbędna jest znajomość masy molowej substancji rozpuszczonej, czyli NaOH M_NaOH = 40 g/mol

Krok II - obliczenia prowadzimy dla objętości roztworu, zgodnie z definicją stężenia molowego, 1 dm³. Tak więc masa roztworu, 1 dm³ - m = 1000 cm³•1,275 g/cm³ = 1275 g

Krok III - obliczamy masę substancji rozpuszczonej, czyli zgodnie z treścią zadania 8 moli NaOH. m_s = 8 moli•40 g/mol = 320 g

Krok IV - Obliczamy stężenie procentowe roztworu

1275 g roztworu stanowi 100%

320 g NaOH stanowi c_p% c_p = 25,1%

Krok IV - Odpowiedź: 8 molowy roztwór NaOH jest jednocześnie roztworem 25,1 %

4. W stanie równowagi reakcji N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ znaleziono następujące stężenia reagentów: [H₂] = 0,9 mol/dm³; [N₂] = 0,3 mol/dm³; [NH₃] = 0,4 mol/dm³. Obliczyć stała równowagi i stężenie początkowe azotu.

Dane:

[H₂] = 0,9 mol/dm³

[N₂] = 0,3 mol/dm³

[NH₃] = 0,4 mo/dm³

Szukane:

K = ?; stężenia początkowe [H₂]; [N₂]

Rozwiązanie:

Krok I - ułożenie wyrażenia na stała równowagi na podstawie równania reakcji




Krok II - obliczenie stężeń początkowych wodoru i azotu

Na podstawie równania reakcji ustalamy ilości azotu i wodoru niezbędne do otrzymania równowagowej ilości amoniaku czyli 0,4 mola, z równania reakcji syntezy amoniaku wynikają stosunki molowe:
Do otrzymania równowagowej ilości amoniaku potrzeba więc 0,2 mola azotu i 0,6 mola wodoru

Stężenia początkowe wynoszą więc: [N₂] = 0,3 + 0,2 = 0,5 mol/dm³; [H₂] = 0,9 + 0,6 = 1,5 mol/dm³

5. Stopień dysocjacji w 0,57% roztworze kwasu octowego wynosi α = 1,53%. Obliczyć wartość stałej dysocjacji kwasu octowego zakładając, że gęstość roztworu równa się 1 g/cm³ Masa molowa CH₃COOH = 60,05 g/mol.

Dane:

α = 0,57%

c_p = 0,5%

d =1 g/cm³

M = 60,05 g/mol

Szukane:

K_dys. = ?

Rozwiązanie:

Krok I obliczymy stężenie molowe kwasu

1 dm³ roztworu czyli 1000 g stanowi 100%

x g kwasu stanowi 0,5% x = 5 g

40 g kwasu stanowi 1 mol

5 g kwasu stanowi n moli n = 0,125 mol/dm³

Krok II korzystając z informacji zawartych w zadaniu policzymy ilość cząsteczek zdysocjowanych c_z i cząsteczek, które nie uległy dysocjacji

mol/dm³

Krok III Obliczamy ilość cząsteczek, które w stanie równowagi nie uległy dysocjacji

[CH₃COOH] = 0,125 mol/dm³ - 0,00071 mol/dm³ = 0,12429 mol/dm³

Krok IV wyrażenie na stałą równowagi


Krok V Odpowiedź: Stała równowagi kwasu w podanym roztworze wynosi 4,1•10^-6

6. Jak długo należy przepuszczać prąd o natężeniu 5A przez roztwór dowolnego kwasu, aby otrzymać 2,8 dm³ wodoru w warunkach normalnych.

Dane:

Natężenie prądu I = 5A

V_wodoru = 2,8 dm³

Szukane:

Czas elektrolizy t - ?

Rozwiązanie:

Krok I równanie reakcji elektrodowej na katodzie - 2H⁺ + 2e^- = H₂

Krok II na podstawie równania reakcji elektrodowej obliczamy niezbędny czas elektrolizy:

Dla uzyskania 1 mola czyli 22,4 dm³ H₂ niezbędny jest ładunek 2F czyli 187000 [A•s]

2,8 dm³ H₂ niezbędny jest ładunek 5 [A]• x [s]

x = 4675 s = 1,3 h

7. 7 g pewnego alkenu przyłącza 16,0 g bromu. Ustal wzór sumaryczny tego alkenu, narysuj wzory strukturalne dwóch jego izomerów i podaj ich nazwy.

Dane

m_alk = 7g

m_brom = 16,0 g

Szukane - wzór i nawy alkenu

Rozwiązanie:

Krok I Obliczamy masę molową alkenu - Jako, że alkeny mają jedno podwójne wiązanie, na jeden mol alkenu przypada 1 mol, czyli 160 g bromu

7 g alkenu przypada 16 g bromu

M alkenu przypada 160 g bromu M = 70 g/mol

Krok II na podstawie wzoru ogólnego alkenów ustalamy jego wzór sumaryczny C_nH_2n, uwzględniając masy molowe węgla i wodoru można napisać: 12n + 2n = 70 n = 5

Krok III szukanym węglowodorem jest penten, izomery mogą się różnić położeniem podwójnego wiązania, i tak:

I izomer CH₃-CH₂-CH=CH-CH₃ pent - 2 - en

II izomer CH₂=CH-CH₂-CH₂-CH₃ pent - 1 - en

Uwaga - warto pamiętać, że izomerami alkenów są cykloalkany. Tak więc w tym wypadku izomerem będzie również cyklopentan

8. Ile atomów węgla znajduje się w 1 dm³ wody mineralnej, która zawiera 300 cm³ rozpuszczonego gazowego CO₂ w przeliczeniu na warunki normalne.

Dane:

V _dwutlenku = 300 cm³

Szukane:

n at. węgla = ?

Rozwiązanie: informacja o objętości roztworu jest nieistotna, ważna jest objętość dwutlenku węgla

1 mol CO₂ czyli 22,4 dm³ zawiera 6,02•10²³ cząsteczek CO₂ a tym samym atomów węgla

0,3 dm³ zawiera x at. węgla x = 0,08•10²³ atomów węgla

9. 52,10 g pewnego alkanu w temperaturze 100⁰C i pod ciśnieniem 1000 hPa zajmuje objętość 22,41 dm³ Podaj wzory i nazwy związków, które spełniają podane warunki.

Dane:

m_alk. = 52,10 g

temp. = 100⁰C

V = 22,41 dm³

Szukane:

Wzory i nazwy związków ?

Krok I Przeliczenie podanej objętości próbki na warunki normalne, korzystając z równania stanu:


Krok II po przeliczeniu objętości na warunki normalne można obliczyć masę molową węglowodoru: 16,18 dm³ - 52,10 g

22,4 dm³ - M_alk. M = 72,13 g/mol

Krok III za pomocą wzoru ogólnego ustalimy wzór ogólny węglowodoru i jego możliwych izomerów

12n + 2n+2 = 72 n = 5

Krok IV Wzór ogólny odpowiada pentanowi lub np. 2 - metylobutanowi

10. Tal występuje w przyrodzie w postaci dwóch izotopów: Tl - 203 w ilości 29,5% oraz Tl - 205 w ilości 70,5%. Jaka jest średnia masa atomowa talu ?

Dane:

Tl-203 = 29,5%

Tl-205 = 70,5%

Szukane:

M_Tl = ?

Rozwiązanie: Masa atomowa pierwiastka jest równa średniej ważonej liczb masowych izotopów występujących w przyrodzie. W podanym przykładzie postępujemy więc następująco: M_Tl=203u•0,295 + 205u•0,705 = 59,89+144,53 = 204,42 u

Odpowiedź: Średnia masa atomowa talu wynosi 204,42 u

11. Połączono szeregowo trzy elektrolizery składające się z anody węglowej i katody stalowej zanurzonych w roztworach - rozcieńczonego kwasu siarkowego, II - siarczanu miedzi(II), III - siarczanu niklu (II). Po przeprowadzeniu elektrolizy stwierdzono, że w elektrolizerze I wydzieliło się po przeliczeniu na warunki normalne 112 cm³ wodoru. Obliczyć ile miedzi oraz niklu wydzieliło się w pozostałych elektrolizerach.

Dane i szukane:

Roztwory: H₂SO₄; CuSO₄; NiSO₄

Szeregowo połączone elektrolizery

Rozwiązanie:

Przez elektrolizery przepłynęły więc takie same ładunki, co pozwala stwierdzić, że identyczne ładunki niezbędne są do wydzielenia mola wodoru, miedzi i niklu

Krok I obliczymy jaką część mola stanowi wydzielona objętość wodoru

n = 0,112 dm³/22,4 dm³ = 0,005 mola

Krok II obliczamy masy wydzielonych metali

a) ilość miedzi m_Cu = 64 g/mol•0,005 mola = 0,32 g miedzi

b) ilość niklu m_Ni = 58,69 g/mol•0,005 mola = 0,29 g niklu

Odpowiedź: Na elektrodach wydzieli się o,32 g miedzi oraz 0,29 g niklu

12. Ułożyć dwanaście równań reakcji chemicznych otrzymywania soli dobierając substraty spośród następujących związków: K₂O; CaO; Fe₂O₃; P₂O₅; CO₂; HCl; HNO₃; H₂SO₄.

Rozwiązanie: substancje są ugrupowane na zasadowe i kwasowe. Pozostaje więc jedynie ułożyć odpowiednie równania reakcji:

• 3K₂O + P₂O₅ = 2K₃PO₄

• K₂O + CO₂ = K₂CO₃

• K₂O + 2HCl = 2KCl + H₂O

• K₂O + 2HNO₃ = 2KNO₃ + H₂

• K₂O + H₂SO₄ = K₂SO₄ + H₂O

• 3CaO +P₂O₅ = Ca₃(PO₄)₂

• CaO + CO₂ = CaCO₃

• CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O

• CaO + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O

• CaO + H₂SO₄= CaSO₄ + H₂O

• Fe₂O₃ + 6HCl =2FeCl₃ + 3H₂O

• Fe₂O₃ + 6HNO₃ = 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

• Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

• Podczas działania azotu na rozżarzony metaliczny magnez powstaje azotek magnezu.Mg₃N₂ Napisz równanie chemiczne reakcji, jaka objętość azotu sprowadzona do warunków normalnych przereaguje z 36 g magnezu.

Dane i szukane:

m_Mg = 36 g

V_azot = ?

Rozwiązanie: równanie reakcji: 3Mg + N₂ = Mg₃N₂

Z równania reakcji wyliczymy objętość azotu

3 mole magnezu czyli 72 g Mg reagują z z 1 molem czyli 22,4 dm³ azotu

36 g Mg reagują z V dm³ azotu

V = 11,2 dm³ azotu

14. Do wody wprowadzono 233,3 g 27% roztworu HNO₃ o gęstości d = 1,16 g/cm³ i dopełniono do 1 dm³ wodą. Oblicz stężenie molowe otrzymanego roztworu. Następnie pobrano 100 cm³ tego roztworu i dodano do niego 2 g NaOH. Określić odczyn roztworu po reakcji.

Dane i szukane:

m_r= 233,3 g

c_p = 27%

d = 1,16 g/cm³

V = 1dm³

V₁ = 0,1 dm³

m_NaOH = 2g

odczyn po reakcji =?

Rozwiązanie

Krok I - obliczenie stężenia molowego

Obliczenia dla 1000 cm³ m_r = 1000 cm³ • 1,16 g/cm³ = 1160 g

Masa kwasu azotowego, czyli m_s = 27% z 1160g = 313,2 g HNO₃

Ilość moli kwasu HNO₃ (M = 63 g/mol) n = 313.2/63 = 5 moli w 1 dm³ czyli c_m = 5 mol/dm³

Krok II

Obliczenie masy kwasu azotowego w objętości 100 cm³ pobranej do reakcji w 0,1 dm³ znajduje się więc 0,5 mola HNO₃ czyli 63g/2 = 31,5 g

Krok III

Obliczymy ilość NaOH niezbędną do przereagowania z obliczoną ilością HNO₃

Z równania reakcji tych substancji wynika, że reagują w stosunku molowym 1:1 tak więc:

1 mol HNO₃ czyli 63 g przereagują z 1 molem NaOH czyli 40 g NaOH

31,5 g przereaguje z x g NaOH

m_NaOH = 20 g,

czyli wzięte 2 g to za mało w związku z czym odczyn roztworu będzie kwaśny

15. Stała równowagi reakcji: 2N₂ + O₂↔2N₂O wynosi 1,21. Stężenie równowago [N₂] = 0,72 mol/dm³ i [N₂O] = 0,84 mol/dm³Jakie jest stężenie początkowe i równowagowe tlenu ?

Dane i szukane :

K = 1,21

[N₂] = 0,72 mol/dm³ - równowagowe

[N₂O] = 0,84 mol/dm³ - równowagowe

[O₂] = równowagowe i początkowe ?

Rozwiązanie:

Krok I na podstawie równania reakcji ułożyć wzór na stałą równowagi K




Krok II obliczenie stężenia początkowego tlenu [O₂] jako sumy stężenia równowagowego 2,15 g/mol powiększonego o ilość niezbędną do otrzymania równowagowej ilości tlenku azotu(I), czyli 0,42 mola (wyliczona z stosunków molowych równania reakcji). Tak więc stężenie początkowe tlenu [O₂] = 2,57 mol/dm³

16. Podaj wzory i nazwy dwóch izomerycznych związków o M = 45 g/mol i zawierających 53,3% C; 15,6% H i 31,1% N.

Dane i szukane:

Węgiel = 53,3%

Wodór =15,6%

Azot=31,3%

M = 45 g/mol

Wzór i dwa izomery ?

Rozwiązanie:

Ustalenie wzoru będzie polegało na wyliczeniu masy poszczególnych pierwiastków w molu substancji

Węgiel = 53,3% z 45g = 24g co odpowiada 2 atomom węgla

Wodór = 15,6% z 45 g = 7g co odpowiada 7 atomom wodoru

Azot = 31,3% z 45g = 14 g co odpowiada 1 atomowo azotu

Wzór sumaryczny związku - C₂H₇N wzór taki odpowiada aminom alifatycznym np.

C₂H₅NH₂ - etyloamina. Przykład aminy I-rzędowej, lub

HN(NH₂)₂ dimetylo aminie. Przykład aminy drugorzędowej

17. Podaj po dwa przykłady izomerów: konstytucyjnych, geometrycznych i optycznych o wzorze : C₄H₈O₂.

Izomery konstytucyjne:

Podany wzór sumaryczny odpowiada kwasom karboksylowym oraz estrom, tak więc:

CH₃-CH₂ - CH₂ - COOH (kwas butanowy) CH₃-COO - CH₂- CH₃ (octan etylu)

Izomery geometryczne: związane są z występowaniem w cząsteczce dwóch atomów węgla o hybrydyzacji sp² czyli jednego podwójnego wiązania

HO OH HO C₂H₅

\ / \ /

C = C C = C

/ \ / \

H C₂H₅ HO H

Izomery optyczna: konieczność wystąpienia asymetrycznego atomu węgla

CHO CHO

| |

H - C^*- OH HO - C^*-- H

| |

H - C - H H - C -- H

| |

H - C - H H - C - H

| |

H H

18. Wodny roztwór fenolu zmiareczkowano ługiem sodowym zużywając na 10 g roztworu 4,25 cm³ 0,1 molowego NaOH. Oblicz procentową zawartość fenolu w tym roztworze.

Dane i szukane

m_r = 10 g

V = 4,25 cm³

c_m = 0,1 mol/dm

c_p = ?

Rozwiązanie:

Krok I równanie reakcji fenolu z wodorotlenkiem sodu C₆H₅OH + NaOH = C₆H₅ONa + H₂O

Krok II ilość moli NaOH wziętych do reakcji: n = c_m•V[dm³] = 0,0045 dm³•0,1 mol/dm³ = 0,00045 mol NaOH czyli również moli fenolu

Krok III obliczenie masy fenolu M_fenolu = 94 g/mol m = 0,00045 mol•94 g/mol = 0,042g

Krok IV obliczenie stężenia procentowego

10 g roztworu odpowiada 100%

0,042 g fenolu odpowiada x % x = 0,42%

Krok IV Odpowiedź: procentowa zawartość fenolu w badanym roztworze wynosi 0,42%

19. Jaki jest stopień dysocjacji fenolu w wodnym roztworze o stężeniu 0,01 mol/dm³, jeżeli wiadomo, że stała dysocjacji fenolu w wodzie K = 1•10^-10

Dane i szukane:

C_m= 0,01 mol/dm³

K = 10^-10

Stopień dysocjacji α ?

Rozwiązanie: zawarte w zadaniu informacje sugerują zastosowanie wzoru na prawo rozcieńczeń Ostwalda


Odpowiedź: Stopień dysocjacji fenolu w roztworze wynosi 10^-4

20. W audiometrze zmieszano 20 cm³ powietrza z 10 cm³ wodoru. Po spaleniu mieszaniny objętość gazów wynosiła 17,44 cm³. Oblicz zawartość procentową objętości tlenu w analizowanym powietrzu.

Dane i szukane

V_pow. = 20 cm³

V_wodór = 10 cm³

V_gazów = 17,44 cm³

C_%vol tlenu = ?

Rozwiązanie

Krok I obliczenie objętości gazów, które uległy spaleniu V = (20 + 10) - 17,44 = 12,56 cm³

Krok II obliczenie ilości tlenu w spalonej mieszaninie gazów. Wiadomo, że wodór z tlenem reaguje w stosunku objętościowym 2:1, tak więc jedną z trzech przereagowanych objętości stanowił tlen, czyli 12,56: 3 = 4,2 cm³

Krok III obliczenie zawartości procentowej tlenu w mieszaninie gazów

20 cm³ powietrza stanowi 100%

4,2 cm³ tlenu stanowi c_p c_p = 21%

Krok IV odpowiedź: w badanej próbce powietrza tlen stanowił 21%

21. Naturalna miedź składa się z dwóch izotopów, Cu - 63 i Cu - 65 a jej średnia masa atomowa wynosi 63,54. Oblicz zawartość procentową wymienionych izotopów w naturalnej miedzi.

Dane i szukane:

Cu-63

Cu - 65

M_Cu = 63,54 u

Skład procentowy izotopów ?

Rozwiązanie

Krok I średnia masa atomowa jest średnia ważoną składu izotopowego. Zakładamy, że Cu-63 stanowi x%, zaś Cu-65 stanowi (100% - x). Stosując ułamki procentowe będzie to odpowiednio x oraz (1-x)

Krok II obliczenia średniej 63 x + 65(1-x) = 63,54 2x = 1,46 x = 0,73

Krok III izotop Cu-63 stanowi 73% zaś izotop Cu - 65 stanowi 27%

22. Stopień dysocjacji 0,1 molowego roztworu HCOOH wynosi 4,2%. Oblicz stężenie jonów wodorowych w tym roztworze.

Dane i szukane:

Stopień dysocjacji α = 4,2% = 0,042

c_m = 0,1 mol/dm³

[H⁺] = ?

Rozwiązanie

Krok I

Pisząc równanie reakcji dysocjacji kwasu mrówkowego widzimy, że stężenie jonów wodorowych odpowiada ilości cząsteczek zdysocjowanych c_z HCOOH ↔ HCOO^- + H⁺

Krok II przekształcając wzór na stopień dysocjacji obliczymy stężenie cząsteczek zdysocjowanych c_z c_z = α • c_m = 0,042 • 0,1 mol/dm³ = 0,0042 mol/dm³ co odpowiada stężeniu jonów wodorowych w roztworze kwasu mrówkowego

Krok III Odpowiedź: Stężenie jonów wodorowych w roztworze kwasu mrówkowego wynosi 0,0042 mol/dm³

23. Oblicz masę molową substancji wiedząc, że jej 12% roztwór o gęstości d = 1,0594 g/cm³ jest zarazem roztworem 3,48 molowym.

Dane i szukane:

c_p = 12%

c_m = 3,48 mol/dm³

d = 1,0594 g/cm³

M = ?

Rozwiązanie - zamiast korzystać z gotowego wzoru, którego na ogół się nie pamięta rozwiążemy zadanie na „logikę”, krok po kroku. Zgodnie z definicją stężenia molowego obliczenia będziemy prowadzili dla 1 dm³ roztworu.

Krok I masa 1 dm³ roztworu m_r = 1000 cm³•1,0594 g/cm³ = 1059,4 g

Krok II masa substancji rozpuszczonej będzie wynosiła m_s = 12% z 1059,4 g = 127,13 g

Krok III zgodnie z podanym stężeniem molowym na masę 127,13 g składa się 3,48 mola, czyli masa molowa M substancji rozpuszczonej wynosi M = 36,5 g/mol

Krok IV masa molowa substancji rozpuszczonej wynosi 36,5 g/mol. Substancją tą mógł być przykładowo chlorowodór.

24. Ile gramów wody należy dodać do 750 g 10% roztworu cukru chcąc otrzymać roztwór 7% ?

Dane i szukane:

m_r = 750 g

c_p1 = 10%

c_p2 = 7%

m_woda = ?

Rozwiązanie: jedno z możliwych, drugim może być przykładowo zastosowanie krzyża stężeniowego

Krok I substancja rozpuszczona w roztworze stanowi m_s = 10% z 750 g = 75 g

Krok II wyliczoną ilość substancji rozpuszczonej przeliczymy na objętość roztworu rozcieńczonego 75 g stanowi 7%

X g stanowi 100% x = 1070 g

Krok III masę roztworu pierwotnego do końcowego uzupełnimy wodą, czyli 1070g - 750g = 320 g wody

Krok IV Do roztworu pierwotnego należy dodać 320 g wody

25. Na karbid zawierający 80% węgliku wapnia podziałano wodą otrzymując lotny związek A, który w obecności katalizatora przekształca się w ciekły związek B. Związek B ulega reakcji ze stężonym kwasem azotowym wobec stężonego kwasu siarkowego w wyniku której jeden atom wodoru zostaje zastąpiony grupą nitrową związek C. Podaj ile należy wziąć karbidu aby otrzymać 81,5 g związku C jeżeli związek A otrzymuje się z wydajnością 95,5%, B 80%, C 75%. Napisz odpowiednie równania reakcji.

Dane i szukane

80% zawartość węgliku glinu w karbidzie

m_C = 81,5 g

W₁ = 95,5%

W₂ = 80%

W₃ = 75%

m_karbid = ?

Rozwiązanie

W pierwszej kolejności można zapisać ciąg reakcji opisanych w zadaniu

1. 3CaC₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 3C₂H₂ - potrojona ilość ze względu na ilość produktu

2. 3C₂H₂ = C₆H₆

3. C₆H₆ + HNO₃ = C₆H₅NO₂ + H₂O

Krok II wyliczymy ilość węgliku wapnia niezbędną do otrzymania 81,5 g nitrobenzenu przy założonej 100% wydajności

3 mole CaC₂ czyli `192 g dają 1 mol czyli 123 g nitrobenzenu

x g 81,5 g nitrobenzenu x= 127,2 g

jeżeli proces technologiczny jest wieloetapowy, wówczas łączną wydajność równa się iloczynowi wydajności jednostkowych. Do trzech wydajności procesów jednostkowych można dodać dodatkową określającą zawartość węgliku wapnia w technicznym karbidzie. Tak więc łączna wydajność W = 0,8•0,8•0,955•0,75 = 0,456

Krok III mając wyliczoną wydajność całkowitą obliczymy ilość karbidu

127,2 g węgliku wapnia stanowi 45,6%

x g karbidu stanowi 100% x= 279 g karbidu

Krok IV odpowiedź: do reakcji trzeba użyć 279 g karbidu

26. 6,9 g alkoholu utleniono do kwasu octowego. Na zobojętnienie powstałego kwasu zużyto 80 cm³ 1,5 - molowego ługu sodowego. Oblicz wydajność reakcji utlenienia.

Dane i szukane

m_alk = 6,9 g

V = 80 cm³ = 0,08 dm³

c_m = 1,5 mol/dm³

W - wydajność reakcji - ?

Rozwiązanie

Krok I ilość kwasu, która powstanie przy 100% wydajności

Z 1 mola alkoholu czyli 46 g powstaje 1 mol kwasu czyli 60 g

6,9 g powstaje x g x = 9 g kwasu

Krok II ilość moli kwasu, która przereagowała z roztworem zasady

n_zas. = 0,08 dm³•1,5 mol/dm³ = 0,12 zasady a tym samym i kwasu

Krok III ilość moli kwasu zastaje przeliczona na gramy

1 mol kwasu octowego to 60 g

0,12 mola kwasu to x g x = 7,2 g kwasu

Krok IV obliczenie wydajności reakcji;

9 g kwasu octowego odpowiada 100% wydajności

7,2 g kwasu odpowiada W % wydajności W = 80%

Krok V odpowiedź: reakcja utlenienia alkoholu biegnie z wydajnością 80 %

27. Ile gramów NaCl należy rozpuścić w 200 cm³ 2 molowego NaCl o gęstości 1,08 g/cm³ aby otrzymać roztwór 24% o gęstości 1,18 g/cm³. Jaka będzie jego masa, objętość oraz stężenie molowe ?

Dane i szukane

V₁ = 200 cm³

c₁ = 2 mol/dm³

d₁ = 1,08 g/cm³

c_p = 24%

d₂ = 1,18 g/cm³

m_{r =} ?

V_r = ?

c_m = ?

Rozwiązanie

Krok I obliczyć stężenie procentowe rozcieńczanego roztworu - tradycyjnie przeliczenia stężeń dokonujemy przy założeniu, że mamy 1000 cm³ roztworu

m_r = 1000 cm³•1,08 g/cm³ = 1080 g

masa substancji rozpuszczonej m_s = 2mole • 58,5 g/mol = 117 g

obliczenie stężenia procentowego 1080g roztworu stanowi 100%

117 g NaCl stanowi c_p

c_p = 10,83 %

Krok II za pomocą krzyża stężeniowego obliczymy ilość NaCl, którą należy dodać

100% x g

\ /

24%

/ \

11% 216 g


x = 37 g NaCl

Krok III masa roztworu masa roztworu jest sumą mas roztworu rozcieńczanego 200 cm³•1,08g/cm³ = 216 g i dodanego chlorku sodu, czyli 37 g = 253 g

Krok IV przeliczenie stężenia procentowego c_p = 24% roztworu chlorku sodu o gęstości 1,18 g/cm³. Jak zwykle proponuję obliczanie „krok po kroku” dla objętości 1 dm³

m_r =1000 cm³• 1,18 g/cm³ = 1180 g

Krok V obliczenie masy rozpuszczonego chlorku sodu m_s = 24% z masy 1180 g =283,2 g

Krok VI przeliczenie masy chlorku sodu na ilość moli n = 283,g/58,5g = 4,84 mol/dm³

Krok VII Masa roztworu po rozcieńczeniu wyniesie 253 g, jego stężenie molowe 4,84 mol/dm³

28. Do dwóch zlewek dodano po 200 cm³ roztworów azotanów miedzi(II) i srebra. Do jednej z nich włożono płytkę kadmową o masie m₁ = 10,000 g. Po zakończonej reakcji płytkę opłukano, osuszono i zważono. Jej masa wynosiła m₂ = 12,239 g. Do drugiej zlewki włożono płytkę miedzianą o masie m₃ = 10,000 g. Po wyjęciu, opłukaniu i wysuszeniu płytka ważyła m₄ = 17,612 g. Jakie było stężeni molowe roztworów azotanu miedzi(II) i azotanu srebra ?

Dane i szukane:

V_roztw. = 200 cm³ = 0,2 dm³

Przyrosty mas płytek w:

- roztwór Cu(NO₃)₂ = 2,239 g (12,239g - 10,0 g )

- roztwór AgNO₃ = 7,612 g (17,612g - 10,000 g)

c_m Cu(NO₃)₂ - ?

c_m AgNO₃ - ?

Rozwiązanie:

Krok I równanie reakcji Cd + CuSO₄ = CdSO₄ + Cu

Krok II obliczymy ilu molom CuSO₄ odpowiada stwierdzony przyrost masy płytki

1 mol CuSO₄ powoduje wydzielenie 1 mola, (64 g Cu) i roztw. 1 mola (112,4 g Cd) = 48,4g

x moli CuSO₄ spowoduje przyrost masy płytki 2,239g

x = 0,046 mola

Krok III obliczamy stężenie molowe CuSO₄ c_m = n/V = 0,046/0,2 = 0,23 mol/dm³

Krok IV obliczamy ilu molom AgNO₃ odpowiada podany w zadaniu przyrost masy

Cd + 2AgNO₃ = Cd(NO₃)₂ + 2Ag

2 mole AgNO₃ spowoduje zmianę masy płytki 216 g Ag - 112,41 g Cd = 103,6 g

x moli AgNO₃ spowodują zmianę masy płytki 7,612 g

x = 0,15 mola AgNO₃

Krok V obliczamy stężenie molowe AgNO₃ c_m = n/V = 0,15 mol/0,2 dm³ = 0,75 mol/dm³

29. Jakie procesy zachodzą na powierzchni elektrod platynowych podczas elektrolizy wodnego roztworu wodorotlenku potasu.

Dane:

Elektroliza wodnego roztworu KOH

Równanie reakcji dysocjacji: KOH ↔ K⁺ + OH^-

Równania reakcji elektrodowych

Na anodzie: 2OH^- - 2e^- = ½O₂ + H₂O

Na katodzie: H₂O + 2e^- = H₂ + 2OH^-

30. Ile srebra i miedzi występuje w 1 tonie rudy, jeżeli zawartość chalkopirytu FeCuS₂ wynosi 5,4% zaś Ag₂S 0,003%

Dane i szukane:

m_rudy =1 t =1000 kg

Zawartość FeCuS₂ = 5,4%

Zawartość Ag₂S = 0,003%

Ilość Ag i Cu ?

Rozwiązanie

Krok I obliczenie ilości siarczków w 1 t rudy

m FeCuS₂ = 5,4% z 1000 kg = 54 kg

Krok II obliczenie ilości siarczku srebra m Ag₂S = 0,003% z 1000kg = 0,03 kg

Krok III obliczenie ilości miedzi na podstawie podanego wzoru rudy

1 kilomol FeCuS₂ czyli 184 kg CuFeS₂ zawiera 1 mol, czyli 64 kg miedzi

54 kg CuFeS₂ zawiera m_Cu = 18,8 kg Cu

Krok IV obliczenie ilości srebra na podstawie podanego wzoru rudy

1 kilomol czyli 248 kg Ag₂S zawiera 2 kmol czyli 216 kg Ag

0,03 kg Ag₂S zawiera m_Ag kg

m_Ag = 0,026 kg srebra

31. Liczba atomowa kobaltu wynosi 27 a liczba masowa jednego z izotopów 59. Ile protonów, neutronów i elektronów zawiera jon Co²⁺ powstały w wyniku utlenienia tego nuklidu ?

Dane i szukane

Liczba atomowa Co - 27

Liczba masowa Co - 59

Ilość cząstek elementarnych w nuklidzie ?

Ilość cząstek elementarnych w jonie Co²⁺ ?

Rozwiązanie:

Obliczenie cząstek elementarnych w nuklidzie: liczba atomowa określa ilość elektronów i protonów, czyli nuklid zawiera 27 elektronów i 27 protonów. Ilość neutronów jest różnicą liczby masowej i atomowej, czyli 59 - 27 = 32 neutrony

W jonie Co²⁺ mamy niedomiar dwóch elektronów, które oddał atom tworząc dwu dodatni jon. Tak więc w jonie znajduje się 25 elektronów

17

---