Stechiometria analiza elementarna

Transkrypt

1 ZADAIA Z CHEII Stechioetria aaliza eleetara Stechioetria jest to etoda aalizy, w której wykorzystuje się reakcje cheicze, a w obliczeiach aalizy ilościowej rówaie reakcji cheiczej. Aaliza eleetara jest to etoda aalizy ilościowej, w której określa się skład % pierwiastków w związku cheiczy. ajogóliej etody aalizy ilościowej podzielić oża a dwie grupy: I. etody aalizy stechioetryczej, w których wykorzystuje się reakcje cheicze, a w obliczeiach rówaia reakcji cheiczych. Istotą tych etod jest ozaczeie liczby oli () jedego z reagetów reakcji, w której uczesticzy badaa substacja. W zależości od sposobu ozaczaia liczby oli reagetów etody te dzielą się a: - Aalizę wagową ( =, gdzie: asa reageta, - asa olowa reageta) - Aalizę objętościową ( = V r cr, gdzie: V r objętość roztworu w d 3, c r stężeie roztworu wyrażoe w ol/d 3 ). II. etody aalizy iestechioetryczej, w których ie wykorzystuje się reakcji cheiczych. Istotą tych etod jest odwołaie się do wzorca. Ilość badaej substacji ozacza się ierząc wybraą wielkość fizykocheiczą, p.: absorbację (A) w etodach spektroskopowych, współczyik załaaia światła () w refraktoetrii, kąt skręcaia płaszczyzy światła spolaryzowaego (α) w polaryetrii, itp. ajczęściej wykorzystywae we współczesych laboratoriach aalityczych to etody: chroatograficze, spektroskopowe i elektrocheicze. Opis tych etod oża zaleźć w wielu podręczikach. W większości współczesych etod aalityczych stosuje się owoczesą aparaturę poiarową. etody takie określa się terie aaliza istruetala. ależy podkreślić, że aalizą istruetalą azwa się z oczywistych powodów wszystkie etody iestechioetrycze, ale rówież iektóre etody stechioetrycze. a przykład aalizą istruetalą są elektrocheicze etody aalizy objętościowej: iareczkowaie potecjoetrycze, w który wykorzystyway jest potecjoetr i iareczkowaie koduktoetrycze, w który wykorzystyway jest koduktoetr.

2 Ustalaie wzoru rzeczywistego substacji cheiczej Ostateczy cele idetyfikacji substacji cheiczej jest podaie jej wzoru cheiczego. Wzór cheiczy związku cheiczego iforuje as o: - Składzie jakościowy, tz. jakie pierwiastki tworzą te związek, - Stosukach ilościowych pierwiastków wchodzących w skład tego związku, - Strukturze cząsteczki tego związku. W przypadku, gdy aalizowaą substacją jest pierwiastek cheiczy ograicza się to do podaia sybolu tego pierwiastka. Jeśli pierwiastek występuje w rożych odiaach alotropowych, to przeprowadzając dodatkowe badaia fizykocheicze, p. ozaczając teperaturę topieia oża określić, jaka odiaa alotropowa pierwiastka była przediote przeprowadzoej idetyfikacji. W przypadku, gdy idetyfikowaa substacja jest związkie cheiczy, do określeia jej wzoru cheiczego ależy dodatkowo: - Przeprowadzić aalizę eleetarą, tz. określić % skład pierwiastkowy aalizowaej substacji, - Wyzaczyć asę olową aalizowaego związku cheiczego, - Przeprowadzić badaia fizykocheicze, ajczęściej spektroskopowe, pozwalające ustalić wzór strukturaly cząsteczki związku cheiczego. Stosuje się astępujące pojęcia: - Wzór epiryczy związku cheiczego, - Wzór rzeczywisty (suaryczy) związku cheiczego, - Wzór strukturaly cząsteczki związku cheiczego. Wzór epiryczy związku cheiczego a forę: A a B b, gdzie A i B, to sybole pierwiastków cheiczych, a współczyiki: a i b ozaczają ajiejszy stosuek olowy tych pierwiastków wchodzących w skład tego związku cheiczego. Wzór epiryczy związku cheiczego ustala się a podstawie wyików aalizy eleetarej. a przykład aaliza eleetara pewego związku cheiczego wykazała, że zawiera o: 48,5% C, 5,1% H i 14,2%. Poieważ sua procetowego składu podaych pierwiastków jest iejsza od 100, to ozacza to, że w skład tego związku cheiczego wchodzi rówież tle. Procetową zawartość tleu (%O) w ty związku oblicza się w astępujący sposób: %O = Σ (% pierwiastek) = ,8 = 32,8. Skład % pierwiastków w związku cheiczy jest iforacją o stosuku asowy pierwiastków w ty związku. Stosuek asowy pierwiastków w związku cheiczy jest stały, iezależy od ilości tego związku i sposobu jego otrzyaia (prawo stałości składu J. L. Prousta). Do ustaleia wzoru epiryczego wystarczy, więc przeliczyć stosuek asowy pierwiastków w związku a stosuek olowy.

3 Przeliczaie stosuku asowego pierwiastków w związku a stosuek olowy Wzór epiryczy przykładowego związku cheiczego a postać: C x H y O z k, w który współczyiki stechioetrycze: x, y, z, k ozaczają ajiejszy stosuek olowy pierwiastków w ty związku. Liczbę oli () substacji oblicza się z zależości: Gdzie: - asa substacji w g, a - asa olowa substacji w g ol 1. = Wykorzystując powyższą zależość oża obliczyć liczbę oli poszczególych pierwiastków zawartą w 100 g aalizowaego związku cheiczego: 48, 5 x = = 404, 12 51, y = = 510, 1 32, 2 k = = 201, 16 14, 2 z = = 101, 14 Poieważ stosuek olowy pierwiastków w związku cheiczy usi być wyrażoy jako stosuek liczb całkowitych (prawo stosuków olowych Daltoa), to dzieliy otrzyae liczby przez ajiejszą z ich i po zaokrągleiu otrzyujey: x : y : z : k = 4 : 5 : 1 : 2. Wzór epiryczy tego związku a postać: C 4 H 5 O. Wzór rzeczywisty (suaryczy) związku cheiczego - to taki, w który współczyiki stechioetrycze iforują as o liczbie oli pierwiastków w 1 olu tego związku lub o liczbie atoów pierwiastków w 1 cząsteczce tego związku. Dla określeia wzoru rzeczywistego związku cheiczego ależy po ustaleiu wzoru epiryczego ozaczyć asę olową związku. Wzór rzeczywisty związku cheiczego jest albo idetyczy z wzore epiryczy, albo jego współczyiki stechioetrycze są całkowitą wielokrotością współczyików wzoru epiryczego. a przykład wzór epiryczy pewego węglowodoru a postać: CH 2. Taki sa wzór epiryczy a wiele węglowodorów, p.: ete (C 2 H 6 ), prope (C 3 H 6 ), bute (C 4 H 8 ), itp. Dopiero po ozaczeiu asy olowej oża jedozaczie odpowiedzieć a pytaie, który z tych związków jest badaą substacją. W iektórych przypadkach te sa wzór rzeczywisty (suaryczy) oże być przypisay do różych związków cheiczych (zjawisko izoerii). Aby odpowiedzieć a pytaie, który z izoerów jest aalizowaą substacją, ależy ustalić wzór strukturaly cząsteczek tej substacji. Do tego celu wykorzystuje się etody aalizy fizykocheiczej, ajczęściej etody spektroskopowe.

4 Zadaie 1. Ile procet cyy powio zajdować się w jej stopie z iedzią, aby a każdy ato cyy przypadało sześć atoów iedzi? Dae: = 6 = 63,5 g/ol = 118,7 g/ol ależy obliczyć: % =? Rozwiązaie: % = 100 [1] + Przedstawiając asy pierwiastków, jako fukcję liczby oli pierwiastków, otrzyuje się: =, = Wzór [1] przekształca się do postaci: % = 100 [2] + Dzieląc liczik i iaowik rówaia [2] przez, otrzyuje się: % = 100 [3] + Zgodie z prawe Avogadro: = [4] 118,7 A zate: % = 100 = 100 = 23,75% 118, ,5 +

5 Zadaia do saodzielego rozwiązaia: 1. Aaliza wykazała, że w 3,26 g tleku chrou zajduje się 2,24 g chrou. Jaki jest wzór cheiczy tego tleku? 2. W 2,3 g tleku azotu zajduje się 0,7 g azotu. Podaj wzór tleku. 3. Jaki wzór a tleek siarki, którego 100 g zawiera 40 g siarki? 4. Tleek żelaza zawiera 27,6 % tleu. Jaki jest wzór cheiczy tego tleku? 5. Fluorowcopochoda bezeu zawiera 48,3 % chloru. Podaj wzór suaryczy tego związku. Odp. C 6 H 4 Cl 2 6. W 23,0 g tleku azotu zajduje się 7,0 g azotu. Podaj wzór cheiczy tleku. Odp. O 2 7. Jaki wzór cheiczy a tleek siarki, którego 10,0 g zawiera 6,0 g tleu? Odp. SO 3 8. Krystaliczy siarcza agezu zawiera 51,17 % wody krystalizacyjej. Oblicz ile cząsteczek wody przypada a jedą cząsteczkę gso 4. Odp Pewie tleek żelaza zawiera 27,6 % tleu. Jaki jest wzór cheiczy tego tleku? Odp. Fe 3 O Pewie pierwiastek tworzy dwuprotoowy kwas tleowy o asie 98 g ol 1, w który stosuek asowy tleu do wodoru wyosi 32 : 1. Podaj wzór tego kwasu. Odp. H 2 SO Tleek ołowiu zawiera 86,6 % etalu, resztę staowi tle. Wyprowadź wzór cheiczy tego tleku. Odp. PbO Próbka pewego kwasu orgaiczego zawiera 26,67 % wagowych węgla i 71,11 % wagowych tleu. Podaj wzór rzeczywisty tego związku, jeśli wiadoo, że jego asa olowa wyosi 90 g ol 1. Odp. H 2 C 2 O Pewie pierwiastek tworzy dwuprotoowy kwas tleowy o asie 62 g/ol, w który stosuek asowy tleu do wodoru wyosi 24:1. Podaj wzór tego kwasu. 14. Podaj wzór epiryczy substacji o składzie procetowy: 28,25 % potasu, 25,64 % chloru, 46,11 % tleu.