OBLICZENIA STECHIOMETRIA STECHIOMETRIA: INTERPRETACJA ILOŚCIOWA ZJAWISK CHEMICZNYCH

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "OBLICZENIA STECHIOMETRIA STECHIOMETRIA: INTERPRETACJA ILOŚCIOWA ZJAWISK CHEMICZNYCH"

Jarosław Sikora
8 lat temu
Przeglądów:

1 1 OBLICZENIA STECHIOMETRIA STECHIOMETRIA: INTERPRETACJA ILOŚCIOWA ZJAWISK CHEMICZNYCH Np.: WYZNACZANIE ILOŚCI SUBSTRATÓW KONIECZNYCH DLA OTRZYMANIA OKREŚLONYCH ILOŚCI PRODUKTU PODSTAWY OBLICZEŃ CHEMICZNYCH DO OBLICZEŃ STECHIOMETRYCZNYCH KONIECZNE SĄ: ZNAJOMOŚĆ WZORÓW UMIEJĘTNOŚĆ UZGADNIANIA REAKCJI CHEMICZNYCH ZNAJOMOŚĆ CHEMICZNYCH JEDNOSTEK MASY ZNAJOMOŚĆ PODSTAWOWYCH PRAW FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH PRAWO ZACHOWANIA MASY: W PROCESACH CHEMICZNYCH SUMA MAS SUBSTANCJI REAGUJACYCH NIE ULEGA ZMIANIE: A + B = C + D JEŚLI MASY SUBSTANCJI A, B, C, D wynoszą : m A, m B, m C, m D, to m A + m B = m C + m D PRAWO STOSUNKÓW STAŁYCH: NIEZALEŻNIE OD SPOSOBU OTRZYMYWANIA DANEGO ZWIĄZKU CHEMICZNEGO JEGO SKŁAD JAKOŚCIOWY i ILOŚCIOWY POZOSTAJE TAKI SAM. MASY PIERWIASTKÓW TWORZĄCYCH DANY ZWIĄZEK SĄ W NIM W STAŁYCH, ŚCIŚLE OKREŚLONYCH STOSUNKACH WAGOWYCH CHARAKTERYSTYCZNYCH DLA DANEGO ZWIĄZKU C + O 2 = CO 2 m c : m o = 12 : 2 x : 36 3 : 8

UZGADNIANIA REAKCJI CHEMICZNYCH ZNAJOMOŚĆ CHEMICZNYCH JEDNOSTEK MASY ZNAJOMOŚĆ PODSTAWOWYCH PRAW FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH PRAWO ZACHOWANIA MASY: W PROCESACH CHEMICZNYCH SUMA MAS SUBSTANCJI

2 2 PRAWO AVOGADRO: W JEDNAKOWYCH OBJĘTOŚCIACH RÓŻNYCH GAZÓW POD TYM SAMYM CIŚNIENIEM i W TEJ SAMEJ TEMPERATURZE ZAWARTA JEST JEDNAKOWA LICZBA CZĄSTECZEK DLA DANEJ TEMPERATURY i CIŚNIENIA 1 MOL DOWOLNEGO GAZU ZAJMUJE TĘ SAMĄ OBJĘTOŚĆ. WARUNKI NORMALNE: TEMPERATURA = 0 o C = K CIŚNIENIE = kpa W WARUNKACH NORMALNYCH OBJĘTOŚĆ 1 MOLA KAŻDEGO GAZU JEST STAŁA i WYNOSI 22.4 dm 3 Gdy: T = K i Vo = 22.4 dm 3 /mol P = kpa, to objętość: 1mola O 2 = 22.4 dm 3 1mola CO 2 = 22.4 dm 3 1mola He = 22.4 dm 3 MOL (LICZNOŚĆ MATERII): ŚCIŚLE OKREŚLONA LICZBA CZĄSTEK (ELEMENTÓW) MATERII (NEUTRONÓW, PROTONÓW, ELEKTRONÓW, ATOMÓW, CZĄSTECZEK ZWIĄZKU CHEMICZNEGO) RÓWNA = SPROWADZENIE OBJETOŚCI GAZU DO WARUNKÓW NORMALNYCH: DLA STAŁEJ MASY GAZU (m = const.): p0v 0 T 0 = pv 1 1 T 1 = p2v 2 T 2 gdzie: p 0, V 0, T 0 parametry gazu w warunkach normalnych p 1,2, V 1,2, T 1,2 parametry gazu w stanach 1 i 2 RÓWNANIE STANU GAZU DOSKONAŁEGO (RÓWNANIE CLAPEYRONA) pv = nrt gdzie: p ciśnienie gazu, [Pa] V objętość gazu, [dm 3 ] n ilość moli gazu n = m/m mol. m masa gazu M mol. masa molowa gazu, [g/mol] R stała gazowa = 8.31 [J/mol. K] T temperatura w skali bezwzględnej, [K]

4 dm 3 Gdy: T = 273.15 K i Vo = 22.4 dm 3 /mol P = 101.3 kpa, to objętość: 1mola O 2 = 22.4 dm 3 1mola CO 2 = 22.4 dm 3 1mola He = 22.

3 3 MASA ATOMOWA: WZGLĘDNA JEDNOSTKI MASY WZORZEC: IZOTOP WĘGLA 12 6C MASA WZGLĘDNA = u MIĘDZYNARODOWA JEDNOSTKA MASY ATOMOWEJ (a.j.m.) = u u = 1/12 masy atomu 12 6C = kg WZGLĘDNA MASA ATOMOWA: LICZBA WSKAZUJĄCA ILE RAZY MASA DANEGO ATOMU JEST WIĘKSZA OD 1/12 MASY ATOMU WEGLA 12 6C [u] MASA CZĄSTECZKOWA: SUMA WZGLĘDNYCH MAS ATOMOWYCH ATOMÓW WCHODZĄCYCH W SKŁAD CZĄSTECZKI MASA MOLOWA: LICZBA WSKAZUJĄCA ILE RAZY MASA DANEJ CZĄSTECZKI JEST WIĘKSZA OD 1/12 MASY ATOMU WEGLA 12 6C [u] MOL (LICZNOŚĆ MATERII): ŚCIŚLE OKREŚLONA LICZBA CZĄSTEK (ELEMENTÓW) MATERII (NEUTRONÓW, PROTONÓW, ELEKTRONÓW, ATOMÓW, CZĄSTECZEK ZWIĄZKU CHEMICZNEGO) RÓWNA = MOL: ILOŚĆ SUBSTANCJI, KTÓRA ZAWIERA TYLE ATOMÓW, (CZĄSTECZEK JONÓW, ELEKTRONÓW itp. ) ILE ATOMÓW ZAWARTYCH JEST W kg WEGLA 12 6C MASA MOLOWA: MASA ATOMÓW, CZĄSTECZEK RÓWNE LICZBOWO ICH MASOM ATOMOWYM, CZĄSTECZKOWYM WYRAŻONE W GRAMACH - JEDNOSTKA : [g/mol] LICZBA ELEMENTÓW MATERII ZAWRTYCH W 1 MOLU WYNOSI: N A LICZBA AVOGADRO [mol -1 ] OBLICZENIA CHEMICZNE: 1. OBLICZENIA OPARTE O WZORY CHEMICZNE 2. OBLICZENIA OPARTE O REAKCJE CHEMICZNE 3. OBLICZENIA OPARTE O PRAWA GAZOWE

SKŁAD CZĄSTECZKI MASA MOLOWA: LICZBA WSKAZUJĄCA ILE RAZY MASA DANEJ CZĄSTECZKI JEST WIĘKSZA OD 1/12 MASY ATOMU WEGLA 12 6C [u] MOL (LICZNOŚĆ MATERII): ŚCIŚLE OKREŚLONA LICZBA CZĄSTEK (ELEMENTÓW)

4 4 OBLICZENIA OPARTE O WZORY CHEMICZNE WZÓR CHEMICZNY ZWIĄZKU: ZAPIS SKŁADU PIERWIASTKOWEGO ZA POMOCĄ SYMBOLI PIERWIASTKÓW TWORZĄCYCH TEN ZWIĄZEK. HCl K 2 SO 4 C 6 H 12 O 6 INDEKS STECHIOMETRYCZNY: CYFRA WSKAZUJĄCA LICZBĘ ATOMÓW TEGO SAMEGO PIERWIASTKA WCHODZĄCEGO W SKŁAD DANEJ SUBSTANCJI ZŁOŻONEJ ZWIAZKU CHEMICZNEGO INFORMACJE ZAWARTE W ZAPISIE WZORU ZWIĄZKU CHEMICZNEGO: INTERPRETACJA K 2 SO 4 a). JEDNA CZĄSTECZKA SIARCZANU (VI) POTASU b). 174 u SIARCZANU (VI) POTASU c). 1 mol SIARCZANU (VI) POTASU d). 174 g SIARCZANU (VI) POTASU e) CZĄSTECZEK SIARCZANU (VI) POTASU f). 2 ATOMY POTASU, 1 ATOM SIARKI, 4 ATOMY TLENU g) 78 u POTASU, 32 u SIARKI, 64 u TLENU h) 78 g POTASU, 32 g SIARKI, 64 u TLENU i). 2x ATOMÓW POTASU, ATOMÓW SIARKI, 4x ATOMÓW TLENU j). 7x ATOMÓW

ZAPISIE WZORU ZWIĄZKU CHEMICZNEGO: INTERPRETACJA K 2 SO 4 a). JEDNA CZĄSTECZKA SIARCZANU (VI) POTASU b). 174 u SIARCZANU (VI) POTASU c). 1 mol SIARCZANU (VI) POTASU d). 174 g SIARCZANU (VI) POTASU e).

5 5 PRZYKŁADY: Przykład 1. OBLICZ MASĘ CZĄSTECZKOWĄ i MOLOWĄ GLUKOZY C 6 H 12 O 6. Rozwiązanie: W CZĄSTECZCE GLUKOZY ZNAJDUJE SIĘ 6 ATOMÓW WĘGLA, 12 ATOMÓW WODORU i 6 ATOMÓW TLENU MASY ATOMOWE TYCH PIERWIASTKÓW SĄ ODPOWIEDNIO: MASA CZĄSTECZKOWA GLUKOZY = 12 u dla C 1 u dla H 16 u dla O 6. 12u+12. 1u+6. 16u=180u. MASA MOLOWA GLUKOZY = 180 g/mol. Przykład 2. OBLICZ MASĘ JEDNEJ CZĄSTECZKI (MASĘ BEZWZGLĘDNĄ) GLUKOZY. Rozwiazanie: 1 SPOSÓB: 1 MOL C 6 H 12 O 6 ZAWIERA: 6, CZĄSTECZEK i MA MASĘ g 1 CZĄSTECZKA MA MASĘ - x g x = 180g/6, = 2, g 2 SPOSÓB: MASA 1 CZĄSTECZKI GLUKOZY WYNOSI 180 u, ZATEM BEZWZGLĘDNA MASA RÓWNA SIĘ 180 1, kg = 2, g MASA JEDNEJ CZĄSTECZKI GLUKOZY WYNOSI 2, g

u dla H 16 u dla O 6. 12u+12. 1u+6. 16u=180u. MASA MOLOWA GLUKOZY = 180 g/mol. Przykład 2. OBLICZ MASĘ JEDNEJ CZĄSTECZKI (MASĘ BEZWZGLĘDNĄ) GLUKOZY.

6 6 Przykład 3. OBLICZ LICZBĘ MOLI W 900 g WODY. LICZBA MOLI (n) = CAŁKOWITA MASA (m) MASA 1 MOLA (M) Rozwiązanie: MASA MOLOWA WODY = 18 g/mol. 1 MOL H 2 O ODPOWIADA 18 g x MOLI ODPOWIADA x = 90/18 = 5O MOLI 900 g W 900 g WODY ZNAJDUJE SIĘ 50 MOLI Przykład 4. OBLICZ, ILE ATOMÓW ZNAJDUJE SIĘ W 3 g WĘGLA. Rozwiązanie: 1 SPOSÓB: W 1 MOLU, CZYLI W: 12 g WĘGLA ZNAJDUJE SIĘ - 6, ATOMÓW WIĘC W 3 g WĘGLA ZNAJDUJE SIĘ - x ATOMÓW x = 3g. 6, = 1, ATOMÓW 12 g 2 SPOSÓB: ZAKŁADAJĄC, ŻE LICZBA MOLI, n WYRAŻONA JEST WZOREM: n = m/m TO x = m/m N A x = 3/12g. 6, = 1, ATOMÓW W 3 g WĘGLA ZNAJDUJE SIĘ 1, POJEDYNCZYCH ATOMÓW PIERWIASTKA WĘGLA

Rozwiązanie: 1 SPOSÓB: W 1 MOLU, CZYLI W: 12 g WĘGLA ZNAJDUJE SIĘ - 6,022.10 23 ATOMÓW WIĘC W 3 g WĘGLA ZNAJDUJE SIĘ - x ATOMÓW x = 3g. 6,028.10 23 = 1,505.

7 7 OBLICZANIE SKŁADU PROCENTOWEGO i WAGOWEGO ZWIĄZKÓW ZAWARTOŚĆ PROCENTOWASKŁADNIKA: WYRAŻONY W PROCENTACH STOSUNEK MASY SKŁADNIKA DO MASY PRÓBKI - CAŁOŚCI: Przykład 5. m m skladnika calosci.100% OBLICZ PROCENTOWĄ ZAWARTOŚĆ ŻELAZA W TLENKU ŻELAZA (III) Rozwiązanie 1: WZÓR TLENKU ŻELAZA (III): Fe 2 O 3 MASA MOLOWA TLENKU ŻELAZA (III): 2*56 g/mol + 3*16 g/mol = 160 g/mol W JEDNYM MOLU Fe 2 O 3 CZYLI W 160 g ZAWARTE JEST 112 g ŻELAZA MASA PRÓBKI = MASA CAŁOŚCI = MASA 1 MOLA = 160 g MASA SKŁADNIKA = MASA ŻELAZA = 112 g STĄD ZAWARTOŚĆ PROCENTOWA ŻELAZA WYNOSI: 112 g g. 100% = 70% Rozwiązanie 2: 116 g 100% 112 g x% ; x = 70% Przykład 6. ZAWARTOŚĆ ŻELAZA W TLENKU ŻELAZA (III) WYNOSI 70% ILE MOLI ŻELAZA i ILE MOLI Fe 2 O 3 ZNAJDUJE SIĘ W 1.5 kg HEMATYTU? 160 g hematytu (Fe 2 O 3 ) zawiera dwa mole Fe 1500 g hematytu (Fe 2 O 3 ) zawiera x moli x = moli Fe 160 g hematytu (Fe 2 O 3 ) 1 mol (Fe 2 O 3 ) 1500 g hematytu (Fe 2 O 3 ) zawiera y moli y = moli (Fe 2 O 3 ) 1.5 kg HEMATYTU ZAWIERA moli ŻELAZA i moli Fe 2 O 3

O 3 CZYLI W 160 g ZAWARTE JEST 112 g ŻELAZA MASA PRÓBKI = MASA CAŁOŚCI = MASA 1 MOLA = 160 g MASA SKŁADNIKA = MASA ŻELAZA = 112 g STĄD ZAWARTOŚĆ PROCENTOWA ŻELAZA WYNOSI: 112 g ------ 160 g.

8 8 OBLICZENIA OPARTE NA RÓWNANIACH CHEMICZNYCH Przykład 7. ILE GRAMÓW KWASU SIARKOWEGO (VI) TRZEBA ZUŻYĆ DO ZOBOJĘTNIENIA 20 g WODOROTLENKU SODU 1. WZÓR KWASU SIARKOWEGO (VI) = H 2 SO 4, WZÓR WODOROTLENKU SODU = NaOH 2. REAKCJA ZOBOJĘTNIANIA: NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O 3. UZGODNIONA REAKCJA: 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O 4. MASY MOLOWE NaOH i H 2 SO 4 WYNOSZĄ ODPOWIEDNIO: M NaOH = 40 g/mol i M H2SO4 = 98g/mol 5. Z PROPORCJI: 98 g H 2 SO 4 zobojętnia g NaOH x g H 2 SO 4 zobojętnia 20 g NaOH x = 24.5 g H 2 SO 4 DO ZOBOJĘTNIENIA 20 g NaOH POTRZEBNE JEST 24.5 g H 2 SO 4

UZGODNIONA REAKCJA: 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O 4.

9 9 OBLICZENIA OPARTE O PRAWA GAZOWE Przykład 8. 5 g ŻELIWA ROZPUSZCZONO W KWASIE SIARKOWYM. OBLICZ: a. ILE GRAMÓW i dm 3 WODORU WYDZIELI SIĘ W REAKCJI (WARUNKI NORMALNE) b. ILE POWSTANIE GRAMÓW SIEDMIOWODNEGO SIARCZANU ŻELAZA (II) Rozwiązanie: WZÓR SIARCZANU(VI) ŻELAZA (II) = FeSO 4 MASA MOLOWA FeSO 4 = 152 g/mol WZÓR SIEDMIOWODNEGO SIARCZANU(VI) ŻELAZA (II) = FeSO 4. 7H 2 O MASA MOLOWA FeSO 4. 7H 2 O 278 g/mol Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 56 g Fe 152 g FeSO 4 2g H 2 Skoro 56 g Fe daje 152 g FeSO 4 5 g Fe - x g FeSO 4 x = 13.6 g FeSO 4 z 5 g żeliwa można otrzymać 13.6 g FeSO 4 z 152 g FeSO 4 można otrzymać 278 g FeSO. 4 7H 2 O to z 13.6g FeSO 4 otrzyma się y g FeSO 4. 7H 2 O y = g FeSO 4. 7H 2 O 56 g Fe wypiera 2 g H 2 5g Fe wypiera Z g H 2 Z = 0.18 g H 2 5 g żeliwa wypiera 0.18 g H 2 W WARUNKACH NORMALNYCH 2g H 2 zajmują objętość 22.4 dm 3 W = 2 dm g H 2 zajmie objętość W dm 3 a) 0.18 g H 2 ; 2 dm 3 H 2 ; b) g FeSO 4. 7H 2 O

7H 2 O MASA MOLOWA FeSO 4. 7H 2 O 278 g/mol Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 56 g Fe 152 g FeSO 4 2g H 2 Skoro 56 g Fe daje 152 g FeSO 4 5 g Fe - x g FeSO 4 x = 13.

10 10 Przy opracowaniu wykorzystano: E. I. Matusewicz; J. Matusewicz: CHEMIA, Podręcznik dla klasy I i II techników o specjalnościach niechemicznych oraz liceum ogólnokształcacego o profilach: humanistycznym i klasycznym. W. Sz i P., W-wa Grabczak, Z. Kluz, K. Łopata, M. Poźniczek: REPETYTORIUM Z CHEMII dla uczniów szkół średnich i kandydatów na wyższe uczelnie. Zamiast korepetycji, Kraków B. Jasińska: CHEMIA OGÓLNA, Wydawnictwa AGH, Kraków A. Piotrowski; M. Klimek: ĆWICZENIA Z CHEMII DLA MECHANIKÓW, Wyd. AGH, Kraków 1987.

humanistycznym i klasycznym. W. Sz i P., W-wa 1989. Grabczak, Z. Kluz, K. Łopata, M.

Podobne dokumenty

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego Inżynieria i Gospodarka Wodna w ramach projektu Era inżyniera pewna lokata na przyszłość Opracował: