3. OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE.

Transkrypt

1 3. OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE. A1 POZIOM PODSTAWOWY OBLICZENIA DOTYCZĄCE MOLA DROBIN SUBSTANCJI CHEMICZNEJ Mol stanowi porcję drobin (atomów, jonów, cząsteczek, cząstek elementarnych) każdej substancji chemicznej zawierającą 6, drobin tej substancji Liczba drobin zawarta w n molach substancji wynosi: liczba drobin = N = n 6, drobin/mol Gdzie n to liczba moli. Liczba Avogadro N A, to właśnie liczba 6, Można zatem zapisać, że N = n N A Przedstawiona zależność umożliwia obliczenie liczby moli drobin substancji, jeśli znana jest drobin tej substancji: liczba drobin N N = = = liczba Avogadro N A 6, n. 1) W pewnej reakcji chemicznej wzięło udział 1,5 mola cząsteczek substancji. Oblicz, jaka liczba cząsteczek tej substancji wzięła udział w reakcji. 2) Pewna ilość substancji zawiera 1, cząsteczek. Oblicz, jaką część mola tej substancji stanowi wymieniona liczba cząsteczek. 3) W wyniku spalenia 1 mola węglowodoru powstały 3 mole CO 2 i 4 mole H 2 O. Oblicz sumaryczną liczbę cząsteczek otrzymanych w tej reakcji. 4) W pewnej reakcji otrzymano 0,75 mola amoniaku NH 3. Oblicz, ile atomów azotu i ile atomów wodoru zawiera te 0,75 mola NH 3. 5) 1 mol atomów siarki ma masę 32 g. Jaką masę ma pojedynczy atom siarki? 6) Jeden gram to jeden mol jednostek masy atomowej [ N A 1 u = 1 g]. Oblicz na tej podstawie, ile gramów i ile kilogramów ma jednostka masy atomowej. OBLICZENIA DOTYCZĄCE MASY MOLOWEJ SUBSTANCJI Masa jednego mola drobin M mol każdej substancji chemicznej, wyrażona w g/mol, nosi nazwę masy molowej. Jest ona liczbowo równa masie atomowej m at lub masie cząsteczkowej m cz. Zależność miedzy masą substancji m a jej masą molową M mol jest następująca: m masa substancji, [g] n liczba moli substancji, [mol] M mol masa molowa, [g/mol] M = n M mol, [g], gdzie Oblicz masę 3,5 mola cząsteczek substancji chemicznej o wzorze C 6 H 12 O Oblicz, jaką część mola cząsteczek substancji o wzorze C 3 H 8 O 3 stanowi 9,2 g tej substancji. 3. Oblicz, jaką masę molową ma substancja, skoro masa 9,8 g stanowi 0,1 mola cząsteczek tej substancji. 4. W reakcji wzięło udział 8 g cząsteczek tlenu. Oblicz, ile to a) moli cząsteczek tlenu, b) atomów tlenu. 5. Każdy atom miedzi posiada 2 elektrony swobodne, biorące udział w przewodzeniu prądu elektrycznego. Oblicz, ile elektronów swobodnych znajduje się w przewodzie miedzianym o masie 100 g.

2 6. Ile atomów sodu znajduje się w próbce węglanu sodu Na 2 CO 3 o masie m = 10,6 g. OBLICZENIA DOTYCZĄCE OBJĘTOŚCI MOLOWEJ Objętość jednego mola drobin substancji gazowej, wyrażona w dm 3 / mol, nosi nazwę objętości molowej V mol V mol = 22,4 dm 3 mol Objętość 22,4 dm 3 /mol odnosi się wyłącznie do warunków normalnych, tzn. temperatury 0 0 C i ciśnieniu 1013 hpa. Liczba moli drobin n, zawartych w danej objętości gazu v, może być obliczona na podstawie następującej zależności: V n =, mol Zastąpienie liczby moli n wyrażeniem masy, jak i objętości substancji gazowej: V mol n liczba moli drobin, [mol] V objętość substancji gazowej, [dm 3 ] V mol objętość molowa [dm 3 /mol] m M mol prowadzi do utworzenia zależności umożliwiającej obliczanie zarówno m V M V mol = [g] 1. Oblicz, jaką liczbę moli cząsteczek tlenu (O 2 ) zawiera butla mieszcząca 44,8 dm 3 tego gazu w warunkach normalnych. 2. Oblicz, jaką objętość w warunkach normalnych zajmuje 2,5 mola cząsteczek ozonu (O 3 ). 3. Oblicz masę odmierzonej w warunkach normalnych objętości 100 dm 3 tlenku węgla(iv). 4. Jaką objętość zajmie w warunkach normalnych 85 g amoniaku NH 3? 5. Ile cząsteczek tlenku węgla(ii) zawiera pojemnik o objętości 5 m 3 zmierzonych w warunkach normalnych? 6. W pewnej reakcji otrzymano 5,6 dm 3 chloru w warunkach normalnych. Jaka była masa otrzymanego chloru? OBLICZENIA NA PODSTAWIE WZORÓW CHEMICZNYCH mol Wzór chemiczny każdego związku, np. A x B y, interpretuje się jako 1 mol drobin tego związku, a występujące we wzorze indeksy stechiometryczne x i y jako liczby moli drobin pierwiastków A i B. Na przykład: N 2 O 3 1 mol, czyli 76 g tlenku azotu(iii) 2 mole atomów azotu 3 mole atomów tlenu 28 g azotu 48 g tlenu Wskazanym liczbom moli drobin odpowiadają określone masy substancji. Powyższa interpretacja umożliwia obliczanie zarówno liczby moli drobin, jak też liczby gramów każdego pierwiastka składowego w podanej liczbie moli lub gramów związku chemicznego. Potrzebne jest do tego ułożenie zależności (proporcji) między wielkościami odczytanymi ze wzoru chemicznego a wielkościami danymi i szukanymi występującymi w zadaniu. 1. Oblicz, ile gramów siarki znajduje się w 3,42 g siarczanu(vi) glinu. 2. Oblicz, ile moli atomów tlenu znajduje się w 3,1 g fosforanu(v) wapnia. 3. Oblicz, w ilu gramach tlenku azotu(v) znajduje się 0,5 mola atomów azotu. 4. Oblicz, ile gramów wody znajduje się w 25 g pięciowodnego siarczanu(vi) miedzi(ii). 2

3 OBLICZENIA NA PODSTAWIE RÓWAŃ CHEMICZNYCH Równanie reakcji chemicznej informuje o rodzaju i ilości reagujących ze sobą substancji. Liczbę moli drobin tych substancji oraz odpowiadające im masy i objętości określają współczynniki stechiometryczne występujące w równaniu reakcji. Przykładowe zależności: równanie reakcji 3 H 2 + N 2 2 NH 3 współczynniki stechiometryczne liczby moli reagentów masy reagentów 3 2 g = 6 g 28 g 2 17 g = 34 g objętości reagentów 3 22,4 dm 3 = 67,2 dm 3 22,4 dm ,4 dm 3 = 44,8 dm 3 liczba drobin reagentów 3 6, = 18, , , = drobin drobin 12, drobin Taka interpretacja równania reakcji pozwala na obliczenie: o Liczby moli reagentów, o Masy reagentów o Objętości ragentów gazowych o Liczby drobin reagentów jeśli dane są ilości (liczba moli, masy, objętości, drobin) jednego z reagentów. Wymaga to ułożenia zależności między wielkościami odczytanymi z reakcji a wielkościami danymi i szukanymi zawartymi w zadaniu. W prowadzonych obliczeniach wygodnie jest zapisywać dane i szukane ilości reagentów (zawarte w zadaniu) nad równaniem reakcji natomiast ilości wynikające z równania pod równaniem. (Z powodzeniem można stosować odwrotny sposób). Należy przy tym pamiętać, że w zapisie nad i pod reakcją muszą występować zgodne jednostki (te same). 1. Oblicz, ile moli atomów siarki przereaguje z 3,6 g glinu. 2. Oblicz, jaka objętość tlenku azotu(iv) powstanie w wyniku reakcji 6,4 g miedzi z siarką. 3. Oblicz, jaka objętość tlenku węgla(iv) powstanie w wyniku reakcji tlenku węgla(ii) z 2,8 dm 3 tlenu. 4. Oblicz, ile gramów kwasu fosforowego(v) potrzeba na zobojętnienie 6 g wodorotlenku sodu. 5. Oblicz, ile cząsteczek chloru przereaguje z 2,3 gramami sodu podczas otrzymywania chlorku sodu. ZADANIA MATURALNE Informacja do zadania 1. W pracowni chemicznej otrzymuje się chlor w wyniku utleniania kwasu solnego. Reakcja przebiega według równania 2 KMnO HCl 2 MnCl Cl H 2 O. Zadanie 1. (3 pkt) Oblicz, ile gramów manganianu(vii) potasu wzięło udział w reakcji z kwasem solnym, jeśli powstało 5,6 dm 3 chloru odmierzonego w warunkach normalnych. Zadanie 2. (3 pkt) 7,5 g sodu wrzucono do zlewki zawierającej 50 g wody. Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu wodorotlenku sodu. Zadanie 3. (1 pkt) Utlenianie 0,5 mola SO 2 do SO 3 wymaga użycia: A. 0,1 mola tlenu, B. 32 gramów tlenu, C. 6, cząsteczek tlenu,. D. 5,6 dm 3 tlenu (w warunkach normalnych) 3

4 Zadanie 4. (3 pkt) Reakcja rozkładu tlenku azotu(v) przebiega według równania: 2 N 2 O 5(g) 4 NO 2(g) + O 2(g) Przedstaw interpretację ilościową powyższego równania, uzupełniając wolne miejsca w tabelce: ilość reagentów nazwa reagenta tlenek azotu(v) tlenek azotu(iv) tlen liczba moli masa objętość Uwaga: objętości przedstawionych w tabeli gazów mierzono w warunkach normalnych. Zadanie 5. (3 pkt) Tlenek siarki(iv) można otrzymać na skalę przemysłową w wyniku spalania pirytu (FeS 2 ): 4 FeS O 2 2 Fe 2 O SO 2 oblicz, jaka objętość tlenku siarki(iv), zmierzona w warunkach normalnych, powstanie w wyniku spalania 30 gramów pirytu. Zadanie 6. (3 pkt) Na podstawie równania reakcji zapisanego w formie cząsteczkowej podaj, w jakim stosunku molowym i masowym reaguje wodorotlenek sodu z kwasem ortofosforowym(v), jeżeli jedynymi produktami są sól obojętna i woda. Zadanie 7. (3 pkt) a) Wiórki magnezu o masie 2,4 g spalono w tlenie i otrzymano 4 g tlenku magnezu. Zapisz równanie reakcji i oblicz masę tlenu, który przereagował z magnezem. b) Oblicz skład procentowy tlenku magnezu. Zadanie 8. (1 pkt) Wskaż błędną interpretację równania C (s) + CO 2(g) 2CO (g). A. 1 mol węgla + 1 mol tlenku węgla(iv) 2 mole tlenku węgla(ii) B. 1 atom węgla + 1 cząsteczka tlenku węgla(iv) 2 cząsteczki tlenku węgla(ii) C. 22,4 dm 3 węgla + 22,4 dm 3 tlenku węgla(iv) 44,8 dm 3 tlenku węgla(ii) D. 12 g węgla + 44 g tlenku węgla(iv) 56 g tlenku węgla(ii) Zadanie 9. (3 pkt) Ile atomów azotu znajduje się w 6,72 dm 3 tlenku azotu(iii) w warunkach normalnych? Zadanie 10. (2 pkt.) Oblicz, ile dm 3 tlenu odmierzonego w warunkach normalnych potrzeba do spalenia 3, atomów magnezu. Zadanie 11. (1 pkt) Amoniak otrzymuje się przemysłowo z azotu i w wodoru w reakcji danej równaniem: 500 N H 2 0 C,30MPa, katalizator 2 NH 3 Podaj w jakim stosunku objętościowym reagują azot i wodór. V : V N2 H 2 A 2:3 B 1:2 C 2:1 D 1:3 Zadanie 12. (3 pkt) Amoniak spalono w tlenie. Produktami reakcji były tlenek azotu(ii) i woda w postaci gazowej. Oblicz liczbę moli tlenu, która nie uległa reakcji spalania, jeżeli użyto 7 moli tlenu i 3 mole amoniaku. Zadanie 13. (2 pkt) Oblicz, jaki procent masowy stanowi azot w azotanie(v) amonu (NH 4 NO 3 ). Zadanie 14. (4 pkt) Węglan wapnia może ulec rozkładowi według równania: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) a) Oblicz, ile gramów tlenku węgla(iv) powstanie, jeśli w reakcji bierze udział 31 g węglanu wapnia. b) Oblicz, ile to stanowi moli cząsteczek tlenku węgla(iv). c) Oblicz, jaką objętość zajmie powstały tlenek węgla(iv) w warunkach normalnych. 4

5 Zadanie 15. (2 pkt.) Oblicz skład procentowy związku chemicznego o wzorze Fe 2 O 3. Zadanie 16. (1 pkt.) Najwiecej atomów znajduje się w A. 0,1 mola sodu. B. 56 g żelaza. C. 3, cząsteczek azotu. D. 0,1 mola wody. Zadanie 17. (3 pkt.) Oblicz, ile gramów tlenku żelaza(iii) potrzeba do otrzymania 10 g żelaza w reakcji redukcji wodorem. Zadanie 18. (4 pkt) a) Ułóż równanie reakcji termicznego rozkładu manganianu(vii) potasu. b) Oblicz, ile dm 3 tlenu powstanie w warunkach normalnych z rozkładu 10 g tej soli, jeśli wydajność reakcji wynosi 70%. c) Opisz, w jaki sposób identyfikuje się tlen. Zadanie 19. (4 pkt). Do 100 cm 3 wody destylowanej wrzucono próbkę tlenku fosforu(v) zawierającą 3, cząsteczek tego tlenku. Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu kwasu fosforowego(v). Zadanie 20. (3 pkt) Jeden krzew pochłania dziennie 5 g CO 2 na każdy metr kwadratowy liści. Łączna powierzchnia liści krzewu średniej wielkości wynosi 2 m 2. Oblicz, ile krzewów potrzeba do przyswojenia tlenku węgla(iv) powstałego ze spalania 100 kg węgla zawierającego 3% zanieczyszczeń, jeśli wydajność procesu spalania wynosi 85%. Zadanie 21. (2 pkt) Zmieszano 3,6 g żelaza i 7,4 g siarki. Oblicz, ile gramów siarczku żelaza(ii) otrzymano. Zadanie 22. (3 pkt) Oblicz, ile centymetrów sześciennych 0,2-molowego roztworu HCl należy użyć, aby rozpuścić główny składnik starej zaprawy murarskiej zawarty w 10 g tej zaprawy, stanowiąc 40% jej masy. Zadanie 23. ( 2 pkt) Do 100 g wody wrzucono 2 g tlenku litu. Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu wodorotlenku. Zadanie 24. ( 1 pkt) Spośród poniższych zdań wybierz prawdziwe: A. masy atomowe pierwiastków są obliczane na podstawie tzw. Średniej ważonej izotopów, B. jednostką masy atomowej jest 1 u równy 1, g, C. masa 22,4 dm 3 argonu w warunkach normalnych wynosi 80 g, D. 0,5 mola cząsteczek azotu waży 14 g. Zadanie 25. (2 pkt) Jeden unit to wzorzec mas atomowych i cząsteczkowych równy 1, g. Oblicz: a) masę jednej cząsteczki azotu, b) masę cząsteczkową CO 2, wiedząc, że jedna cząsteczka tego tlenku ma masę 7, g. Zadanie 26. (5 pkt) Chlor na skalę laboratoryjną można otrzymywać m. in. w wyniku reakcji tlenku manganu(ii) z kwasem solnym. Pozostałymi produktami tej reakcji są chlorek manganu(ii) i woda. Oblicz objętość, jaką zajmie w warunkach normalnych chlor powstały w reakcji 4 g MnO 2 z nadmiarem kwasu solnego. Zadanie 27. (2 pkt) Pewien pierwiastek o wartościowości IV tworzy tlenek zawierający 50% tlenu. Tlenek ten reaguje z KOH, tworząc pewną sól. 1. Zidentyfikuj ten pierwiastek 2. Oblicz procentową zawartość tlenu w tej soli. 5

6 Zadanie 28. (2 pkt) Przeprowadzono reakcję żelaza z tlenem. Wykres przedstawia zależność masy otrzymanego tlenku żelaza od masy żelaza, które weszło w reakcję. Wyznacz na tej podstawie wzór empiryczny tlenku. Masy molowe, w czasie obliczeń zaokrąglaj do wartości całkowitych. 10 zalezność masy tlenku żelaza od masy żelaza 7 m FexOy m Fe Zadanie 29. (2 pkt) Uzupełnij następujące zdania: 1. Masa 1 dm 3 tlenu w warunkach normalnych wynosi... ; w tej porcji gazu znajduje się... cząsteczek, czyli... mola cząsteczek. 2. Objętość 8,8 g CO 2 w warunkach normalnych wynosi.... Ta porcja gazu zawiera... cząsteczek, czyli... mola cząsteczek. Zadanie 30. (2 pkt) Jak nazywa się związek chemiczny, którego cząsteczka składa się z chloru, węgla i wodoru, przy czy wiadomo, że jej masa cząsteczkowa wynosi 50,5 u? Przedstaw tok rozumowania. Zadanie 31. (2 pkt) Do 1 dm 3 wody wprowadzono 2 g metalicznego litu. Zapisz równanie reakcji, która zaszła w naczyniu oraz oblicz stężenie procentowe powstałego roztworu. Zadanie 32. (2 pkt) W wyniku katalitycznego spalania amoniaku otrzymano wodę i pewien tlenek azotu. Wykres przedstawia zależność objętości tlenu zużywanego podczas reakcji, od objętości powstającej pary wodnej. Objętości obu gazów odmierzano w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury. Wyznacz na tej podstawie wzór elementarny tlenku azotu. zależność objętości tlenu od objętości pary w odnej objętość tlenu objętość pary wodnej Zadanie 33. (2 pkt) Uzupełnij zdania: 1.Objętość 12, cząsteczek wody w warunkach normalnych wynosi... cm 3. Aby otrzymać taką liczbę cząsteczek wody należy użyć... cząsteczek wodoru i... cząsteczek tlenu. 2. Objętość 3, cząsteczek ozonu w warunkach normalnych jest równa... dm 3. w tych samych warunkach objętość 3, cząsteczek zwykłego tlenu cząsteczkowego wynosi... dm 3. 6

7 Zadanie 34. (2 pkt) Wpisz po prawej stronie prawidłową odpowiedź, wyrażając ją w podanych jednostkach. 1. Masa molowa gazu, którego gęstość w warunkach normalnych wynosi 0,893 g/dm 3 g/mol jest równa 2. Masa azotu zawartego w 10 g alaniny wynosi kg 3. Stężenie procentowe roztworu utworzonego przez zmieszanie 0,1 mola chlorku potasu i 100 cm 3 % wody, jest równe 4. ph roztworu słabego kwasu i mocnej zasady nie może być mniejsze niż Zadanie 35. (2 pkt) Dane są porcje gazów: NO, CO, CH 4, NH 3, SO 2, O 2 o jednakowej masie. Uporządkuj je ze względu na rosnącą objętość, przyjmując, że temperatura i ciśnienie tych gazów są takie same. Zadanie 36. (2 pkt) CO 2 jest gazem cieplarnianym. Powstaje, między innymi, w procesie spalania tradycyjnych paliw organicznych. Oblicz, jaka objętość dwutlenku węgla zostanie utworzona w wyniku spalenia benzyny, mieszczącej się w baku samochodowym o objętości 40 l. Przyjmij, że benzyna jest czystym oktanem o gęstości 0,7 g/cm 3, a objętość CO 2 oblicz dla warunków normalnych. Zadanie 37. (2 pkt.) Przeprowadzono reakcję chemiczną, która teoretycznie przebiegała ze 100% wydajnością, według poniższego równania reakcji: 3 H 2(g) + N 2(g) 2 NH 3(g) do reakcji użyto 0,5 mola cząsteczek azotu i otrzymano 24,7 dm 3 amoniaku. Odpowiedz i wyjaśnij, czy reakcja przebiegała w warunkach normalnych? Zadanie 38. (3 pkt) Wykres przedstawia zależność masy pewnego dwuwartościowego metalu Me od masy jego tlenku MeO. Ustal stosunek masowy pierwiastków w tym tlenku oraz jego wzór. masa metalu [g] zalezność masy metalu od masy jego tlenku masa tlenku [g] Zadanie 39. (3 pkt) Rozkładowi termicznemu poddano 50 g CaCO 3. oblicz, ile gramów substancji stałej pozostało po prażeniu i ile decymetrów sześciennych gazu (odmierzonego w warunkach normalnych) wydzieliło się w trakcie tego procesu przy jego 100% wydajności. 7

8 Stechiometria poziom podstawowy odpowiedzi Zad ,96 g Zad ,81% Zad. 3. D Zad. 4. ilość reagentów reagent N 2 O 5 NO 2 O 2 liczba moli masa 216 g 184 g 32 g objętość 44,8 dm 3 89,6 dm 3 22,4 dm 3 Zad ,2 dm 3 Zad. 6. : 3 NaOH + H 3 PO 4 Na 3 PO H 2 O, stosunek molowy 3:1, masowy 60:49 Zad. 7. a) 1,6 g tlenu; b) 60% Mg, 40% O. Zad. 8. C Zad. 9. 3, atomów azotu Zad ,6 dm 3 tlenu Zad. 11. D Zad ,25 mola tlenu Zad % Zad ,64 g, 0,31 mola, 6,94 dm 3 Zad % Fe, 30% O Zad. 16. C Zad ,29 g tlenku żelaza(iii Zad. 18. C Zad. 19. a) 2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2, b) 0,492 dm 3 tlenu, c) tlen identyfikujemy używając żarzącego się łuczywa, które w jego obecności zapala się jasnym płomieniem. Zad krzewów. Zad ,632 b Zad cm 3 Zad ,14% Zad. 24. A i D Zad , g, 43,98 u Zad ,03 dm 3 Zad. 27. S, 30,38% Zad. 28. Fe 2 O 3 Zad ) 1,429 g, 2, cząsteczek, 0,0446 mola, 2) 4,48 dm 3, 1, cząsteczek, 0,2 mola Zad. 30. chlorometan Zad ,685% Zad. 32. NO Zad ) objętość H 2 O 36 cm 3, liczba cząsteczek H 2 12, , liczba cząsteczek O 2 6, ) 112 dm 3 dla obu gazów Zad ) 20 g/mol, 2) 1, kg, 3) 6,93%, 4) 7 Zad. 35. SO 2 < O 2 < NO < NH 3 < CH 4 Zad ,014 m 3 Zad. 37. Reakcja nie przebiegała w warunkach normalnych (w tych warunkach powinno powstać 22,4 dm 3 amoniaku) Zad. 38. CaO Zad g, 11,2 dm 3 8