Loading...
 
Chemia ogólna
Pod redakcją:Halina Krawiec
Autorzy/Autorki:Zbigniew Szklarz, Alicja Łukaszczyk, Bartosz Grysakowski, Maria Starowicz, Dominika Święch, Halina Krawiec, Edyta Proniewicz
Afiliacja autorów:AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa
Wydawca:Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica w Krakowie
Data publikacji:2018
Recenzja: dr hab. Grzegorz Sulka, prof. UJ
dr hab. Lidia Adamczyk
ISBN:978-83-952566-4-6

Chemia ogólna
Rozdział 3. Klasyfikacja chemicznych związków nieorganicznych i ich nomenklatura
Stechiometria równań chemicznych - przykłady obliczeń

Prawidłowo uzgodnione równanie chemiczne podaje stosunki molowe substratów i produktów biorących udział w danej reakcji. Dzięki znajomości tych realcji można z kolei obliczyć masy bądź objętości poszczególnych reagentów i odwrotnie, znając masy bądź objętości reagujących substancji można określić współczynniki stechiometryczne występujące w równaniu reakcji lub wzorze chemicznym. W module tym przedstawione zostały przykłady obliczeń dla substancji czystych (np. nie będących składnikiem mieszaniny). Przykłady obliczeń dla roztworów (mieszanin) można znaleźć w module Reakcje chemiczne w roztworach.


W celu zredukowania czystego tlenku żelaza \( \text{Fe}_{a}\text{O}_{b} \) zużyto 9 gramów czystego glinu. Produktami tej reakcji były tlenek glinu oraz metaliczne żelazo, którego uzyskano 18.7 gramów. Określ jaki to tlenek.

Zapiszmy równanie reakcji bez jego uzgadniania:

\( \text{Fe}_{a}\text{O}_{b}+\text{Al}=\text{Fe}+\text{Al}_{2}\text{O}_{3} \)

Po lewej stronie równania reakcji znajduje się \( a \) atomów żelaza, \( b \) tlenu i tylko jeden atom glinu, podczas gdy po stronie prawej - jeden atom żelaza, dwa glinu oraz trzy atomy tlenu.
Rozpocznijmy bilansowanie równania od atomów glinu i tlenu. W tym celu należy dopisać współczynnik równy trzy przed cząsteczką tlenku żelaza po stronie substratów, ponieważ trzy atomy tego pierwiastka wchodzą w skład cząsteczki \( \text{Al}_{2}\text{O}_{3} \) oraz \( b \) przed cząsteczką tlenku glinu po stronie produktów ( \( b \) atomów tlenu występuje w cząsteczce tlenku żelaza). Po lewej stronie równania chemicznego zmienić należy współczynnik przed atomem glinu na \( 2b \). Aby zbilansować liczbę atomów żelaza trzeba dopisać \( 3a \) przed atomem żelaza po stronie produktów.

\( 3\text{Fe}_{a}\text{O}_{b}+2b\text{Al}=3a\text{Fe}+b\text{Al}_{2}\text{O}_{3} \)

Poprawnie uzgodnione równanie reakcji podaje stosunki molowe reagentów, z których można obliczyć stosunki wagowe lub objętościowe związków biorących udział w reakcji. Zapiszmy proporcję korzystając z obliczonych liczb moli żelaza i glinu zawierających się w podanych w treści zadania masach oraz współczynników stechiometrycznych stojących przed symbolami \( \text{Al} \) i \( \text{Fe} \) w równaniu reakcji ( 2 ).

\( \displaystyle\left.\begin{align*}2b&\Longleftrightarrow3a\\n_{Al}&\Longleftrightarrow{n_{Fe}}\end{align*}\right\}{\Longrightarrow}\frac{b}{a}=\frac{3n_{Al}}{2n_{Fe}}=\frac{3m_{Al}M_{Fe}}{2m_{Fe}M_{Al}}=\frac{3{\cdot}9{\text{ g}}{\cdot}56{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1}}{2{\cdot}18.7{\text{ g}}{\cdot}27{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1}}\approx\frac{3}{2} \)

Wzór poszukiwanego tlenku to:

\( \text{Fe}_{2}\text{O}_{3} \)

Oblicz masę węglanu wapnia jaką można otrzymać z rozkładu termicznego 81 gramów wodorowęglanu wapnia. Masa molowa węglanu wapnia \( M_{CaCO_{3}}=100{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1} \), masa molowa wodorowęglanu wapnia \( M_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}=162{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1} \).

\( \text{Ca}\big{(}\text{HCO}_{3}\big{)}_{2}=\text{CaCO}_{3}+\text{CO}_{2}+\text{H}_{2}\text{O} \)

Z wartości stosunku molowego reagentów biorących udział w reakcji rozkładu, równanie ( 6 ), wiadomo, że rozkład jednego mola wodorowęglanu wapnia powoduje powstanie jednego mola węglanu wapnia.

\( n_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}:n_{CaCO_{3}}:n_{CO_{2}}:n_{H_{2}O}=1:1:1:1 \)

Obliczmy masy molowe wodorglanu wapnia oraz węglanu wapnia:

\( M_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}=M_{Ca}+2M_{H}+2M_{C}+6M_{O}=40+2+24+96=162{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1}\\M_{CaCO_{3}}=M_{Ca}+M_{C}+3M_{O}=40+12+48=100{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1} \)

Liczba moli wodorowęglanu wapnia znajdujących się w próbce o podanej masie:

\( \displaystyle n_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}=\frac{m_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}}{M_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}}=\frac{81{\text{ g}}}{162{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1}}=\frac{1}{2} \)

Na podstawie stosunku molowego można zapisać równość pomiędzy liczbami moli wodorowęglanu wapnia i węglanu wapnia oraz obliczyć masę tego drugiego związku:

\( \displaystyle n_{CaCO_{3}}=n_{Ca{(}HCO_{3})_{2}}=\frac{1}{2}{\Longrightarrow}m_{CaCO_{3}}=n_{CaCO_{3}}M_{CaCO_{3}}=50{\text{ g}} \)

Oblicz masę kwasu solnego niezbednego do zobojętnienia próbki wodorotlenku sodu, która jest produktem reakcji 124 gramów tlenku sodu z wodą.

W opisywanym przykładzie wodorotlenek sodu jest produktem reakcji tlenku sodu z wodą, równanie ( 10 ). Związek ten jest następnie zobojętniany przy pomocy kwasu solnego zgodnie z równaniem reakcji ( 11 ).

\( \text{Na}_{2}\text{O}+2\text{H}_{2}\text{O}=2\text{NaOH}+\text{H}_{2} \)
\( \text{NaOH}+\text{HCl}=\text{NaCl}+\text{H}_{2}\text{O} \)

W pierwszej reakcji stosunki molowe reagentów wynoszą:

\( n_{Na_{2}O}:n_{H_{2}O}:n_{NaOH}:n_{H_{2}}=1:2:2:1 \)

Dla reakcji drugiej:

\( n_{NaOH}:n_{HCl}:n_{NaCl}:n_{H_{2}O}=1:1:1:1 \)

Obliczmy liczbę moli tlenku sodu w próbce 124 g tego związku, a także, korzystając ze stosunku molowego ( 12 ), liczba moli wodorotlenku sodu:

\( \displaystyle n_{Na_{2}O}=\frac{m_{Na_{2}O}}{M_{Na_{2}O}}=\frac{124{\text{ g}}}{62{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1}}=2{\text{ mol}}\\\displaystyle \frac{n_{Na{2}O}}{n_{NaOH}}=\frac{1}{2}{\Longrightarrow}n_{NaOH}=2n_{Na_{2}O}=4{\text{ mol}} \)

Ponieważ stosunek molowy wodorotlenku sodu i kwasu solnego wynosi 1:1, można zapiasać:

\( \displaystyle \frac{n_{HCl}}{n_{NaOH}}=\frac{1}{1}{\Longrightarrow}m_{HCl}=n_{NaOH}{M_{HCl}}=4{\text{ mol}}{\cdot}37{\text{ g}}{\cdot}{\text{mol}}^{-1}=143{\text{ g}} \)


Treść zadania:
W wyniku rozkładu termicznego próbki wodorowęglanu amonu o masie 7.4 g otrzymano 1.8 g pary wodnej, 2.24 dm³ dwutlenku węgla oraz pewną objętość gazowego amoniaku. Wyznacz objętość amoniaku przyjmując, że gęstości amoniaku i dwutlenku węgla to odpowiednio 0.76 g/dm³ oraz 1.96 g/dm³.
Rozwiązanie:

Objętość gazowego amoniaku wynosi: \( V_{NH_{3}}=2.24{\text{ dm}}^{3} \)

Treść zadania:
Oblicz ile moli gazowego chloru można otrzymać w reakcji 120 g tlenku manganu(IV) z kwasem solnym. Produktami tej reakcji są gazowy chlor, chlorek manganu(II) oraz woda.
Rozwiązanie:

Ilość moli gazowego chloru to 1.38 mol.

Treść zadania:
Oblicz masę węglanu wapnia, która w wyniku rozkładu termicznego tego związku pozwala na otrzymanie 2 litrów gazowego dwutlenku węgla (zmierzonego przy ciśnieniu 101.325 hPa oraz temperaturze 294 K). Wykonaj podobne obliczenia dla temperatury 294 K oraz ciśnienia 992 hPa.
Rozwiązanie:

Masy suchego osadu węglanu wapnia wynoszą:
9 g (dla T=294 K i P=101.325 hPa),
8 g (dla T=294 K oraz P=992 hPa).


Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4].

Bibliografia

1. A. Śliwa (Red.): Obliczenia chemiczne. Zbiór zadań z chemii nieorganicznej i analitycznej wraz z podstawami teoretycznymi, Państwowe Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa 1979
2. Z. Kalicka, E. Kawecka-Cebula, M. Szałkowicz: Zbiór zadań z chemii ogólnej dla studentów metalurgii, Wydawnictwo AGH, Kraków 1991
3. K. M. Pazdro: Zbiór zadań z chemii dla szkół średnich, Oficyna Edukacyjna Krzysztof Pazdro, Warszawa 1994
4. J. Banaś i W. Solarski (Red.): Chemia dla inżynierów. Materiały do kształcenia w systemie otwartym, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2008
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.