Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr zimowy, rok akademicki 2015/2016. Mol, masa molowa, liczba Avogradro

Transkrypt

1 Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr zimowy, rok akademicki 2015/2016 Mol, masa molowa, liczba Avogradro 1. W Wielkim Zderzaczu Hadronów w czasie 1 sekundy zderza się 600 milionów protonów. Oblicz, po jakim czasie zderzeniom ulegnie 1 mol protonów. (Odp. ok. 32 miliony lat) 2. Wyznacz masę siarki zawierającą tyle atomów, ile znajduje się w: a) 3,60 mg żelaza; b) 3,60 mg diazotu 3. Izotop promieniotwórczy 60 Co można wykryć w ilości g. Oblicz w przybliżeniu, jaka liczba atomów kobaltu jest zawarta w tej masie. (Odp ). 4. Jedna tona wody morskiej zawiera 0,28 mg srebra. Przyjmując, że 30 kropli wody waży 1,0 g, wyznacz liczbę atomów srebra znajdujących się w jednej kropli morskiej wody 5. Pewien nowoczesny detektor materiałów wybuchowych jest w stanie wykryć już 5 fg trotylu (1 fg = g). Ile co najmniej cząsteczek TNT musi zawierać badana próbka? (Odp. ok. 10 milionów cząsteczek) 6. Kilogram surowych liści szpinaku zawiera ok. 30 mg żelaza. Przyjmuje się, że tylko ok. 1% z tej ilości Fe jest przyswajane drogą pokarmową. Oblicz masę porcji szpinaku, jaką powinien spożyć człowiek, żeby w całości pokryć dzienne zapotrzebowanie na ten mikroelement, wynoszące średnio 1, atomów. 7. Długość wiązania między atomami węgla w cząsteczkach alkanów wynosi około 0,15 nm. Jaka byłaby długość łańcucha węglowego zawierającego 1 mol atomów węgla? Porównaj wynik z odległościami Wrocław-Warszawa (ok. 300 km), Wrocław Sydney (ok km) oraz Ziemia-Słońce (ok. 1, km). Jaka jest masa takiego łańcucha? (Odp km) 8. Oblicz, ile atomów poszczególnych pierwiastków znajduje się w 2,5 dm 3 czystego kwasu propionowego, jeśli wiadomo, że jego gęstość wynosi 0,99 g/cm 3. (Odp. 6, atomów węgla, 4, atomów tlenu i 1, atomów wodoru) Skład procentowy, wzór elementarny i rzeczywisty związku chemicznego 1

2 1. Chlorek metalu dwuwartościowego zawiera 62,61% metalu. Podaj symbol tego metalu. 2. Tlenek pewnego pierwiastka o wzorze MO 2 zawiera 25,97% tlenu. Określ, jaki metal tworzy ten tlenek. 3. Jaka jest masa atomowa pierwiastka X, którego próbka zawierająca 1, atomów waży 1,05 mg? Jaki to pierwiastek? (Odp.40,02 Da) 4. Który ze związków magnezu (wchodzących w skład dostępnych w aptekach preparatów) charakteryzuje się największą zawartością procentową tego pierwiastka? a) dwuwodny mleczan magnezu C 6H 10MgO 6 2H 2O, b) dolomit CaCO 3 MgCO 3, c) czterowodny wodoroasparagninian magnezu C 8H 12MgN 2O 8 4H 2O, d) tlenek magnezu MgO. 5. Wyprowadź wzór elementarny związków o następujących składach procentowych: a) 58,54% C, 4,09% H, 26,00% O, 11,37% N; b) 24.77% Co, 29.80% Cl, 45.42% H 2O; c) 16,92% K 2O, 18,32% Al 2O 3, 64,75% SiO Stosunek masowy C:H:N w pewnym związku organicznym jest bliski 13,7:1:2. Podaj wzór elementarny tego związku. 7. Próbkę pewnego węglowodoru o masie 120,0 g poddano analizie chemicznej. W jej wyniku określono, że próbka zawiera 110,71 g węgla, resztę zaś stanowi wodór. Wyznacz wzór elementarny tego związku. 8. Ustal wzór elementarny i rzeczywisty związku o składzie elementarnym: 54,53% C, 9,15% H, zawierającego ponadto 2 atomy tlenu w cząsteczce. 9. Cząsteczka chlorofilu a zielonego barwnika roślin zawiera w centrum atom magnezu, wiadomo ponadto, że zawartości procentowe pozostałych pierwiastków są następujące: 73,93% C, 8,12% H, 6,27% N i 8,95% O. Jaki jest wzór rzeczywisty tego związku? (Odp. C 55H 72MgN 4O 5) 10. Sól (NH 4) xfe(so 4) z n H 2O zawiera 7,14% N, 14,23% Fe i 16,36% S. Określ wzór tej soli. (Odp. x = 2, z = 2, n = 6) 11. Analiza elementarna związku złożonego z węgla, wodoru i tlenu wykazała, że zawiera on 68,85% węgla, 4,95% wodoru, resztę stanowi tlen. Wyznaczona 2

3 za pomocą spektrometrii masowej masa cząsteczkowa jest równa 122,1 Da. Określ wzór rzeczywisty związku. (Odp. C 7H 6O 2) 12. Skład procentowy związku jest następujący: 34,94% Na, 16,13% B i 48,63% O. Jego masa molowa jest równa 197,4 g/mol. Podaj wzór rzeczywisty związku. (Odp. Na 3B 3O 6) 13. Związek składający się wyłącznie z węgla i chloru zawiera 10,15% węgla. Jaki jest wzór rzeczywisty tego związku, jeśli jego cząsteczka waży 3, g? (Odp. C 2Cl 6) 14. W wyniku termicznego rozkładu 2,00 g pewnego związku wydzieliło się 0,90 g tlenu oraz powstał chlorek sodu. Podaj wzór elementarny związku. (Odp. NaClO 3) 15. Uwodniony octan sodu podgrzano do temperatury 60 C, w wyniku czego sól rozpuściła się w swojej wodzie krystalizacyjnej i powstał roztwór o stężeniu 60,3%. Określ wzór wyjściowego hydratu. 16. Uwodniony siarczan(vi) sodu ogrzewano do całkowitej utraty wody krystalizacyjnej, w wyniku czego masa próbki zmniejszyła się o 55,9%. Wyznacz wzór hydratu. 17. Hydrat fosforanu(v) magnezu, Mg 3(PO 4) 2 nh 2O, zawiera 17,73% Mg. Wyznacz wzór elementarny tego hydratu. 18. Pewien związek organiczny złożony z węgla, wodoru i tlenu zawiera 29,1% O. Podczas całkowitego spalania próbki tego związku otrzymano 6,336 g CO 2 i 1,296 g wody. Podaj wzór elementarny tego związku oraz jego wzór rzeczywisty, wiedząc że 66,9 mg tego związku zawiera 3, cząsteczek Skład mieszanin, stężenia roztworów 1. Oblicz zawartość procentową potasu w mieszaninie składającej się z 10 g KAl(SO 4) 2 i 80 g K2SO4. 2. Mieszanina śniegu (lodu) z solą znana jest jako tzw. mieszanina oziębiająca. Mieszanina, w której ułamek molowy chlorku sodu wynosi 0,0920 pozwala obniżyć temperaturę do około 20ºC. Jakie masy lodu i chlorku sodu potrzebne są do sporządzenia 1,000 kg takiej mieszaniny? (Odp. 0,752kg; 0,247kg) 3

4 3. W 125,0 g roztworu znajduje się 45,0 g saletry potasowej (KNO 3). Oblicz zawartość procentową saletry w roztworze. 4. Jaką objętość zajmuje w warunkach normalnych chlorowodór wydzielony z 400 cm 3 26,2%-owego roztworu HCl, którego gęstość wynosi 1,13 kg/dm 3? (Odp. 72,8 dm 3 ). 5. Kapsułka służąca do przygotowania amalgamatu do wypełniania ubytków w zębach zawiera w jednej części 552 mg ciekłej rtęci, a w drugiej 600 mg stopu składającego się ze srebra (40%), cyny (31,3%) oraz miedzi. Oblicz skład procentowy amalgamatu powstałego po zmieszaniu zawartości dwóch części kapsułki. 6. Jaką objętość bezwodnego kwasu mrówkowego o gęstości d = 1,220 g/cm 3 należy odmierzyć w celu sporządzenia 600 cm 3 roztworu o stężeniu C = 0,85 mol/dm 3? (Odp. 19,23 cm 3 ) 7. Oblicz stężenie molowe roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie w wodzie 100,0 dm 3 gazowego amoniaku (w przeliczeniu na warunki normalne) i dopełnienie wodą do objętości 1,000 dm 3. (Odp. 4,46 mol/dm 3 ) 8. Stosunek molowy wodorotlenku sodowego do wodorotlenku potasowego w ich mieszaninie wynosi 5 : 1. W 200 cm 3 wody rozpuszczono 51,2 g tej mieszaniny wodorotlenków. Oblicz stężenia procentowe wodorotlenków sodu i potasu w tak sporządzonym roztworze. 9. Oblicz masę NaNO 3 zawartego w 650 cm 3 roztworu o stężeniu molalnym 0,25 mol/kg. Gęstość tego roztworu wynosi d = 1,01 g/cm 3. (Odp. 13,65 g). 10. W 250 cm 3 wody rozpuszczono: a) 1,0 mol MgCl 2, b) 1,0 mol MgCl 2 6H 2O otrzymując roztwory gęstościach odpowiednio 1,231 g/cm 3 i 1,171 g/cm 3. Oblicz stężenia molowe, stężenia procentowe, ułamki molowe oraz stężenia molalne tak otrzymanych roztworów chlorku magnezowego. (Odp. a) 3,57 M; 27,58%; x(mgcl 2) = 0,06716; 4,00 mol/kg, b) 2,584 M; 26,60%; x(mgcl 2) = 0,04787; 2,793 mol/kg) 11. Oblicz, jakich mas tetrahydratu chlorku żelaza(ii) oraz wody należy użyć celem sporządzenia 250 g 10,0%-owego roztworu tej soli. (Odp. 39,20 g hydratu) 12. Gęstość roztworu wodnego zawierającego 50% wag. H 2SO 4 w temperaturze 0 C oraz 80 C jest równa odpowiednio 1,4110 g/cm 3 i 1,3494 g/cm 3. Oblicz jego stężenia molowe i molalne w obu temperaturach. Sformułuj wniosek. 4

5 13. Oblicz, w jakiej objętości roztworu HCl o gęstości d = 1,087 kg/dm 3, w którym ułamek molowy HCl wynosi 0,0978, znajduje się 100g chlorowodoru. (Odp. 511 cm 3 ). 14. Stężenie procentowe roztworu jodu w chloroformie wynosi 15%. Oblicz ułamek molowy I 2 oraz stężenie molarne. 15. Ułamek molowy HCOOH w roztworze wodnym wynosi 0,08. Olicz stężenie procentowe i molarne tego roztworu. 16. Mieszanina heksanu C 6H 14 i benzenu C 6H 6 zawiera 24% molowych heksanu. Oblicz masę tego składnika w 180 g mieszaniny. (Odp. 46,5 g) 17. Który z wodnych roztworów acetonu jest bardziej rozcieńczony: roztwór (1) o stężeniu molarnym 15 moli/kg czy roztwór (2), w którym ułamek molowy acetonu wynosi 0,25? Mieszanie i rozcieńczanie roztworów, stężenia jonów 1. W tyglu stopiono odważki: 50,0 g stopu Cu-Zn zawierającego 45,0% wagowych Zn, 25,0 g czystego cynku oraz 60,0 g czystej miedzi. Oblicz skład tak otrzymanego stopu. (Odp.35,2% wag Zn, 64,8% wag Cu). 2. Oblicz zawartość procentową żelaza w mieszaninie składającej się z jednakowych ilości wagowych hematytu (Fe 2O 3), magnetytu (Fe 3O 4) oraz pirytu FeS 2. (Odp. 62,95%Fe). 3. Oblicz masę wody, którą należy odparować z 200,0g roztworu zawierającego 8,0% wag substancji nielotnej (np. soli), aby otrzymać roztwór o stężeniu 14.0% wag. (Odp. 85,7g). 4. Jaką największą masę stopu Pb-Sn, zawierającego 40,0% wag Sn, można sporządzić, mając do dyspozycji po 100,0g ołowiu, cyny i stopu Pb-Sn zawierającego 25,0% wag Pb? (Odp. 208,3g). 5. Zmieszano 400 g roztworu kwasu siarkowego(vi) o C = 3,5 mol/dm 3 i d = 1,21 g/cm 3 z 400 cm 3 wody otrzymując roztwór o gęstości d = 1,100 g/cm 3. Oblicz stężenia molowe, procentowe, molarne oraz ułamek molowy kwasu siarkowego w tak otrzymanym roztworze. (Odp. 1,59 M; 14,2%; 1,69 mol/kg; 0,029) 5

6 6. Oblicz ile gramów siarczanu(vi) sodowego należy dodać do 180g 15%-owego roztworu siarczanu(vi) chromu(iii), aby po rozcieńczeniu tego roztworu wodą do objętości 0,80 dm 3 otrzymać roztwór, w którym stężenie jonów SO 4 2- wynosi 0,40 mol/dm 3? (Odp. 16,1g) 7. Dane są dwa roztwory amoniaku, z których pierwszy zawiera 25,3% wag. NH 3, a drugi 3.3% NH 3. Po ile kilogramów każdego z tych roztworów należy odważyć, aby przygotować 10,0 kg roztworu o stężeniu 11%? (Odp. 6,50 kg; 3,50 kg) 8. Zmieszano 100g 1,5%-owego roztworu kwasu siarkowego(vi) z 20 cm 3 0,24 M roztworu siarczanu(vi) potasowego, a następnie dodano do otrzymanego roztworu wody do objętości 300 cm 3. Oblicz stężenia molowe jonów siarczanowych(vi) i potasowych w tak otrzymanym roztworze. (Odp. 0,067 mol SO 4 2- /dm 3 ; 0,032 mol K + /dm 3 ) 9. Oblicz, jaką objętość kwasu solnego o stężeniu 1,00 mol/dm 3 można sporządzić, rozcieńczając 1,00 kg kwasu solnego o stężeniu 6,0% wag. 10. Oblicz, ile gramów wodorotlenku sodowego zawierającego 5% zanieczyszczeń należy rozpuścić w wodzie, aby otrzymać 200 g 10% roztworu? (Odp. 21,1 g) 11. Ile wody należy dodać do 300 cm 3 2,0% roztworu wodorotlenku sodowego o gęstości d = 1,052 g/cm 3, aby otrzymać ściśle 0,100 M roztwór NaOH? (Odp. ok. 1,28 dm 3 ) 12. W jakim stosunku objętościowym należy zmieszać 12,0% roztwór kwasu siarkowego o gęstości 1,08 g/cm 3 i 62,0% roztwór o gęstości 1,52 g/cm 3 celem otrzymania 35,0 % roztworu tego kwasu. (Odp. 1,65 : 1) 14. Do 100 cm 3 0,45 M roztworu AgNO 3 dodano pewną ilość stałego azotanu(v) srebra, po czym roztwór uzupełniono wodą do objętości 200 cm 3. Otrzymany roztwór miał stężenie 0,60 mola/dm 3. Oblicz masę dodanej soli. 15. Do 200 g roztworu KOH o stężeniu 1,5 mola/kg dodano 100 g roztworu KOH, w którym ułamek molowy wodorotlenku potasu był równy 0,15. Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu. 16. Do butli, w której znajdowała się pewna ilość wody, dodano 10,5 kg 30,0% roztworu kwasu siarkowego oraz 12,0 kg 96,0% roztworu tego kwasu. 6

7 Obliczyć masę wody, która znajdowała się w butli, jeżeli po zmieszaniu stężenie kwasu wynosiło 26,0%. (Odp. 33,9 kg) 17. Oblicz, jaki jest ułamek molowy i zawartość procentowa wodorotlenku wapnia w mieszaninie Ca(OH) 2 i NaOH, wiedząc że po rozpuszczeniu 0,385 g tej mieszaniny w 1 dm 3 H 2O otrzymamy roztwór, w którym stężenie jonów OH wynosi 0,01 M. Zaniedbaj zmianę objętości podczas rozpuszczania. (Odp. x Ca(OH)2 = 0,340, %Ca(OH) 2 = 48,8%) 18. Jaką objętość 30%-owego roztworu NH 3 o gęstości d = 0,894 g/cm 3 należy dodać do 200 cm 3 2,50 M roztworu amoniaku, aby po rozcieńczeniu wodą do objętości 1,50 dm 3 otrzymać roztwór 0,80 M? (Odp. 44,4 cm 3 ) 19. Oblicz masę wody, którą należy odparować ze 180,0 g roztworu zawierającego 12,0% wag substancji nielotnej, aby otrzymać roztwór o stężeniu 25,0% wagowych. 20. Zmieszano 200 g wodnego roztworu C 2H 5OH o stężeniu molowym 3,8 mola/dm 3 i gęstości 0,97 g/cm 3 z 420 cm 3 roztworu alkoholu etylowego o stężeniu 64% i gęstości 0,88 g/cm 3. Oblicz stężenie procentowe i molarne alkoholu etylowego oraz jego ułamek molowy w otrzymanym roztworze. Bilansowanie równań reakcji chemicznych 1. Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w podanych równaniach reakcji chemicznych. a) As 4O 6 + H 2O H 3AsO 3 b) Al 2O 3 + NaOH + H 2O Na 3[Al(OH) 6] c) PCl 5 + H 2O HCl + H 3PO 4 d) B 2O 3 + P 2O 5 BPO 4 e) BF 3 + H 2O HBF 4 + H 3BO 3 f) Ca(OH) 2 + FeCl 3 CaCl g) H 3PO 4 + Mg(OH) 2 Mg(H 2PO 4) 2 +. h) CaSiO 3 + HF CaF 2 + SiF 4 + H 2O i) Mg 3N 2 + H 2O Mg(OH) 2 + NH 3 j) Hg(CNO) 2 Hg + CO + N 2 7

8 2. Zbilansuj niżej podane reakcje redoks metodą stopni utlenienia. Wskaż utleniacz i reduktor. a) Cu + HNO 3 Cu(NO 3) 2 + NO 2 + H 2O (kwas stęż.) b) Cu + HNO 3 Cu(NO 3) 2 + NO + H 2O (kwas rozc.) c) K 2CrO 4 + HCl Cl 2 + CrCl 3 + KCl + H 2O d) H 2O 2 + K 2Cr 2O 7 + H 2SO 4 O 2 Cr 2(SO 4) 3 + K 2SO 4 + H 2O e) KI + O 3 + H 2O I 2 + KOH + O 2 f) As 2S 3 + KMnO 4 + H 2SO 4 H 3AsO 4 + K 2SO 4 + MnSO 4 + H 2O g) HNO 2 HNO 3 + NO + H 2O h) FeS 2 + HNO 3 + NaNO 3 Fe 2(SO 4) 3 + Na 2SO 4 + NO + H 2O i) KOH + Br 2 KBrO 3 + KBr + H 2O j) Ca(OH) 2 + Cl 2 Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + H 2O k) C 6H 5CH 3 + K 2Cr 2O 7 + H 2SO 4 C 6H 5COOH + Cr 2(SO 4) 3 + K 2SO 4 + H 2O l) HCHO + I 2 + NaOH HCOONa + NaI + H 2O 3. Zbilansuj niżej podane reakcje redoks metodą metodą reakcji połówkowych. Wskaż reakcje utleniania i redukcji. W nawiasach podano środowisko, w jakim biegnie dana reakcja. a) Fe 2+ + Cr 2O Fe 3+ + Cr (śr. kwaśne) b) MnO 2 + SO Mn 2+ + S 2O (śr. kwaśne) c) Br BrO Br 2 +. (śr. kwaśne) d) 3- AsO 4 + S AsO 3 + S + (śr. kwaśne) e) Cl Cl + ClO +. (śr. zasadowe) f) ClO 2 +. ClO ClO 3 (śr. zasadowe) g) AuCl 4 + AsH Au + Cl + 3 AsO 3 +. (śr. kwaśne) h) H 2S 2O 6 +. H 2SO 3 + H 2SO 4 (śr. obojętne) i) (COO ) 2 + MnO 4 +. CO 2 + Mn (śr. kwaśne) j) VO 2+ + IO VO 3 + I + (śr. zasadowe) 8

9 k) H 2Sb 2O I +. Sb 3+ + I 2 +. (śr. kwaśne) l) [Cu(NH 3) 4] 2+ + CN [Cu(CN) 4] 3 + NH 3 + (CN) 2 (śr. obojętne) Obliczenia stechiometryczne 1. Oblicz, jaka objętość roztworu HCl gęstości d = 1,09 g/cm 3, zawierającego 15,0% HCl, przereaguje całkowicie z 32,7 g cynku. Jaką objętość, mierzoną w warunkach normalnych, zajmie wydzielony w tej reakcji wodór? 2. Ile gramów CaCO 3 i jaką objętość 5,0%-owego roztworu HCl o gęstości d = 1,025 kg/dm 3, należy użyć do sporządzenia 200 cm 3 0,30 molowego roztworu CaCl 2? 3. W ciągu jednego roku opady atmosferyczne wymywają z 1 ha gleby 12,0 kg związanego azotu. Jaką ilością 80,0%-owego azotanu amonu, użytego jako nawóz sztuczny, można wyrównać te straty azotu? (Odp. ok. 42,9 kg) 4. W reakcji sodu z wodą wydzieliło się 300 cm 3 wodoru mierzonego w warunkach normalnych. Oblicz: a) masę użytego w reakcji sodu; b) jaką objętość 0,200 M roztworu H 2SO 4 należy użyć do zobojętnienia otrzymanego roztworu. (Odp. 0,6161 g Na; 67,0 cm 3 ) 5. Hydrat siarczanu(vi) cynku o wzorze ZnSO 4 7H 2O można otrzymać z wydajnością 90,0% w reakcji metalicznego cynku z kwasem siarkowym. Oblicz, jaką masę 30,0%-owego roztworu kwasu siarkowego(vi) należy odważyć celem otrzymania 200,0 g tego hydratu, mając do dyspozycji dowolną ilość cynku. (Odp. 206,6 g roztworu H 2SO 4) 6. Do 143,0 g kwasu solnego o stężeniu 10,0%. dodano 7,00 g metalicznego magnezu. Oblicz zawartość procentową składników tak otrzymanego roztworu. 7. Ile gramów 10,0%-owego roztworu AgNO 3 należy zużyć do strącenia jonów chlorkowych z 30,0 cm 3 0,250 molowego roztworu NaCl, stosując 20,0%-owy nadmiar odczynnika? (Odp. 15,3 g) 8. Oblicz maksymalną objętość gazowego CO 2 (war. norm.), który można otrzymać, mając do dyspozycji: a) 1,00 kg kwasu solnego o stężeniu 5,0%; b) 1,00 kg kwasu siarkowego o stężeniu 5,0% oraz 200,0 g kamienia wapiennego o zawartości 90,0% wag CaCO 3. (Odp. a. 15,36 dm 3 ; b. 11,43 dm 3 ) 9

10 9. 15 cm 3 3M roztworu H 2 SO 4 zmieszano z 20 cm 3 2M roztworu HCl i 25 cm 3 2M roztworu Ba(OH) 2. Wydzielony osad BaSO 4 odsączono, a przesącz rozcieńczono do objętości 200 cm 3. Oblicz stężenia jonów obecnych w otrzymanym roztworze. 10. W rurze kwarcowej umieszczono 10,0 g mieszaniny Cu 2O i Fe 3O 4, dla której stosunek mas jej składników wynosi 3:1. Przez rurę tą ogrzaną do wysokiej temperatury przepuszczano strumień wodoru, aż do pełnej redukcji mieszaniny tlenków do czystych metali. Ile gramów wody powstało w wyniku przeprowadzonej reakcji? (Odp. 1,721 g) 11. Oblicz objętość w przeliczeniu na warunki normalne: a) tlenu oraz b) powietrza niezbędnego do spalenia 1 m 3 mieszaniny gazów o składzie 10,0% obj. CO, 40,0% obj. CH 4, 5,0% obj.h 2 oraz N 2. Przyjmij, że powietrze zawiera 21% obj. tlenu. (Odp. a. 0,875 dm 3 ; b. 4,167 dm 3 ) 12. Próbkę hydratu siarczanu(vi) żelaza(ii) o masie 0,7532 g rozpuszczono w wodzie, jony żelaza utleniono do Fe 3+ i strącono ilościowo jako Fe(OH) 3, który po wyprażeniu przeszedł w Fe 2O 3 o masie 0,2163g. Wyznacz wzór rzeczywisty hydratu. 13. Dwutlenek węgla w skali laboratoryjnej można otrzymać, działąjąc rozcieńczonym kwasem solnym na kamień wapienny. Wiedząc, że zawiera on 90,0% CaCO 3, oblicz objętość 2,5 M roztworu HCl niezbędnego do wytworzenia CO 2 z 1 kg kamienia wapiennego. (Odp. 7,19 dm 3 ) 14. Próbkę 10,24 g stopu, zawierającego 82,0 % wag. Ag, rozpuszczono w stężonym kwasie azotowym. Po krystalizacji otrzymano 11,42 g AgNO 3. Oblicz wydajność procesu. (Odp. 86,4%) 15. Fosfor otrzymuje się w wyniku reakcji węgla, używanego w postaci koksu o zawartości 95% C, z ortofosforanem(v) wapnia: Ca 3(PO 4) 2 + 5C 3 CaO + 5 CO + 2P a) Jaka jest minimalna masa koksu potrzebna do pełnego przereagowania z 20 tonami Ca 3(PO 4) 2?; b) Otrzymano 11,13 ton P w reakcji 67,45 ton Ca 3(PO 4) 2 z nadmiarem koksu. Jaka jest wydajność tej reakcji? 16. Do 150 cm 3 10,0%-owego roztworu H 2SO 4 o gęstości d = 1,07 kg/dm 3 dodano 16,0 g stałego NaOH. Który ze związków pozostanie w nadmiarze? Jakie będzie jego stężenie molowe, jeżeli gęstość otrzymanego roztworu wynosiła d = 1,08 kg/dm 3? (Odp. NaOH, C = 0,44 M) 10

11 17. W reklamie samochodu podano, że średnio emituje on 308 g dwutlenku węgla w czasie, kiedy pokonuje odległość 1 kilometra. Oblicz, ile litrów paliwa na 100 km spala ten pojazd. Dla uproszczenia przyjmij, że głównymi składnikami benzyny są izomery oktanu o wzorze sumarycznym C 8H 18, a jej gęstość wynosi 0,76 g/cm 3. (Odp. 13,1 l/100 km) 18. Jedną z reakcji wykorzystywanych do oczyszczania powietrza (np. w okrętach podwodnych i rakietach kosmicznych) jest pochłanianie dwutlenku węgla przez ponadtlenek potasu KO 2 (powstaje węglan potasu oraz tlen cząsteczkowy). Oblicz objętość O 2 (w przeliczeniu na warunki normalne) otrzymanego w reakcji z udziałem 473 g ponadtlenku potasu. Masa atomowa K = Diament Koh-i-noor waży (po oszlifowaniu) 108,93 karata. Wiedząc że jeden karat to 0,2 g, oblicz, jaką objętość dwutlenku węgla, mierzoną w warunkach normalnych, można by otrzymac w wyniku spalenia tego klejnotu w nadmiarze tlenu. 20. Do 180,0 g roztworu kwasu solnego o stężeniu 15% dodano 6,00 g metalicznego magnezu. Powstały roztwór miał gęstość 1,08 g/cm 3 Oblicz stężenia molowe wszystkich jonów obecnych w otrzymanym roztworze. Gazy. Jednostki ciśnienia. Podstawowe prawa gazowe 1. Jakie ciśnienie będzie panowało w oponie napompowanej w temp. 0 C do 0,200 MPa, jeżeli wskutek szybkiej jazdy rozgrzeje się ona do 50 C? (Odp. 0,237 MPa) 2. W butli stalowej o objętości 30,0 dm 3 znajduje się wodór pod ciśnieniem 2,00 MPa w temperaturze 23,0 C. Oblicz masę gazu znajdującą się w tej butli. Jakie ciśnienie będzie panowało w butli po pobraniu z niej 12 moli wodoru? (Odp. 48,8 g; 1,016 MPa) 3. Analiza próbki gazu łupkowego wykazała, że zawiera on 70,0% objętościowych metanu, 10,0% etanu, 9,4% dwutlenku węgla, 6,8% propanu oraz mniejsze ilosci innych węglowodorów. Oblicz ciśnienia cząstkowe oraz masy podanych składników w butli zawierającej 20 dm 3 tego gazu pod ciśnieniem 4,0 MPa i w temperaturze 300 K. 4. Oblicz gęstość pary wodnej w normalnej temperaturze wrzenia wody. (Odp. 0,588 kg/m 3 ) 5. Balony na ogrzane powietrze wykorzystują różnicę gęstości powietrza wewnątrz powłoki oraz otaczającego balon. Oblicz gęstość powietrza pod 11

12 ciśnieniem 1 atm w temperaturze 20 C oraz 120 C. Porównaj otrzymane wyniki. Przyjmij średnią masę molową powietrza równą 29 g/mol. (Odp. 1,2 kg/m 3 ; 0,90 kg/m 3 ) 6. Ile dm 3 wodoru pozostającego pod ciśnieniem 100,8 kpa i w temperaturze 20 C należy użyć do całkowitej redukcji 2,00g równomolowej mieszaniny magnetytu Fe 3O 4 i hematytu Fe 2O 3 do metalicznego żelaza? (Odp.0,8648 dm 3 ) 7. Gas blender (specjalista od mieszania gazów) napełnił pod ciśnieniem 230,0 barów i w temperaturze 20 C butlę o pojemności 25 litrów mieszaniną trimix 4/80, przeznaczoną do głębokiego nurkowania (trimix stanowi mieszaninę tlenu, helu podaje się kolejno ich zawartości w procentach objętościowych oraz azotu). Oblicz masę gazu zawartego w butli oraz ciśnienia cząstkowe składników. (Odp.: m = 2,11 kg, p(o 2) = 9,2 bar, p(he) = 184,0 bar, p(n 2) = 36,8 bar) 8. Dwa węglowodory mają taki sam skład elementarny: 85,6%C oraz 14,4%H. Ustal wzory rzeczywiste tych węglowodorów, jeżeli wiadomo, że ich gęstości względem azotu są odpowiednio równe: 1,000 oraz 1,500. (Odp. C 2H 4; C 3H 6) 9. Mieszanina azotu i wodoru w stosunku molowym 1 : 3 znajduje się w bu-tli pod ciśnieniem 800,0 kpa w temp. 400,0 K. Oblicz ciśnienia cząstkowe składników i ich stężenia molowe. (Odp. p N2 = 200,0 kpa, [N 2] = 0,06014 mol/dm 3 ) 10. Ciekły roztwór zawierający 10,0 g etanolu i 5,00 g wody ogrzano pod ciśnieniem 98,68 kpa do temperatury 200,0 C, w której składniki mieszaniny przeszły w stan gazowy. Oblicz: a) skład mieszaniny gazowej w % obj. b) ciśnienia cząstkowe składników c) gęstość otrzymanych par. (Odp. 43,9% obj. etanolu; p etanol = 43,3 kpa; 0,760 kg/m 3 ) 11. Mieszanina gazów składa się z azotu, wodoru i amoniaku. Ciśnienia parcjalne tych gazów wynoszą odpowiednio: 300 kpa, 350 kpa i 700 kpa. Oblicz skład tej mieszaniny w procentach wagowych i objętościowych. (Odp. N 2: 23,08% obj., 40,19% wag.; H 2: 23,08% obj., 2,87% wag.) 12. W temperaturze 100 C pod ciśnieniem normalnym gazowy czterotlenek diazotu (N 2O 4) ulega w 90,0% dysocjacji na dwutlenek azotu (NO 2). Oblicz ciśnienia cząstkowe składników i gęstość mieszaniny w tych warunkach temperatury i ciśnienia. 12

13 (Odp. p(no 2) = 95,99 kpa, d = 1,582 g/dm 3 ) 13. W temperaturze 3000 K pod ciśnieniem 101 kpa 9,03% cząsteczek gazowego wodoru jest zdysocjowanych na atomy. Jaka jest gęstość wodoru w tych warunkach? Jaką gęstość miałby wodór w tych warunkach, gdyby jego cząsteczki nie ulegały dysocjacji? (Odp.: 7,43 g/m 3, 8,10 g/m 3 ). Równowaga chemiczna. Równowagi w fazie gazowej 1. Zmieszano 1,0 mol tlenku węgla(ii) z czterokrotnym nadmiarem pary wodnej. Po ogrzaniu do 600 C i osiągnięciu stanu równowagi reakcji: CO (g) + H 2O (g) CO 2(g + H 2(g) układ zawierał 0,34 mol wodoru. Oblicz: a) skład mieszaniny równowagowej w procentach masowych b) ułamek molowy tlenku węgla(ii) w mieszaninie równowagowej c) stałą równowagi K c tej reakcji. (Odp. a. %CO = 18,48%; % H 2O = 65,88; %H 2 = 0,68%; b. x CO = 0,132; x H2O = 0,732; x CO2 = 0,068; c. K c = 4, ) 2. Monochlorek jodu powstaje w reakcji: I 2(g) + Cl 2(g) 2ICl (g), dla której stała równowagi w temperaturze 464 C wynosi 640. Oblicz stopień przereagowania jodu, jeżeli na początku reakcji w reaktorze o pojemności 1 dm 3 znajdowało się 0,1 mola I 2 i 0,3 mola Cl 2. (Odp. α = 0,997) 3. W temperaturze 700K wodór reaguje z bromem tworząc bromowodór. Stała równowagi K c tej reakcji jest równa Do reaktora wprowadzono 0,6 mola H 2 i 0,2 mola Br 2 i ogrzano do 700 K. Oblicz skład mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi. (Odp. 0,4 mol H 2; 0,4 mol HBr) 4. W reakcji dwóch substratów A i B tworzą się produkty C i D. W reaktorze znajdującym się w temperaturze T stężenie początkowe substratu A było dwukrotnie większe od początkowego stężenia substratu B. Po ustaleniu stanu równowagi reakcji A + B C + D 13

14 stężenie produktu C było trzykrotnie większe od stężenie równowagowego substratu B. Oblicz stałą równowagi K c tej reakcji. (Odp. K c = 1,8) 5. W temperaturze 407 K dla reakcji N 2O 4(g) 2 NO 2(g) wartość stałej równowagi K c wynosi 2,00, natomiast w temperaturze 273 K wartość K c = 0, Do naczynia o pojemności 1 dm 3 wprowadzono 2 mole N 2O 4 i ogrzano go do temperatury 407 K. W drugim zbiorniku o takiej samej pojemności również umieszczono 2 mole N 2O 4, ale ochłodzono go do temperatury 273 K. Oblicz stopień dysocjacji N 2O 4 w obu przypadkach. Sformułuj wniosek dotyczący wpływu temperatury na stan równowagi tej reakcji. (Odp. α(407 K) = 39%, α(273 K) = 1,0%) 6. Do reaktora wprowadzono 6,00 mol Ar i 2,00 mol trójtlenku siarki, ogrzano do pewnej temperatury i pozostawiono do osiągnięcia stanu równowagi reakcji: 2SO 3(g 2SO 2(g) + O 2(g) Po ustaleniu się stanu równowagi ułamek molowy tlenu był równy 0,025. Oblicz stopień dysocjacji termicznej trójtlenku siarki oraz stałą K x. (Odp. α = 20,0%) 7. Dla reakcji: I 2(g) 2I (g) stopień dysocjacji I 2 pod ciśnieniem 100,0 kpa w temperaturach 1000K i 2000K wynosi odpowiednio 2,84% i 95,18%. Oblicz wartości stałej równowagi K p tej reakcji w podanych temperaturach. (Odp. 1000K: 3, ; 2000K: 38,02) 8. W zbiorniku o objętości 1 dm 3 znajduje się w stanie równowagi mieszanina gazowa, zawierająca 2 mole butanu i 5 moli izobutanu. Oblicz stałą równowagi reakcji butan (g) izobutan (g). Jaki będzie skład mieszaniny, jeśli do zbiornika wprowadzone zostaną dodatkowo 2 mole butanu i układ ponownie osiągnie stan równowagi? (Odp. K c = K x = K p = 2,5; 2,57 mol butanu i 6,43 mol izobutanu) 9. Sporządzono mieszaninę 2,0 moli wody z dwukrotnym nadmiarem tlenku węgla(ii) oraz 1,0 mol wodoru i pozostawiono w temperaturze 600 C do osiągnięcia stanu równowagi reakcji: CO (g) + H 2O (g) CO 2(g + H 2(g) 14

15 Stała równowagi tej reakcji K c = 4, Oblicz skład mieszaniny równowagowej wyrażony liczbą moli jej składników oraz stopień przereagowania CO. (Odp. n(co) = 3,75 mol; n(h 2O) = 1,75 mol; n(co 2) = 0,25 mol; n(h 2) = 1,250 mol; stopień przereagowania CO = 6,25%) Dysocjacja elektrolityczna. Iloczyn jonowy wody, ph, poh, px. Elektrolity mocne 1. W nasyconym roztworze BaSO 4 stężenie jonów siarczanowych(vi) jest równe 1, mol/dm 3. Oblicz pba tego roztworu. 2. Zmieszano równe objętości dwóch rozcieńczonych roztworów mocnych kwasów o ph równym odpowiednio 3,00 oraz 5,00. Oblicz ph otrzymanego roztworu. (Odp. 3,30) 3. Zmieszano dwa roztwory mocnej zasady: a) 150 cm 3 o ph = 8,3; b) 350 cm 3 o ph = 10,2. Oblicz stężenie jonów OH - w otrzymanym roztworze wyrażone w mg/dm 3. (Odp. 1,89 mg/dm 3 ) 4. Zmieszano jedną objętość roztworu NaOH o ph = 13,85 i dwie objętości roztworu HCl o ph = 0,42. Oblicz wartość ph tak otrzymanego roztworu. (Odp. ph = 1,76) 5. Jaką objętość wody należy dodać do 25 cm 3 roztworu zawierającego 2,4 mg jonów SO 4 2-, aby uzyskać roztwór o pso 4 = 3,75? (Odp. 115 cm 3 ) 6. Ile cm 3 wody należy dodać do 100 cm 3 roztworu NaOH o ph = 13,5 aby ph zmalało do 13,0? (Odp. 216 cm 3 ) 7. Zmieszano 175 cm 3 roztworu HClO 4 o stężeniu 0,05 mol/dm 3 i 325 cm 3 0,01 M roztworu HCl. Do otrzymanego roztworu dodano 0,560 g stałego KOH. Jakie było ph tak otrzymanego roztworu? Oblicz masę powstałego, nierozpuszczalnego osadu chloranu(vii) potasu. (Odp. ph = 2,40; m KClO4 = 1,212 g) 8. Oblicz, jaką objętość kwasu solnego o ph = 1,75 należy użyć celem zobojętnienia 100,0 mg równomolowej mieszaniny wodorotlenków sodu i wapnia. 9. 5,685 g mieszaniny zawierającej 24,68% wag. KOH i 75,32% wag. Ba(OH) 2 rozpuszczono w wodzie, otrzymując roztwór(i) o objętości 500 cm 3. Oblicz ph 15

16 tego roztworu (załóż całkowitą dysocjację Ba(OH) 2) Jaką objętość 25% roztworu H 2SO 4 (d = 1,18 g/cm 3 ) należy zużyć na zobojętnienie 20 cm 3 roztworu(i)? 10. Pewien popularny napój gazowany ma ph = 2,30, natomiast w wersji dietetycznej ph = 2,70. Oblicz, w jakiej objętości drugiego z napojów znajduje się tyle samo jonów wodorowych, co w 330-mililitrowej puszce pierwszego. (Odp. 0,83 l) 11. Gruczoły trawienne żołądka człowieka wydzielają w ciągu doby ok. 1,5 litra soku żołądkowego, zawierającego enzymy oraz kwas solny. Przyjmując średnią wartość ph soku żołądkowego równą 1,5, oblicz objętość, mierzoną w warunkach normalnych, jaką zająłby gazowy HCl wytworzony w ciągu 24 godzin w ludzkim przewodzie pokarmowym. (Odp. 1,1 dm 3 ) Kwasy i zasady Brönsteda. Równowagi w roztworach słabych elektrolitów 1. Oblicz wartość stałej dysocjacji kwasu chlorowego(i), jeżeli stopień dysocjacji 0,2000-molowego roztworu wynosi 4, (Odp. 3, ). 2. Gęstość 15,0%-owego wodnego roztworu HCN wynosi 1,15 kg/dm 3. Oblicz wartość ph tego roztworu oraz stopień dysocjacji kwasu cyjanowodorowego. pk a(hcn) = 9,40 (Odp. ph = 4,30; α = ) 3. Oblicz stopień dysocjacji kwasu dichlorooctowego o stężeniu 0,050 M. Przyjmij pk a = 1,48. (Odp. α = 0,7) 4. Oblicz stężenie procentowe wagowe roztworu kwasu mrówkowego, którego gęstość d = 1,22 g/cm 3, a ph tego roztworu jest równe 1,82. Przyjmij pk a (HCOOH) = 3,75. (Odp. 4,86%) 5. Oblicz do jakiej objętości należy rozcieńczyć wodą 25,0 cm 3 roztworu kwasu octowego o ph = 3,00, aby wartość ph roztworu po rozcieńczeniu wzrosła o jednostkę. pk a(ch 3COOH = 4,75) 6. 50,0 cm 3 1,00 M roztworu kwasu azotowego(iii) rozcieńczono do objętości 1,0 dm 3. Oblicz stężenia równowagowe jonów i cząsteczek w roztworze wyjściowym i w roztworze uzyskanym po jego rozcieńczeniu, oraz wartości ph tych roztworów. pk a(hno 2) = 3,35. (Odp. ph wyjśc = 1,7; ph końc = 2,37) 7. Oblicz o ile zmieni się wartość ph 0,20 M roztworu chloranu(i) sodowego w wyniku jego 100-krotnego rozcieńczenia. pk a(hocl) = 7,50 16

17 8. Oblicz wartość ph oraz stężenie HCN w roztworze KCN o stężeniu 0,1 mol/dm 3. pk a(hcn) = 9,40. (Odp. ph = 11,2; 1, M) 9. Wartość ph 0,100 M roztworu chlorowodorku pirydyny C 5H 5NH + Cl - wynosi 3,08. Oblicz wartość stałej K b pirydyny (jon pirydyniowy C5H5NH+ jest protonowaną formą słabej zasady, jaką jest pirydyna C 5H 5N). (Odp. K b = 1, ) 10. Oblicz, jaką objętość gazowego amoniaku (w przeliczeniu na warunki normalne) należy rozpuścić w 1.00 dm 3 roztworu amoniaku o stężeniu 0,010 mol/dm 3, aby 10-krotnie zmienić jego stopień dysocjacji. (Odp. 22,4 dm 3 ) 11. Wartości ph dwóch roztworów: roztworu HCl i roztworu HCN są jednakowe i wynoszą 4,26. Oblicz wartości ph tych roztworów po ich 50-krotnym rozcieńczeniu. (Odp. 5,96; 5,11) 12. Oblicz, jaki procent jonów NH 4 + ulega reakcji protolizy w 0,05 M roztworu azotanu (V) amonu. (Odp. 0,0106%) 13. Ile razy zmniejszy się stężenie jonów hydroniowych, jeżeli do 500 cm 3 roztworu kwasu mrówkowego o stężeniu 0,2 mol/dm 3 doda się 0,050 mol mrówczanu sodu? Pomiń zmianę objętości roztworu. (Odp. ok. 17 razy) 14. Przygotowano bufor amonowy, rozpuszczając 6,72 dm 3 gazowego NH 3 (objętość mierzona w warunkach normalnych) w 200 cm 3 0,3 M roztworu H 2SO 4. Oblicz ph otrzymanego roztworu. 15. Do 50 cm 3 roztworu z zadania 4 dodano a) 1 cm 3 0,02 M roztworu HCl, b) (do innej porcji) 1 cm 3 0,02 M roztworu NaOH. Oblicz ph otrzymanych roztworów. 16. Zmieszano 50,0 cm 3 0,20 M roztworu kwasu mrówkowego z pewną objętością 0,20 M roztworu HCOONa otrzymując roztwór o ph = 4,55. Oblicz objętość dodanego roztworu mrówczanu sodowego. (Odp. 0,316 dm 3 ). 17. Oblicz ph roztworu kwasu cyjanowodorowego, w którym stopień dysocjacji HCN wynosi 18%. pk a(hcn) = 9, Oblicz wartość stałej dysocjacji kwasu chlorowego(i), jeżeli stopień dysocjacji 0,2-molowego roztworu wynosi 4,