P RO G RAM ZAJĘĆ TERMINY KOLOKWIÓW W ROKU AKADEMICKIM 2017/2018

Transkrypt

1 P RO G RAM ZAJĘĆ ĆWICZENIA AUDYTORYJNE Z CHEMII OGÓLNEJ I NIEORGANICZNEJ kierunek: Biotechnologia, Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska semestr 1; rok akademicki 2017/2018 Katedra Chemii Nieorganicznej dr inż. Piotr Guńka (Gmach Chemii pok. 110, piogun@ch.pw.edu.pl); dr inż. Andrzej Kozioł (Gmach Chemii pok. 210, akoziol@ch.pw.edu.pl); dr inż. Andrzej Ostrowski (Gmach Chemii pok. 111, aostrowski@ch.pw.edu.pl) TERMINY KOLOKWIÓW W ROKU AKADEMICKIM 2017/2018 UOP 1 2 popr Poniedziałek: Środa: Czwartek: PROGRAM 1. STECHIOMETRIA 1.1. Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne. Symbole chemiczne Równanie stanu gazu doskonałego. Prawo Daltona. Ułamki wagowe, molowe i objętościowe Stechiometryczne równanie reakcji. Układanie równań chemicznych. Obliczenia na podstawie równań reakcji chemicznych. 2. ROZTWORY 2.1. Pojęcie roztworu, wyrażanie stężeń roztworów. Przeliczanie stężeń Obliczenia związane z przygotowaniem roztworów o zadanym stężeniu Rozcieńczanie i zatężanie roztworów. 3. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI O REAKCJI CHEMICZNEJ 3.1. Statyka chemiczna. Pojęcie reakcji odwracalnej i stanu równowagi Wpływ parametrów stanu na równowagę chemiczną reguła przekory. 4. RÓWNOWAGI JONOWE W WODNYCH ROZTWORACH ELEKTROLITÓW 4.1. Reakcje kwasowo-zasadowe. Iloczyn jonowy wody, ph roztworu Dysocjacja elektrolityczna. Stała i stopień dysocjacji Mieszaniny buforowe, reakcje protolizy, hydroliza soli Reakcje strącania i rozpuszczania trudno rozpuszczalnych związków. Rozpuszczalność związku chemicznego i iloczyn rozpuszczalności Podstawowe wiadomości o związkach kompleksowych. Stałe równowagi reakcji kompleksowania. LITERATURA POLECANA Kazimierz Juszczyk, Jolanta Nieniewska, Ćwiczenia Rachunkowe z Chemii Ogólnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, red. Alfred Śliwa, Zbiór Zadań z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej, PWN, Warszawa Henryk Całus, Podstawy Obliczeń Chemicznych, WNT red. Zbigniew Galus, Ćwiczenia Rachunkowe z Chemii Analitycznej, PWN, Warszawa ZALICZENIE ĆWICZEŃ Zaliczenie ćwiczeń możliwe jest wyłącznie w czasie trwania semestru na podstawie wyników dwóch kolokwiów (2 x 20 punktów = 40 punktów) i kartkówki z układu okresowego pierwiastków (4 punkty). Na ćwiczeniach można uzyskać dodatkowo do 2 punktów za aktywność. Do zaliczenia ćwiczeń wymagane jest uzyskanie minimum 22 punktów. W przypadku uzyskania mniejszej liczby punktów student ma prawo do jednego kolokwium poprawkowego. Do zaliczenia kolokwium poprawkowego konieczne jest uzyskanie na nim 50% punktów.

2 I ZESTAW ZADAŃ NA ĆWICZENIA AUDYTORYJNE Z CHEMII OGÓLNEJ I NIEORGANICZNEJ 1. Podać wzór sumaryczny substancji o składzie: 30% wag As; 70% wag Cl. 2. W jakim stosunku wagowym i molowym występują pierwiastki w Fe 2 O 3? 3. Obliczyć skład procentowy wagowy pierwiastków w siarczanie miedzi o wzorze CuSO 4 5H 2 O. 4. 0,2651 g bezwodnego siarczanu(vi) sodu chłonąc wodę zwiększyło swoją masę o 0,3363 g. Ile moli wody zawiera 1 mol uwodnionego siarczanu(vi) sodu? 5. 5 g bezwodnego siarczanu(vi) miedzi(ii) chłonąc wodę zwiększyło swoją masę o 2,8221g. Ile moli wody zawiera 1 mol uwodnionego siarczanu(vi) miedzi(ii)? 6. Ile moli gazowego amoniaku można wydzielić z 35,0 g chlorku amonu? Jaką objętość zajmie wydzielony amoniak w warunkach normalnych? 7. Obliczyć ilości gramów kwasów: chlorowego(vii), siarkowego(vi), ortofosforowego(v), które mogą przereagować z 3,705 g wodorotlenku wapnia? 8. Jaką objętość w warunkach normalnych zajmie 149 g chloru, a jaką 149 g argonu? 9. Ile cząsteczek tlenu zawarte jest 560 cm 3 tego gazu w warunkach normalnych? 10. Tlen znajduje się w butli gazowej o objętości 50,0 dm 3 pod ciśnieniem 20,0 atm. Obliczyć objętość, jaką zajmie ta sama ilość tlenu pod ciśnieniem 3 atm? 11. Jaką objętość zajmą 3 mole azotu w temperaturze 100ºC i pod ciśnieniem 1 atm? 12. W zbiorniku znajduje się: 200 g dwutlenku węgla, 6,4 g tlenu i 8,4 g azotu w temperaturze 500 K i pod ciśnieniem 2026 hpa. Obliczyć objętość mieszaniny gazowej oraz ciśnienia cząstkowe poszczególnych składników w podanych warunkach. R = 8,3145 J/(K mol). 13. Rozpuszczono 17 g chlorku sodu w 140 g wody, otrzymując roztwór 1. Do otrzymanego roztworu dodano 193 g wody, otrzymując roztwór 2. Obliczyć stężenie procentowe wagowe roztworów 1 i Do wody wlano powoli 10 g kwasu siarkowego(vi) o stężeniu procentowym c p = 85% wag i całość rozcieńczono wodą do objętości 5,0 dm 3. Obliczyć stężenie molowe otrzymanego roztworu. 15. Ile gramów CuSO 4 5H 2 O i ile gramów wody potrzeba do przygotowania 240 g roztworu o stężeniu c p = 20% wag.? 16. Ile gramów CuSO 4 5H 2 O i ile gramów wodnego roztworu tej soli o stężeniu c p1 = 12% wag potrzeba do przygotowania 240 g roztworu tej soli o stężeniu c p2 = 20% wag? cm 3 roztworu chlorku manganu(ii) o stężeniu procentowym c p = 12% i gęstości d = 1,10g/cm 3 rozcieńczono wodą do 1,5 dm 3 otrzymując roztwór o d = 1,02 g/cm 3. Obliczyć stężenie molowe, molarne i procentowe otrzymanego roztworu ,2 g sześciohydratu azotanu(v) niklu(ii) rozpuszczono w 550 cm 3 wody, otrzymując roztwór 1. Obliczyć stężenie procentowe roztworu 1. Roztwór 1 rozcieńczono następnie wodą do objętości 2000 cm 3, otrzymując roztwór 2 o gęstości 1,05g/cm 3. Obliczyć stężenie molowe roztworu Zmieszano 250 cm 3 0,20 M roztworu NaCl i 150 cm 3 0,15 M roztworu KCl, a całość rozcieńczono do objętości 500 cm 3. Obliczyć: stężenie molowe anionów Cl, stężenie molowe kationów Na + i K + w otrzymanym roztworze. 20. Ile gramów czystej soli siarczanu(vi) sodu należy dodać do 120 g roztworu Na 2 SO 4 o stężeniu c p1 = 4% wag, aby otrzymać nowy roztwór o stężeniu c p2 = 22% wag? 21. Ile gramów stałego azotanu potasu i ile gramów wodnego roztworu tej soli o stężeniu c p1 = 6% wag potrzeba do przygotowania 188 g roztworu tej soli o stężeniu c p2 = 20% wag? 22. Rozpuszczono 57,2 g Na 2 CO 3 10H 2 O w 250 g wody otrzymując roztwór o gęstości d = 1,12g/cm 3. Obliczyć: procent wagowy, stężenie molarne, stężenie molowe. 23. Jakie jest stężenie molowe roztworu KOH o stężeniu procentowym c p = 10% wag i d = 1,15g/cm Jakie jest stężenie procentowe roztworu HCl o stężeniu molowym 2 mol/dm 3 i d = 1,12g/cm ,2 g sześciowodnego azotanu(v) niklu(ii) rozpuszczono w 1500 cm 3 wody, otrzymując roztwór 1 o gęstości 1,05 g/cm 3. Roztwór 1 rozcieńczono do 2000 cm 3, otrzymując roztwór 2 o d = 1,02g/cm 3. Obliczyć: a) stężenie molowe, b) molarne oraz c) stężenie procentowe roztworów 1 i mg mieszanego węglanu wapnia i baru (Ca x Ba 1-x )CO 3 o nieznanym składzie poddano analizie termicznej. W produktach reakcji obecne były wyłącznie tlenek wapnia i tlenek baru. Odczytany z krzywej termograwimetrycznej ubytek masy wynosił 25 mg. Obliczyć ułamek wagowy CaCO 3 i BaCO 3 w wyjściowej mieszaninie g SrCO 3 ogrzano do takiej temperatury, że ulotniła się cała ilość CO 2. Obliczyć masę powstałego tlenku strontu i CO 2. Jaką objętość zajmie wydzielony gaz w warunkach normalnych? 28. 4,5 g CaCO 3 ogrzano do takiej temperatury, że ulotniła się cała ilość CO 2. Obliczyć masę powstałego tlenku wapnia i dwutlenku węgla. Jaką objętość zajmie wydzielony dwutlenek węgla w warunkach normalnych? 29. W zbiorniku znajdują się: 2 mole dwutlenku węgla, 0,2 mola tlenu i 0,3 mola azotu w temperaturze 500 K i pod ciśnieniem 2 atm. Obliczyć ciśnienia cząstkowe składników mieszaniny w tej temperaturze.

3 30. Ile gramów sześciohydratu azotanu(v) cynku(ii) oraz ile gramów wody należy użyć do sporządzenia 250 g roztworu o stężeniu procentowym c p = 11,4% wag 31. Roztwór gazowy składa się z 558,6 g argonu i 12,096 g wodoru. Obliczyć: a) objętość mieszaniny w temperaturze 300 K pod ciśnieniem 1013 hpa; b) ciśnienia cząstkowe poszczególnych składników w podanych warunkach. R = 8,3145 J/(K mol). 32. Z mieszaniny tlenku wapnia i tlenku baru o masie 0,6411 g otrzymano 1,1201 g bezwodnych siarczanów wapnia i baru. Oblicz procentową zawartość wapnia i baru w mieszaninie. 33. W wyniku rozpuszczenia w kwasie siarkowym(vi) 4,14 g mieszaniny glinu i tlenku glinu otrzymano 17,1 g bezwodnego siarczanu(vi) glinu. Oblicz skład mieszaniny w procentach wagowych. 34. Do całkowitego zobojętnienia roztworu zawierającego 9,6 g NaOH i KOH zużyto 0,20 mola chlorowodoru. Oblicz procentową zawartość NaOH i KOH w mieszaninie. 35. Próbka zawierająca bromowodór i jodowodór o łącznej masie 2,897 g przereagowała całkowicie z nadmiarem stężonego kwasu siarkowego(vi). W wyniku reakcji otrzymano gazowy brom i dwutlenek siarki oraz stały jod. Określić procentową zawartość bromowodoru w próbce oraz ciśnienie cząstkowe wywołane przez dwutlenek siarki, jeżeli gazowe produkty reakcji zebrane w naczyniu o pojemności 628,2 cm 3 w temperaturze 298 K (25 C) wywierały ciśnienie 984,6 hpa. 36. Na zobojętnienie 46 g roztworu wodorotlenku potasu o gęstości 1,07 g/cm 3 zużyto 62 cm 3 roztworu kwasu siarkowego o stężeniu molowym c = 0,05 mol/dm 3. Obliczyć stężenie molowe roztworu wodorotlenku potasu. 37. Jaką objętość roztworu NaOH o ph = 10 potrzeba do zobojętnienia 25 cm 3 roztworu kwasu siarkowego o stężeniu molowym c = 0,075 M? 38. Na zobojętnienie 20 cm 3 roztworu NaOH zużyto 15 cm 3 0,20 M HCl. Obliczyć ile gramów NaOH było w roztworze cm 3 roztworu wodorotlenku potasu o stężeniu C p =15% wag. i gęstości d = 1,2 g/cm 3 rozcieńczono do objętości 750 cm 3. Obliczyć ph otrzymanego roztworu. 40. Przygotowano dwa roztwory, w których stężenie jonów oksoniowych wynosi odpowiednio a) M, b) M. W którym roztworze, i ile razy, jest większe stężenie jonów wodorotlenkowych? 41. Na zmiareczkowanie 20,0 cm 3 r-ru NaOH zużyto 15,3 cm 3 kwasu solnego o stężeniu 0,1032 M. Obliczyć stężenie molowe zasady. 42. Przez rozcieńczanie mocnego kwasu solnego otrzymujemy roztwory tego kwasu o coraz mniejszym stężeniu. Przeprowadzono następujące rozumowanie: jeżeli stężenie HCl aq wynosi w mol/dm 3 : to ph roztworu wynosi: (?) Zgodnie z powyższym rozumowaniem kwas solny o stężeniu 10 9 M stałby się zasadą (ph = 9); a) wskazać błąd w rozumowaniu i wyjaśnić ten problem, b) obliczyć ph kwasu solnego o stężeniu 10 9 M. 43. Przez rozcieńczanie roztworu NaOH, otrzymujemy roztwory tej zasady o coraz mniejszym stężeniu. Przeprowadzono następujące rozumowanie: jeżeli stężenie NaOH wynosi w mol/dm 3 : to ph roztworu wynosi: (?) Zgodnie z powyższym rozumowaniem wodorotlenek sodu o stężeniu 10 9 M stałby się kwasem (ph = 5); a) wskazać błąd w rozumowaniu i wyjaśnić ten problem, b) obliczyć ph roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 10 9 mol/dm Do 250 cm 3 roztworu kwasu siarkowego o stężeniu c = 0,15 M dodano pewną objętość roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu c = 0,10 M i otrzymano roztwór o ph = 4,0. Obliczyć, jaką objętość zasady sodowej dodano. Przyjmij założenie o addytywności objętości. 45. Przez rozcieńczanie słabego kwasu octowego otrzymujemy roztwory tego kwasu o coraz mniejszym stężeniu. Obliczyć stopień dysocjacji kwasu, stężenie jonów oksoniowych i ph wszystkich roztworów. Po wykonaniu obliczeń narysuj wykres zależności stopnia dysocjacji kwasu od jego stężenia. c CH3 COOH /mol/dm 3 1, , , , , α [H 3 O + ] ph g roztworu kwasu azotowego(iii) o stężeniu molarnym 0,10 mol/kgh 2 O rozcieńczono do objętości 0,80 dm 3. Oblicz stężenie molowe roztworu przed rozcieńczaniu i po rozcieńczaniu, jego ph, stężenie anionów azotanowych(iii) oraz stopień dysocjacji kwasu azotowego(iii). K a HNO2 =5, Stopień dysocjacji kwasu octowego wynosi α = 1,32% a ph = 2,88. Obliczyć całkowite stężenie kwasu w roztworze.

4 48. Reakcję estryfikacji wyraża równanie: CH 3 OH + CH 3 COOH CH 3 COOCH 3 + H 2 O. Do tej reakcji, która przebiega w fazie ciekłej i w stałej objętości, użyto 2,0 mole metanolu i 1,0 mol kwasu octowego. Po dojściu układu do stanu równowagi powstało 0,72 mola estru. Obliczyć stałą równowagi tej reakcji. 49. Reakcja syntezy amoniaku: N 2 + 3H 2 = 2NH 3 osiągnęła stan równowagi, w którym stężenia poszczególnych reagentów wynoszą: c N2 = 0,60 M; c NH3 = 0,80 M; c H2 = 1,8 M. Obliczyć stałą równowagi tej reakcji oraz początkowe stężenia azotu i wodoru w mieszaninie substratów. 50. Reakcję estryfikacji wyraża równanie: C 2 H 5 OH + CH 3 COOH = CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O. Do tej reakcji, która przebiega w fazie ciekłej i w stałej objętości, użyto 0,175 mola alkoholu etylowego i 0,20 mola kwasu octowego. Stała równowagi tej reakcji w temperaturze pomiaru wynosi K = 4,5. Obliczyć liczby moli reagentów w stanie równowagi. II ZESTAW ZADAŃ NA ĆWICZENIA AUDYTORYJNE Z CHEMII OGÓLNEJ I NIEORGANICZNEJ 51. Napisać reakcje protolityczne kwasu Brönsteda i zasady sprzężonej z tym kwasem. Obliczyć stałą protolizy zasadowej: a) CH 3 COOH; b) NH 4+. p K a CH3 COOH =4,756 ; p K a NH 4 +=9, Napisać równania reakcji kolejnych etapów dysocjacji kwasu ortofosforowego(v) oraz równania protolizy zasad sprzężonych z kwasami Brønsteda na poszczególnych etapach reakcji. Oblicz stałe protolizy zasadowej. p K a 1 =2,16 ; p K a 2 =7,21 ; p K a 3 =12, Oblicz ph, stałą hydrolizy i stopień hydrolizy roztworu cyjanku potasu o stężeniu C = 0,100 M. p K a HCN =9, Oblicz ph, stałą hydrolizy i stopień hydrolizy roztworu chlorku amonu o stężeniu C = 0,100 M. 55. *Oblicz ph roztworu mrówczanu amonu o stężeniu C = 0,100 M. 56. Oblicz ph roztworu zawierającego 0,10 mol kwasu octowego i 0,10 mol octanu sodu w 1,0 dm 3 roztworu. 57. Rozpuszczono w wodzie 16,4 g octanu sodu i 12,0 g lodowatego kwasu octowego (c p = 100%). Otrzymany roztwór rozcieńczono do objętości: a) 1,0 dm 3, b) 5,0 dm 3. Obliczyć ph otrzymanych roztworów buforowych. 58. Obliczyć ph roztworu zawierającego 0,10 mola NH 3 oraz 0,10 mola chlorku amonu w 1,0 dm 3 roztworu. 59. Obliczyć ph roztworu zawierającego 0,10 mol kwasu octowego i 0,10 mol octanu sodu w 1,0 dm 3 roztworu, do którego dodano 1,0 cm 3 kwasu solnego o stężeniu 13 mol/dm Obliczyć ph roztworu zawierającego 0,10 mol kwasu octowego i 0,10 mol octanu sodu w 1,0 dm 3 roztworu, do którego dodano 0,52 g stałego NaOH. 61. Dany jest 0,25 M roztwór CH 3 COOH. O ile zmieni się ph roztworu po rozpuszczeniu takiej ilości octanu sodu, że stężenie jonów octanowych wynosiło 2,0 M. 62. Zmieszano 1,0 cm 3 roztworu NH 4 Cl o stężeniu 0,10 mol/dm 3 i 9,0 cm 3 roztworu amoniaku o stężeniu 0,20 mol/dm 3. Obliczyć ph otrzymanego roztworu 63. Do 100 cm 3 roztworu H 3 PO 4 o stężeniu 0,15M dodano: a) 25 cm 3 ; b) 70 cm 3 ; c) 125 cm 3 roztworu KOH o stężeniu 0,30 M. Obliczyć ph otrzymanych roztworów buforowych. 64. W jakim stosunku objętościowym należy zmieszać 0,10 M roztwór NaH 2 PO 4 i 0,25 M roztwór Na 2 HPO 4, aby przygotować roztwór buforowy o ph = 8, Obliczyć stosunek stężeń molowych kwasu i zasady Brønsteda w roztworze buforowym NaH 2 PO 4 Na 2 HPO 4, którego ph = 7, Jak zmieni się ph roztworu zawierającego 5,1 g NH 3 w 100 cm 3 roztworu, jeżeli doleje się 200 cm 3 roztworu NH 4 NO 3 o stężeniu 0,40 M. 67. Ile gramów Na 2 HPO 4 należy dodać do roztworu zawierającego 0,10 mol NaH 2 PO 4, aby po dopełnieniu wodą do objętości 1,0 dm 3 ph otrzymanego roztworu buforowego wynosiło 7, Ile wynosi rozpuszczalność (wyrażona w mol/dm 3 ) w wodzie w temperaturze 25 o C następujących trudno rozpuszczalnych soli: AgCl; Ag 3 PO 4 ; BaSO 4 ; Mg 3 (AsO 4 ) 2 ; AgBr; As 2 S 5 Ile miligramów arsenianu magnezu znajduje się w 100 cm 3 nasyconego roztworu tej soli? pk so = 19, Ile gramów BaSO 4 rozpuści się w: a) 250 cm 3 wody, b) 2500 cm 3 roztworu zawierającego 830 mg (NH 4 ) 2 SO 4? 70. Do 200 cm 3 roztworu zawierającego po 4,00 mmol KCl i KBr dodawano kroplami roztwór AgNO 3. Ile miligramów Br pozostanie w roztworze w momencie, gdy zaczyna wytrącać się AgCl? 71. Do 100 cm 3 roztworu, w którym stężenie OH wynosi 4, M, dodano 100 cm 3 roztworu zawierającego 29 mg jonów Mn 2+. Czy wytrąci się osad Mn(OH) 2? 72. Obliczyć rozpuszczalność CaF 2 w roztworach a) NaCl; b) CaCl 2 ; c) NaF o stężeniu 0,10 M każdy. K so =3,

5 73. Ustalić na podstawie obliczeń kolejność strącania chlorków następujących jonów: Ag + ; Tl + ; Pb 2+. p K so AgCl =9,8 ; p K so TlCl =3,7 ; p K so PbCl 2 =4, Zmieszano 30 cm 3 roztworu azotanu(v) miedzi(ii) o stężeniu 0,010 mol dm 3 z 20 cm 3 roztworu amoniaku o stężeniu 0,10 mol dm 3. Oblicz stężenie kationów miedzi w otrzymanym roztworze. logβ 4Cu (NH3 ) =12, mg heksafluoroglinianu sodu Na 3 [AlF 6 ] rozpuszczono w wodzie i uzupełniono roztwór do 200 cm 3. Oblicz stężenie kationów sodu i glinu, anionów fluorkowych oraz anionów heksafluoroglinianowych w otrzymanym roztworze. p K n AlF6 3 =23,7 76. Uszeregować następujące roztwory wg wzrastających wartości ph: (a) 0,2 M NaCN; (b) 0,2 M NH 4 Cl; (c) 0,2 M CH 3 COONa. 77. Do 50 ml roztworu zawierającego 1,04 g wodorosiarczanu(iv) sodu dodano: a) 50 ml 0,10 M roztworu zasady sodowej, b) powtórnie 50 ml 0,10 M roztworu zasady sodowej. Obliczyć ph roztworu przed dodaniem zasady oraz w obu przypadkach po dodaniu zasady. 78. Roztwór octanu sodu ma ph = 9,25. Oblicz stężenie soli i stopień hydrolizy odpowiedniej drobiny w tym roztworze. 79. Oblicz rozpuszczalność chlorku srebra: a) w czystej wodzie, b) w 0,2 M roztworze amoniaku. 80. Czy nastąpi wytrącenie osadu wodorotlenku niklu, jeśli do 30 ml 0,0010 M roztworu chlorku niklu dodano 70 ml 0,040 M roztworu amoniaku oraz 0,1069 g stałego chlorku amonu? 81. Jakie powinno być stężenie anionów tiosiarczanowych, aby w 1,0 dm 3 tego roztworu mogło się rozpuścić 5,0 g bromku srebra? 82. Oblicz stężenie amoniaku w roztworze wiedząc, że jego ph wynosi 10, W roztworze wodorotlenku dwuwartościowego metalu stężenie jonów OH wynosi 0,080 M, natomiast stężenie cząsteczek niezdysocjowanych 0,080 M. Oblicz stężenie molowe roztworu tego wodorotlenku, jego stopień dysocjacji elektrolitycznej oraz ph roztworu.