Copyright by ZamKor P. Sagnowski i Wspólnicy spółka jawna, Kraków ROZWIĄZANIA ZADAŃ. Po wprowadzeniu bezwodnego kwasu fosforowego(v):

Transkrypt

1 ROZWIĄZANIA ZADAŃ ZADANIE 1 Szukane: m roztw. = 200 g C mol roztw. =? C p roztw. = 10% m s = 40 g VH 2O= 240 cm 3 Rozwiązanie: 10 g H 3 PO g roztw. x g H 3 PO g roztw. x = 20 g H 3 PO 4 Po wprowadzeniu bezwodnego kwasu fosforowego(v): masa H 3 PO 4 = 20 g + 40 g = 60 g M H 3PO 4 = 98 g/mol (co stanowi 0,61 mola) masa roztworu = 200 g + 40 g = 240 g C p roztw. = (m s / m roztw. ) 100% C p roztw. = (60 g / 240 g) 100% = 25% Gęstość (d) 25-procentowego roztworu wynosi 1,142 g/cm 3 informacja zawarta w tabeli m roztw. = V roztw. d roztw. V roztw. = m roztw. / d roztw. V roztw. = 240 g / 1,142 g/cm cm 3 Po dolaniu wody: V końcowa roztworu = 210 cm cm 3 = 450 cm 3 = 0,45 dm 3 C mol roztw. = n moli subst. / V roztw. C mol roztw. = 0,61 mola / 0,45 dm 3 = 1,356 mol / dm 3 Odpowiedź: Stężenie molowe powstałego roztworu wynosi 1,356 mol/dm 3. 1

2 ZADANIE 2 22,4 dm 3 gazu o charakterystycznym zapachu, powodującego zielononiebieskie zabarwienie papierka uniwersalnego; 22 gramy gazu powodującego zmętnienie wody wapiennej; 1 mol pary wodnej. Rozwiązanie: Identyfikacja produktów rozkładu termicznego substancji: 22,4 dm 3 NH 3 1 mol NH 3 17g NH 3 22 g CO 2 0,5 mola CO 2 1 mol H 2 O 18 g H 2 O A) Masa substancji, którą poddano ogrzewaniu, wynosiła 57 gramów. Ustalenie wzoru substancji, którą poddano ogrzewaniu na podstawie stosunku molowego otrzymanych produktów: n NH 3 : n CO 2 : n H 2O = 1 : 0,5 : 1 = 2 : 1 : 2 T (NH 4 ) 2 CO 3 H 2 O 2NH 3 + CO 2 + 2H 2 O 2 mole 1 mol 2 mole B) Wzór substancji: (NH 4 ) 2 CO 3 H 2 O Nazwa systematyczna substancji: węglan amonu woda (1/1). C) Szukane: n (NH 4) 2CO 3 H 2O = 1 mol C p roztw. soli =? m H 2O = 160 g Rozwiązanie: 1 mol (NH 4 ) 2 CO 3 H 2 O 114 g 96 g (NH 4 ) 2 CO g H 2 O kryst. m soli = m (NH 4) 2CO 3 = 96 g m roztw. = m (NH 4) 2CO 3 H 2O + m wody m roztw. = 114 g g m roztw. = 274 g C p roztw. = (m s / m roztw. ) 100% C p roztw. = (96 g / 274 g) 100% = 35% Odpowiedź: Stężenie procentowe otrzymanego roztworu wynosi 35%. 2

3 ZADANIE 3 K +,, Cu 2+, H +, OH, Rozwiązanie części A i B Wzór związku chemicznego Odczyn wodnego roztworu Równania zachodzących procesów decydujących o odczynie Nazwa procesu KOH zasadowy KOH H 2 O K + + OH dysocjacja elektrolityczna NH 3 zasadowy NH 3 + H 2 O + OH dysocjacja elektrolityczna NH 4 NO 3 kwasowy NH 4 NO 3 + H 2 O NH 3 H 2 O + HNO 3 hydroliza (kationowa) + + H 2 O NH 3 H 2 O + H H 2 O NH 3 H 2 O + H + Cu(NO 3 ) 2 kwasowy Cu(NO 3 ) 2 + 2H 2 O Cu(OH) 2 + 2HNO 3 Cu H 2 O Cu(OH) 2 + 2H hydroliza (kationowa) Cu H 2 O Cu(OH) 2 + 2H + HNO 3 kwasowy HNO 3 H 2 O H + + dysocjacja elektrolityczna 3

4 ZADANIE 4 Zlewka I Zlewka II Szukane: Szukane: Vroztw. Ca(NO 3) 2 = 150 cm 3 = 0,15 dm 3 Cmol roztw. Ca(NO 3) 2 = 0,2 mol/dm 3 n mol Ca 2+ =? Vroztw. Ca(NO 3) 2 = 150 cm 3 = 0,15 dm 3 Cmol roztw. Ca(NO 3) 2 = 0,2 mol/dm 3 n mol Ca 2+ =? Vroztw. K 2CO 3 = 100 cm 3 = 0,1 dm 3 Vroztw. CaCl 2 = 450 cm 3 = 0,45 dm 3 Cmol roztw. K 2CO 3 = 0,2 mol/dm 3 Cmol roztw. CaCl 2 = 0,01 mol/dm 3 Rozwiązanie: 0,2 mola Ca(NO 3 ) dm 3 roztw. x moli Ca(NO 3 ) ,15 dm 3 roztw. x = 0,03 mola Ca(NO 3 ) 2 skoro 1 mol Ca(NO 3 ) mol Ca 2+ to 0,03 mola Ca(NO 3 ) ,03 mola Ca 2+ 0,2 mola K 2 CO dm 3 roztw. x moli K 2 CO ,1 dm 3 roztw. x = 0,02 mola K 2 CO 3 0,01 mola CaCl dm 3 roztw. x moli CaCl ,45 dm 3 roztw. x = 0,0045 mola CaCl 2 Po wprowadzeniu roztw. K 2 CO 3 : Ca(NO 3 ) 2 + K 2 CO 3 = CaCO 3 + 2KNO 3 1 mol : 1 mol : 1 mol : 2 mole 0,02 mola : 0,02 mola : 0,02 mola : 0,04 mola skoro 1 mol CaCl mol Ca 2+ to 0,0045 mola CaCl ,0045 mola Ca 2+ 0,02 mola Ca 2+ przereaguje, tworząc CaCO 3, w postaci jonów pozostanie 0,01 mola Ca 2+. Po wprowadzeniu roztw. CaCl 2 do roztw. Ca(NO 3 ) 2 liczba moli Ca 2+ wynosi: 0,03 mola + 0,0045 mola = 0,0345 mola n mol Ca 2+ = 0,01 mola Ca 2+ Odpowiedź: Liczba moli jonów wapnia w pierwszej zlewce wynosi 0,01 mola. n mol Ca 2+ = 0,0345 mola Ca 2+ Odpowiedź: Liczba moli jonów wapnia w drugiej zlewce wynosi 0,0345 mola. Odpowiedź: Liczba moli jonów wapnia jest wyższa w zlewce II o 0,0245 mola. 4

5 ZADANIE 5 A) NaHSO 3 + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + SO 2 + H 2 O S + O 2 = SO 2 CaSO 4 + C SO 2 + CaO + CO 2 tlenek kwasowy Bilans elektronowy: S VI + 2e S IV / 2 C 0-4e C IV / 1 2S VI + 4e 2S IV C 0-4e C IV S VI + 4e + C 0-4e 2S IV + C IV 2S VI + C 0 2S IV + C IV 2CaSO 4 + C = 2SO 2 + 2CaO + CO 2 B) Szukane: m SO 2 = 19,2 g C p roztw. H 2SO 3 =? m roztw. H 2SO 3 = 3 kg = 3000 g SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 M SO 2 = 64 g/mol M H 2SO 3 = 82 g/mol Obliczanie masy H 2 SO 3 zawartego w roztworze: 1 mol SO mol H 2 SO 3 64 g SO g H 2 SO 3 19,2 g SO x g H 2 SO 3 x = 24,6 g H 2 SO 3 C p roztw. H 2SO 3 = (m s / m roztw. ) 100% C p roztw. H 2SO 3 = (24,6 g H 2SO 3 / 3000 g ) 100% C p roztw. H 2SO 3 = 0,82% Odpowiedź: Stężenie procentowe roztworu kwasu wynosi 0,82%. 5

6 C) Szukane: α 1 = 32% C mol H + =? C mol roztw. H 2SO 3 = 0,1 mol / dm 3 H 2 SO 3 H + + z definicji: α = (C mol H + / C mol roztw. H 2SO 3) 100% α / 100% = C mol H + / C mol roztw. H 2SO 3 C mol H + = (α / 100%) C mol roztw. H 2SO 3 C mol H + = (32% / 100%) 0,1 mol/dm 3 C mol H + = 0,32 0,1 mol/dm 3 C mol H + = 0,032 mol/dm 3 Odpowiedź: Stężenie jonów wodorowych w tym roztworze wynosi 0,032 mol/dm 3. 6

7 ZADANIE 6 Skład mieszaniny: N 2, CO 2, CH 4, H 2 V mieszaniny = 10 dm 3 m CH 4 = 1,6 g m H 2O = 5,4 g n Ca(OH) 2 = 0,2 mola A) Reakcje zachodzące w czasie spalania mieszaniny: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O 2H 2 + O 2 = 2H 2 O (N 2 + O 2 reakcja nie zachodzi bez udziału katalizatorów) B) Obliczenie objętości metanu w mieszaninie: M CH 4 = 16 g/mol 16 g CH mol CH 4 1,6 g CH ,1 mola CH 4 1 mol CH ,4 dm 3 CH 4 0,1 mola CH ,24 dm 3 CH 4 10 dm 3 mieszaniny % 2,24 dm 3 CH x% x = 22,4% CH 4 Obliczenie objętości tlenku węgla(iv) w mieszaninie: Całkowity CO 2 zawarty w mieszaninie gazów oraz powstający w wyniku spalania metanu reaguje z 0,2 mola Ca(OH) 2. CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + H 2 O 1 mol : 1 mol 0,2 mola : 0,2 mola 7

8 Obliczenie ilości CO 2 powstającego ze spalania CH 4 : CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O 1 mol : 2 mole : 1 mol : 2 mole 0,1 mola : 0,2 mola : 0,1mola : 0,2 mola W wyniku spalania metanu powstało 0,1 mola CO 2, zatem w mieszaninie przed reakcją znajdowało się 0,1 mola CO 2. 1 mol CO ,4 dm 3 CO 2 0,1 mola CO ,24 dm 3 CO 2 10 dm 3 mieszaniny % 2,24 dm 3 CO y% y = 22,4% CO 2 Obliczenie ilości wodoru w mieszaninie: Mieszanina poreakcyjna zawiera 5,4 g H 2 O, co stanowi 0,3 mola H 2 O: 1 mol H 2 O g H 2 O x moli H 2 O ,4 g H 2 O x = 0,3 mola H 2 O W wyniku spalania 0,1 mola metanu w tlenie powstaje 0,2 mola wody. Stąd wiadomo, że 0,1 mola wody powstaje w wyniku spalania wodoru w tlenie. 2H 2 + O 2 = 2H 2 O 2 mole : 1 mol : 2 mole 0,1 mola : 0,05 mola : 0,1 mola 1 mol H ,4 dm 3 H 2 0,1 mola H ,24 dm 3 H 2 10 dm 3 mieszaniny % 2,24 dm 3 H z% z = 22,4 % H 2 Objętość N 2 w mieszaninie wynosi 3,28 dm 3, co stanowi 32,8%. C) Liczba moli zużytego tlenu = 0,2 mola + 0,05 mola = 0,25 mola O 2, co stanowi 5,6 dm 3 O 2. 8

9 ZADANIE 7 A) Wzory sumaryczne i nazwy produktów zmydlania tłuszczu zasadą potasową: C 18 H 33 O 2 K oleinian potasu C 18 H 31 O 2 K linolan potasu C 18 H 29 O 2 K linolenian potasu C 3 H 8 O 3 glicerol / gliceryna / propano-1,2,3-triol B) Szukane: V oleju lnianego = 10 dm 3 = cm 3 liczba zmydlania =? d oleju lnianego = 0,93 g/cm 3 m KOH = 1,767 kg = 1767 g = mg Rozwiązanie: m oleju lnianego = V oleju lnianego d oleju lnianego m oleju lnianego = cm 3 0,93 g/cm 3 = 9300 g Z definicji liczby zmydlania: mg KOH g oleju lnianego x mg KOH g oleju lnianego x = 190 mg KOH Odpowiedź: Liczba zmydlania dla oleju lnianego wynosi

10 C) Wzór półstrukturalny cząsteczki tłuszczu powstałego w wyniku całkowitego uwodornienia. Całkowita liczba wiązań podwójnych zawartych w 1 molu cząsteczek tłuszczu wynosi 6 moli. Na uwodornienie 1 mola wiązań podwójnych potrzeba 1 mol H 2. Stąd do całkowitego uwodornienia 1 mola cząsteczek tego tłuszczu potrzeba 6 moli wodoru. 10

11 ZADANIE 8 A) Trzy izomery związku o wzorze sumarycznym C 5 H 12 : 1. pentan 2. 2-metylobutan 3. 2,2-dimetylopropan Jest to izomeria łańcuchowa (szkieletowa / konstytucyjna). B) W rozwiązaniu przedstawiono wzory chloropochodnych alkanów. Otrzymanie izomeru 1: Otrzymanie izomeru 2: 11

12 Otrzymanie izomeru 3: C) Produkty monobromowania alkanów nie mogą tworzyć izomerów geometrycznych, gdyż w ich cząsteczkach nie występują wiązania podwójne. D) Wzory półstrukturalne produktów głównych monobromowania poszczególnych izomerów. Ad. 1. Produkty główne monobromowania izomeru 1: Ad. 2. Produkt główny monobromowania izomeru 2: Ad. 3. Produkt monobromowania izomeru 3: 12

13 ZADANIE 9 A) CZĄSTECZKI ZESTAW I H 2 S, H 2 O H +, HS, S 2 JONY CZĄSTECZKI ZESTAW II NH 3, H 2 O, OH JONY B) ZESTAW I: ZnS + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 S forma cząsteczkowa ZnS + 2H + + 2Cl = Zn Cl + H 2 S (forma jonowa pełna) ZnS + 2H + = Zn 2+ + H 2 S forma jonowa skrócona ZESTAW II: (NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O forma cząsteczkowa + + 2Na + + 2OH = 2Na NH 3 + 2H 2 O (forma + 2OH = 2NH 3 + 2H 2 O jonowa pełna) + OH = NH 3 + H 2 O forma jonowa skrócona 13

14 ZADANIE 10 Szukane: VO 2 = 1456 cm 3 = 1,456 dm 3 C x H y =? m osadu = 4 g Rozwiązanie: C x H y + (4x + y)/4 O 2 xco 2 + y/2 H 2 O MCO 2 = 44 g/mol MCaCO 3 = 100 g/mol CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + H 2 O 44g CO g CaCO 3 m g CO g CaCO 3 m = 1,76 g CO 2 44 g CO mol CO 2 1,76 g CO n mola CO 2 n = 0,04 mola CO 2 Ilość CO 2 powstałego w wyniku całkowitego spalenia pewnego węglowodoru jest równa ilości CO 2 przepuszczonego przez płuczkę wapienną. x = 0,04 22,4 dm 3 O mol O 2 1,456 dm 3 O n mola O 2 n = 0,065 mola O 2 (4x + y) / 4 = 0,065 (4 0,04 + y) / 4 = 0,065 (0,16 + y) / 4 = 0,065 0,16 + y = 0, ,16 + y = 0,26 y = 0,10 C x H y x : y = 0,04 : 0,10 = 4 : 10 czyli wzór sumaryczny: C 4 H 10 Odpowiedź: Spalono węglowodór o wzorze C 4 H

15 ZADANIE 11 A) 3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6NaCl (usuwanie twardości trwałej) Ca(HCO 3 ) 2 T CaCO 3 + CO 2 + H 2 O (usuwanie twardości przemijającej) B) Cmol Ca 2+ = (d Cp) / (100% M) = (1000 g/dm 3 0,012%) / (100% 40 g/mol) = mol/dm 3 = 3 mmole/dm 3 C) Jeżeli Cmol Ca 2+ = mol/dm 3 tzn., że w 1 dm 3 próbki wody jest moli jonów Ca moli Ca x mg Ca 1 mol Ca mg Ca x = 120 mg Ca mg Ca mg CaO 120 mg Ca y mg CaO y = 168 mg CaO 1 O n mg CaO z O n mg CaO z = 16,8 O n 1 mval ,5 mmola jonów Ca 2+ x' mval mmole jonów Ca 2+ x = 6 mval / dm 3 15

16 ZADANIE 12 A) Obserwacje Po wlaniu wody otrzymano klarowny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy nie zmienia barwy. Po wlaniu wody otrzymano klarowny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy barwi się na czerwono. Badana substancja nie rozpuściła się w wodzie. Uniwersalny papierek wskaźnikowy nie zmienia barwy. Po wlaniu wody i wstrząśnięciu probówką powstała piana. Uniwersalny papierek wskaźnikowy barwi się na niebiesko. Wnioski W probówce znajdował się metanol. W probówce znajdował się kwas etanowy (octowy). W probówce znajdował się kwas oktadekanowy (stearynowy). W probówce znajdował się oktadekanian sodu (stearynian sodu). B) a) CH 3 COOH H 2 O CH 3 COO - + H + odczyn kwasowy b) C 17 H 35 COONa + H 2 O C 17 H 35 COOH + NaOH (zapis cząsteczkowy) C 17 H 35 COO + Na + + H 2 O C 17 H 35 COOH + Na + + OH (zapis jonowy) C 17 H 35 COO + H 2 O C 17 H 35 COOH + OH odczyn zasadowy (zapis jonowy skrócony) C) a) dysocjacja elektrolityczna b) proces hydrolizy (anionowej) 16

17 ZADANIE 13 H 2SO 4 CH 3 CH 2 OH + CH 3 COOH CH 3 COOCH 2 CH 3 + H 2 O CH 3 COOCH 2 CH 3 + NaOH = CH 3 COONa + CH 3 CH 2 OH Bacterium aceti CH 3 CH 2 OH + O 2 = CH 3 COOH + H 2 O 2CH 3 COOH + Ba(OH) 2 = (CH 3 COO) 2 Ba + 2H 2 O (CH 3 COO) 2 Ba + Na 2 SO 4 = 2CH 3 COONa + BaSO 4 A. Kwas siarkowy(vi) H 2 SO 4 B. Etanol (alkohol etylowy) CH 3 CH 2 OH D. Kwas etanowy (kwas octowy) CH 3 COOH E. Etanian baru (octan baru) (CH 3 COO) 2 Ba G. Etanian etylu (octan etylu) CH 3 COOCH 2 CH 3 L. Etanian sodu (octan sodu) CH 3 COONa 17

18 ZADANIE 14 A) I. AlCl 3 + 3NaOH = 3NaCl + Al(OH) 3 (w probówce nr I znajduje się nadmiar NaOH) Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3 [Al(OH) 6 ] (otrzymany związek koordynacyjny jest rozpuszczalny w wodzie) II. MgCl 2 + 2NaOH = Mg(OH) 2 + 2NaCl III. HCl + NaOH = NaCl + H 2 O IV. P 4 O NaOH = 4Na 3 PO 4 + 6H 2 O V. KOH + NaOH X (reakcja nie zachodzi) VI. H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O VII. Zn(NO 3 ) 2 + 2NaOH = Zn(OH) 2 + 2NaNO 3 Zn(OH) 2 jest wodorotlenkiem amfoterycznym, jednak nie ulega dalszej reakcji z NaOH ponieważ zasady sodowej nie użyto w nadmiarze. Osad wytrąci się w probówkach II i VII. B) W probówce numer III ph roztworu jest równe 7,0 (odczyn obojętny). Zmieszano równomolowe ilości NaOH i HCl, zaś otrzymana sól NaCl nie ulega procesowi hydrolizy pochodzi od mocnego kwasu i mocnej zasady. C) Probówka numer IV odczyn roztworu zasadowy; nadmiar NaOH (hydroliza anionowa Na 3 PO 4 ). Probówka numer VI odczyn roztworu kwasowy; nadmiar H 2 SO 4, (sól Na 2 SO 4 nie ulega procesowi hydrolizy). 18

19 ZADANIE 15 A) Izomeria położenia wiązania podwójnego oraz izomeria geometryczna typu cis trans. 19

20 B) LO n-heptanu = 0 LO izooktanu = 100 Skład mieszaniny o takich samych właściwościach antydetonacyjnych jak badana benzyna: 5% objętościowych n-heptanu oraz 95% objętościowych izooktanu. Rozwiązanie: LO = (5% LO heptanu + 95% LO izooktanu) / 100% = = (5% % 100) / 100% = 95 Odpowiedź: Badana benzyna ma LO wynoszącą

21 ZADANIE 16 Szukane: V roztw. kwasu octowego = 10 cm 3 Cp roztw. kwasu octowego =? d roztw. kwasu octowego = 1,1 g/ cm 3 V roztw. NaOH = 11,5 cm 3 = 0,0115 dm 3 Cm roztw. NaOH = 1,05 mol/ dm 3 Rozwiązanie: CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O forma cząsteczkowa m roztw. kwasu octowego = V roztw. kwasu octowego d roztw. kwasu octowego m roztw. kwasu octowego = 10 cm 3 1,1 g/ cm 3 m roztw. kwasu octowego = 11 g 1,05 mola NaOH dm 3 roztw. NaOH x moli NaOH , 0115 dm 3 roztw. NaOH x = 0, 0121 mola NaOH Na zmiareczkowanie roztworu kwasu octowego chemik zużył 0,0121 mola NaOH. 1 mol NaOH reaguje z molem CH 3 COOH 0,0121 mola NaOH reaguje z ,0121 mola CH 3 COOH M CH 3COOH = 60 g/mol 1 mol CH 3COOH g CH 3COOH 0,0121 mola CH 3COOH m g CH 3COOH m = 0,726 g CH 3COOH Cp roztw. kwasu octowego = m CH 3COOH / m roztw. CH 3COOH 100% Cp roztw. kwasu octowego = (0,726 g CH 3COOH / 11 g roztw. CH 3COOH) 100% Cp roztw. kwasu octowego = 6,6% Odpowiedź: Stężenie procentowe kwasu octowego w badanej zalewie wynosiło 6,6%. 21