Obliczenia stechiometryczne, bilansowanie równań reakcji redoks



Podobne dokumenty
Chemia - laboratorium

Reakcje utleniania i redukcji

W tej reakcji stopień utleniania żelaza wzrasta od 0 do III. Odwrotnie tlen zmniejszył stopień utlenienia z 0 na II.

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Ważne pojęcia. Stopień utlenienia. Utleniacz. Reduktor. Utlenianie (dezelektronacja)

Procentowa zawartość sodu (w molu tej soli są dwa mole sodu) wynosi:

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Plan i kartoteka testu sprawdzającego wiadomości i umiejętności uczniów

Zagadnienia z chemii na egzamin wstępny kierunek Technik Farmaceutyczny Szkoła Policealna im. J. Romanowskiej

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Fragmenty Działu 7 z Tomu 1 REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, Obliczenia na podstawie wzorów chemicznych

Główne zagadnienia: - mol, stechiometria reakcji, pisanie równań reakcji w sposób jonowy - stężenia, przygotowywanie roztworów - ph - reakcje redoks

Stechiometria w roztworach. Woda jako rozpuszczalnik

2. Podczas spalania 2 objętości pewnego gazu z 4 objętościami H 2 otrzymano 1 objętość N 2 i 4 objętości H 2O. Jaki gaz uległ spalaniu?

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

XI Ogólnopolski Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2018/2019. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (10 pkt)

Chemia Grudzień Styczeń

analogicznie: P g, K g, N g i Mg g.

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

Nazwy pierwiastków: ...

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

MAŁOPOLSKI KONKURS CHEMICZNY dla uczniów dotychczasowych gimnazjów i klas dotychczasowych gimnazjów prowadzonych w szkołach innego typu

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

Jednostki Ukadu SI. Jednostki uzupełniające używane w układzie SI Kąt płaski radian rad Kąt bryłowy steradian sr

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 13 stycznia 2017 r. zawody II stopnia (rejonowe)

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII... DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje wojewódzkie

2. REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Stechiometria w roztworach

Wyrażanie stężeń. Materiały pomocnicze do zajęć wspomagających z chemii. opracował: dr Błażej Gierczyk Wydział Chemii UAM

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

b) Podaj liczbę moli chloru cząsteczkowego, która całkowicie przereaguje z jednym molem glinu.

Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów

************************************************************

Za poprawną metodę Za poprawne obliczenia wraz z podaniem zmiany ph

Test diagnostyczny. Dorota Lewandowska, Lidia Wasyłyszyn, Anna Warchoł. Część A (0 5) Standard I

Pierwiastek, który się utlenia jest reduktorem, natomiast pierwiastek, który się redukuje jest utleniaczem.

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 16 stycznia 2015 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów dotychczasowych gimnazjów 24 stycznia 2018 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Przemiany substancji

Obliczanie wydajności reakcji

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Zadanie 2. [2 pkt.] Podaj symbole dwóch kationów i dwóch anionów, dobierając wszystkie jony tak, aby zawierały taką samą liczbę elektronów.

Kryteria oceniania z chemii kl VII

XXI KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2013/2014

X / \ Y Y Y Z / \ W W ... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM W ROKU SZKOLNYM 2017/2018 STOPIEŃ WOJEWÓDZKI 9 MARCA 2018 R.

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW. Eliminacje szkolne I stopień

PODSTAWY STECHIOMETRII

Zadanie 1. [ 3 pkt.] Uzupełnij zdania, wpisując brakującą informację z odpowiednimi jednostkami.

Rozcieńczanie, zatężanie i mieszanie roztworów, przeliczanie stężeń

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

podstawami stechiometrii, czyli działu chemii zajmującymi są obliczeniami jest prawo zachowania masy oraz prawo stałości składu

Zadanie 2. Przeprowadzono następujące doświadczenie: Wyjaśnij przebieg tego doświadczenia. Zadanie: 3. Zadanie: 4

imię i nazwisko, nazwa szkoły, miejscowość Zadania I etapu Konkursu Chemicznego Trzech Wydziałów PŁ V edycja

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

Problemy do samodzielnego rozwiązania

Liczba cząsteczek w 1 molu. Liczba atomów w 1 molu. Masa molowa M

Wojewódzki Konkurs Wiedzy Chemicznej 2016/17 Klasy maturalne str. 1

MAŁOPOLSKI KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW

1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne


Tematy i zakres treści z chemii - zakres rozszerzony, dla klas 2 LO2 i 3 TZA/archt. kraj.

Kod ucznia Liczba punktów A X B C X

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2015/2016

Plan dydaktyczny z chemii klasa: 2TRA 1 godzina tygodniowo- zakres podstawowy. Dział Zakres treści

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 4 lutego 2016 r. zawody II stopnia (rejonowe)

REAKCJE UTLENIANIA I REDUKCJI

EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

X Konkurs Chemii Nieorganicznej i Ogólnej rok szkolny 2011/12

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2018/2019 ETAP REJONOWY

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Chemia Poziom rozszerzony

IX Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2016/2017. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (11 pkt)

Konkurs Chemiczny dla gimnazjalistów województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2014/2015. Etap wojewódzki

Zn + S ZnS Utleniacz:... Reduktor:...

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. I

Kuratorium Oświaty w Lublinie

MARATON WIEDZY CHEMIA CZ. II

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 6 marca 2015 r. zawody III stopnia (wojewódzkie)

EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII ARKUSZ ROZSZERZONY

Kuratorium Oświaty w Lublinie ZESTAW ZADAŃ KONKURSOWYCH Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2016/2017 ETAP TRZECI

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM CHEMIA

Rozwiązania zadań II-go etapu V-go Konkursu Chemicznego dla Szkół Średnich

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

Transkrypt:

Obliczenia stechiometryczne, bilansowanie równań reakcji redoks Materiały pomocnicze do zajęć wspomagających z chemii opracował: dr Błażej Gierczyk Wydział Chemii UAM

Obliczenia stechiometryczne Podstawą do wykonania obliczeń stechiometrycznych jest znajomość przebiegu reakcji chemicznej w najprostszym przypadku znajomość równania reakcji. Współczynniki stechiometryczne równania reakcji interpretujemy w molach lub w cząsteczkach (atomach, jonach itd.), np.: 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O odczytujemy: - trzy atomy miedzi reagują z ośmioma cząsteczkami kwasu azotowego(v), dając 3 cząsteczki (formalne) azotanu(v) miedzi(ii), 2 cząsteczki tlenku azotu(ii) i cztery cząsteczki wody, albo - trzy mole atomów miedzi reagują z ośmioma molami cząsteczek kwasu azotowego(v), dając 3 mole cząsteczek (formalnych) azotanu(v) miedzi(ii), 2 mole cząsteczek tlenku azotu(ii) i cztery mole cząsteczek wody.

Obliczenia stechiometryczne Zamianę na jednostki masy (lub, w przypadku gazów, jednostki objętości) wykonujemy w poznany już wcześniej sposób. Dla podanego wcześniej przykładu: - 190,5 g (3 mole) miedzi reaguje z 504 g (8 moli) kwasu azotowego, dając 562,5 g (3 mole) azotanu(v) miedzi(ii), 60 g (2 mole, 44,8 dm 3 w warunkach normalnych) tlenku azotu(ii) i 72 g (4 mole) wody Obliczenie ilości produktu z danej masy substratu opiera się na prostych proporcjach, na przykład z 20 g miedzi otrzymamy: 190,5 562,5 20 - x x = 59,1 g Cu(NO 3 ) 2

Obliczenia stechiometryczne W przypadku jeśli substraty zawierają pamiętać o ich uwzględnieniu. zanieczyszczenia, w obliczeniach należy Przykład 1: Oblicz, ile gramów chlorku żelaza(iii) można uzyskać z 800 g tlenku żelaza(iii) zawierającego 11% zanieczyszczeń. Fe 2 O 3 + 6 HCl 2 FeCl 3 + 3 H 2 O W 800 g substratu zawartych jest: 800 * (100-11)/100 = 712 g czystego tlenku żelaza(iii). M(Fe 2 O 3 ) = 159,6 g/mol M(FeCl 3 ) = 162,3 g/mol Ze 159,6 g Fe 2 O 3 otrzymamy 324,6 g FeCl 3. Zatem: 159,6-324,6 712 - x x = 1448,1 g

Obliczenia stechiometryczne W przypadku niestechiometrycznych ilości substratów obliczenia należy zacząć od stwierdzenia, który z substratów znajduje się w niedomiarze. Obliczenie ilości produktu należy oprzeć na tym reagencie. Przykład 2: Ile chlorku magnezu można uzyskać z 25 g magnezu i 200 g kwasu solnego o stężeniu 35%? Mg + 2 HCl MgCl 2 + H 2 M(MgCl 2 ) = 95,3 g/mol; M(HCl) = 36,5 g/mol W 200 g roztworu kwasu solnego zawartych jest 0,35*200 = 70 g HCl. Mamy zatem do dyspozycji 1,91 mol HCl i 1,02 mol Mg. Ponieważ stechiometria reakcji wynosi 2:1, reagentem w niedomiarze jest HCl. Z 36,5 g HCl uzyskamy 95,3 g MgCl 2, zatem: 36,5-95,3 70 g - x x = 182,7 g MgCl 2

Obliczenia stechiometryczne wydajność reakcji Podczas reakcji chemicznej otrzymujemy najczęściej mniej produktu niż wynika to z ilości użytych substratów. Może to być spowodowane kilkoma efektami: - ustalaniem się stanu równowagi (odwracalnością reakcji) w przypadku szeregu reakcji o charakterze równowagowym po pewnym czasie ustala się stan równowagi w którym współistnieją produkty i nieprzereagowane substratu - wielokierunkowością reakcji przebiegowi szeregu procesów chemicznych towarzyszą reakcje uboczne, dające produkty inne od zamierzonego - straty produktu na skutek jego skomplikowanej izolacji i oczyszczania

Obliczenia stechiometryczne wydajność reakcji Wydajność reakcji definiujemy jako stosunek ilości (najczęściej masy) uzyskanego produktu do ilości teoretycznej, obliczonej na podstawie mas dostępnych substratów, wyrażony w %. β = (m p /m t )*100% Przykład 3: W reakcji 18 g chlorku sodu z 30 g azotanu(v) srebra uzyskano, po odsączeniu i wysuszeniu, 22 g chlorku srebra. Oblicz wydajność procesu. M(NaCl) = 58,5 g/mol; M(AgNO 3 ) = 170 g/mol; M(AgCl) = 143,5 g/mol AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3 Mamy do dyspozycji 18/58,5 = 0,31 mol NaCl i 0,18 mol AgNO 3. Substratem będącym w niedomiarze jest azotan(v) srebra. Teoretycznie powinniśmy uzyskać: 170 g - 143,5 g 30 g - x g x = 25,3 g AgCl Wydajność reakcji wynosi więc (22/25,3)*100% = 86,9%

Bilansowanie równań redoks stopień utlenienia Stopień utlenienia to umowna wartość definiowana jako ładunek (wyrażony w jednostkach ładunku elementarnego) który posiadał by każdy z atomów związku chemicznego po jego rozdzieleniu (dysocjacji) na jony proste w wyniku całkowitego przesunięcia elektronów wiązań w kierunku atomu bardziej elektroujemnego. Mają one wartości całkowite. W obliczeniach wartości stopnia utlenienia obowiązuje kilka reguł: 1. atom pierwiastka w stanie wolnym na stopień utlenienia 0; 2. suma stopni utlenienia atomów w związku chemicznym wynosi 0; 3. suma stopni utlenienia atomów w jonie złożonym jest równa ładunkowi tego jonu; 4. stopień utlenienia jonu prostego jest równy jego ładunkowi; 5. w przypadku cząsteczek dwuatomowych ujemny przypisany jest do atomu bardziej elektroujemnego; stopień utlenienia 6. w związkach organicznych suma stopni utlenienia każdego atomu węgla i podstawników z nim związanych, nie będących atomami węgla, wynosi 0; 7. stopień utlenienia atomu tlenu o charakterze eterowym lub estrowym (C- O-C) rozkłada się równomiernie na oba związane z nim atomy węgla; 8. każda grupa funkcyjna związana z atomem węgla wiązaniem C-N stopień utlenienia I na każde wiązanie węgiel-azot; ma łączny 9. stopień utlenienia atomu azotu w związkach organicznych oblicza się, zastępując każde wiązanie C-N atomem wodoru.

Bilansowanie równań redoks stopień utlenienia Przy obliczaniu stopni utlenienia warto pamiętać najważniejszych zależnościach: o kilku a. atom fluoru ma zawsze stopień utlenienia I; b. atom tlenu ma w większości związków stopień utlenienia II, z wyjątkiem difluorku tlenu (+II) oraz układów nadtlenkowych O-O- w których stopień utlenienia wynosi I; c. stopień utlenienia wodoru we wszystkich związkach wynosi +I, wyjątek stanowią wodorki metali I i II grupy, w których wynosi -I;

Przykład 4: Obliczyć stopnie utlenienia atomów węgla i azotu w kwasie propionowym, 2-metoksyetyloaminie i 1-nitro-2- cyjanopropan. CH 3 CH 2 COOH Poczuj chemię do chemii Bilansowanie równań redoks stopień utlenienia - zgodnie z regułą 6 traktujemy cząsteczkę jako 3 osobne fragmenty, każdy o sumarycznym stopniu utlenienia 0: CH 3, CH 2 i COOH, zatem stopnie utlenienia atomów węgla wynoszą III, -II i III. CH 3 OCH 2 CH 2 NH 2 - CH 3 zgodnie z regułą 7 mamy 3*(I) + (-II)/2 + x = 0, zatem x = -II - CH 2 zgodnie z regułą 6 traktujemy grupy metylenowe osobno. Dla pierwszej (związanej z atomem tlenu), stosujemy regułę 7: 2*(I) + (-II)/2 + x = 0, zatem x = -I, dla drugiej stosujemy regułę 8: 2*(I) + (-I) + x = 0, zatem x = -I - stopień utlenienia atomu azotu obliczamy zgodnie z regułą 9 zastępując atom węgla atomem wodoru otrzymujemy cząsteczkę NH 3, zatem stopień utlenienia wynosi III. CH 3 CH(CN)CH 2 NO 2 - CH 3 zgodnie z regułą 6: -III - CH zgodnie z regułą 6: -I - CN zgodnie z regułą 6 grupę CN traktujemy jako osobne indywiduum o sumarycznym stopniu utlenienia 0. Zastępując każde wiązanie C-N atomem wodoru (reguła 9) uzyskujemy cząsteczkę NH, 3 zatem atom azotu ma stopień utlenienia III. Atom węgla ma więc stopień utlenienia III. - CH 2 NO 2 fragment ten ma stopień utlenienia 0 (reguła 6). Dla atomu węgla grupy CH 2 stosujemy regułę 8 i otrzymujemy stopień utlenienia I. Dla atomu azotu stosujemy regułę 9 w hipotetycznej cząsteczce H-NO 2 stopień utlenienia azotu wynosi III.

Bilansowanie równań redoks Pod pojęciem reakcji redoks rozumiemy proces chemiczny któremu towarzyszy zmiana utlenienia atomów. Podwyższenie stopnia utlenienia atomu nazywamy utlenieniem proces ten wiąże się z oddaniem elektronu. Obniżenie stopnia utlenienia to proces redukcji związany jest z pobraniem elektronów. Atom (substancja) pobierająca redukcji) to utleniacz. elektrony (ulegająca Atom (substancja) oddająca utlenieniu) to reduktor. elektrony (ulegająca Procesowi utlenienia dowolnego atomu towarzyszyć proces redukcji innego atomu. musi

Bilansowanie równań redoks W celu zbilansowania równania redoks należy: - zapisać cząsteczkowo lub jonowo schemat przemiany - obliczyć stopnie utlenienia atomów po stronie substratów i produktów - zidentyfikować utleniacz(e) i reduktor(y) - wydzielić schematy równań połówkowych (typu Ox + ne = Red) i wykonać dla nich bilans elektronów - pomnożyć równania połówkowe przez współczynniki dobierane tak, aby ilość elektronów oddawanych podczas procesów utleniania była równa ilości elektronów pobieranych w procesie redukcji - przenieść powyższe współczynniki do równania reakcji - uzupełnić współczynniki przy pozostałych reagentach

Bilansowanie równań redoks Przykład 5: Zbilansować równanie: III -II I VII II I VI II I V II I VI II II VI -II I -II As 2 S 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 H 3 AsO 4 + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O Utlenieniu ulegają atomu As i S, redukcji atom Mn. Równania połówkowe mają postać: As III 2 e = As V Mn VII + 5 e = Mn II S -II 8 e = S VI Sumarycznie, uwzględniając zawartość As i S w substracie: 2As III + 3S -II + 28e = 2As V + 3S VI Mn VII + 5 e = Mn II Mnożymy pierwsze równanie przez 5, drugie przez 28 i otrzymujemy, po uzupełnieniu bilansu: 5 As 2 S 3 + 28 KMnO 4 + 27 H 2 SO 4 10 H 3 AsO 4 + 14 K 2 SO 4 + 28 MnSO 4 + 12 H 2 O