Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr zimowy, rok akademicki 2013/2014

Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr zimowy, rok akademicki 2013/2014 Mol, masa molowa, liczba Avogradro 1. W Wielkim Zderzaczu Hadronów w czasie 1 sekundy zderza się 600 milionów protonów. Oblicz, po jakim czasie zderzeniom ulegnie 1 mol protonów. (Odp. ok. 32 miliony lat) 2. Wyznacz masę siarki zawierającą tyle atomów, ile znajduje się w: a) 3,60 mg żelaza; b) 3,60 mg diazotu 3. Izotop promieniotwórczy 60 Co można wykryć w ilości 1 10-11 g. Oblicz w przybliżeniu, jaka liczba atomów kobaltu jest zawarta w tej masie. (Odp. 10 11 ). 4. W jednej kropli wody morskiej znajduje się około 50 miliardów atomów złota. Przyjmując, że 30 kropli wody waży 1,0 g wyznacz masę złota zawartego w 1 tonie wody morskiej. (Odp. 4,9 10-4 g). 5. Długość wiązania między atomami węgla w cząsteczkach alkanów wynosi około 0,15 nm. Jaka byłaby długość łańcucha węglowego zawierającego 1 mol atomów węgla? Porównaj wynik z odległościami Wrocław-Warszawa (ok. 300 km), Wrocław Sydney (ok. 20 000 km) oraz Ziemia-Słońce (ok. 1,52 10 7 km). Jaka jest masa takiego łańcucha? (Odp. 90 10 9 km) 6. Oblicz, ile atomów poszczególnych pierwiastków znajduje się w 2,5 dm 3 czystego kwasu propionowego, jeśli wiadomo, że jego gęstość wynosi 0,99 g/cm 3. (Odp. 6,0 10 25 atomów węgla, 4,0 10 25 atomów tlenu i 1,2 10 26 atomów wodoru) Skład procentowy, wzór elementarny i rzeczywisty związku chemicznego 1. Chlorek metalu dwuwartościowego zawiera 62,61% metalu. Podaj symbol tego metalu. 2. Tlenek pewnego pierwiastka o wzorze MO 2 zawiera 25,97% tlenu. Określ, jaki metal tworzy ten tlenek. 3. Jaka jest masa atomowa pierwiastka X, którego próbka zawierająca 1,58 10 19 atomów waży 1,05 mg? Jaki to pierwiastek? (Odp.40,02 Da) 1 4. Który ze związków magnezu (wchodzących w skład dostępnych w aptekach preparatów) charakteryzuje się największą zawartością procentową tego pierwiastka? a) dwuwodny mleczan magnezu C 6 H 10 MgO 6 2H 2 O, b) dolomit CaCO 3 MgCO 3, c) czterowodny wodoroasparagninian magnezu C 8 H 12 MgN 2 O 8 4H 2 O, d) tlenek magnezu MgO. 5. Wyprowadź wzór elementarny związków o następujących składach procentowych: a) 58,54% C, 4,09% H, 26,00% O, 11,37% N; b) 24.77% Co, 29.80% Cl, 45.42% H 2 O; c) 16,92% K 2 O, 18,32% Al 2 O 3, 64,75% SiO 2. 6. Stosunek masowy C:H:N w pewnym związku organicznym jest bliski 13,7:1:2. Podaj wzór elementarny tego związku. 7. Próbkę pewnego węglowodoru o masie 120,0 g poddano analizie chemicznej. W jej wyniku określono, że próbka zawiera 110,71 g węgla, resztę zaś stanowi wodór. Wyznacz wzór elementarny tego związku. 8. Ustal wzór elementarny i rzeczywisty związku o składzie elementarnym: 54,53% C, 9,15% H, zawierającego ponadto 2 atomy tlenu w cząsteczce. 9. Cząsteczka chlorofilu a zielonego barwnika roślin zawiera w centrum atom magnezu, wiadomo ponadto, że zawartości procentowe pozostałych pierwiastków są następujące: 73,93% C, 8,12% H, 6,27% N i 8,95% O. Jaki jest wzór rzeczywisty tego związku? (Odp. C 55 H 72 MgN 4 O 5 ) 10. Sól (NH 4 ) x Fe(SO 4 ) z n H 2 O zawiera 7,14% N, 14,23% Fe i 16,36% S. Określ wzór tej soli. (Odp. x = 2, z = 2, n = 6) 11. Analiza elementarna związku złożonego z węgla, wodoru i tlenu wykazała, że zawiera on 68,85% węgla, 4,95% wodoru, resztę stanowi tlen. Wyznaczona za pomocą spektrometrii masowej masa cząsteczkowa jest równa 122,1 Da. Określ wzór rzeczywisty związku. (Odp. C 7 H 6 O 2 ) 12. Skład procentowy związku jest następujący: 34,94% Na, 16,13% B i 48,63% O. Jego masa molowa jest równa 197,4 g/mol. Podaj wzór rzeczywisty związku. (Odp. Na 3 B 3 O 6 ) 13. Związek składający się wyłącznie z węgla i chloru zawiera 10,15% węgla. Jaki jest wzór rzeczywisty tego związku, jeśli jego cząsteczka waży 3,93 10-22 g? (Odp. C 2 Cl 6 ) 2

14. W wyniku termicznego rozkładu 2,00 g pewnego związku wydzieliło się 0,90 g tlenu oraz powstał chlorek sodu. Podaj wzór elementarny związku. (Odp. NaClO 3 ) 15. Uwodniony octan sodu podgrzano do temperatury 60 C, w wyniku czego sól rozpuściła się w swojej wodzie krystalizacyjnej i powstał roztwór o stężeniu 60,3%. Określ wzór wyjściowego hydratu. Skład mieszanin, stężenia roztworów 1. Oblicz zawartość procentową potasu w mieszaninie składającej się z 10 g KAl(SO 4 ) 2 i 80 g K 2SO 4. 2. Mieszanina śniegu (lodu) z solą znana jest jako tzw. mieszanina oziębiająca. Mieszanina, w której ułamek molowy chlorku sodu wynosi 0,0920 pozwala obniżyć temperaturę do około 20ºC. Jakie masy lodu i chlorku sodu potrzebne są do sporządzenia 1,000 kg takiej mieszaniny? (Odp. 0,752kg; 0,247kg) 3. W 125,0 g roztworu znajduje się 45,0 g saletry potasowej (KNO 3 ). Oblicz zawartość procentową saletry w roztworze. 4. Jaką objętość zajmuje w warunkach normalnych chlorowodór wydzielony z 400 cm 3 26,2%-owego roztworu HCl, którego gęstość wynosi 1,13 kg/dm 3? (Odp. 72,8 dm 3 ). 5. Kapsułka służąca do przygotowania amalgamatu do wypełniania ubytków w zębach zawiera w jednej części 552 mg ciekłej rtęci, a w drugiej 600 mg stopu składającego się ze srebra (40%), cyny (31,3%) oraz miedzi. Oblicz skład procentowy amalgamatu powstałego po zmieszaniu zawartości dwóch części kapsułki. 6. Jaką objętość bezwodnego kwasu mrówkowego o gęstości d = 1,220 g/cm 3 należy odmierzyć w celu sporządzenia 600 cm 3 roztworu o stężeniu C = 0,85 mol/dm 3? (Odp. 19,23 cm 3 ) 7. Oblicz stężenie molowe roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie w wodzie 100,0 dm 3 gazowego amoniaku (w przeliczeniu na warunki normalne) i dopełnienie wodą do objętości 1,000 dm 3. (Odp. 4,46 mol/dm 3 ) 8. Stosunek molowy wodorotlenku sodowego do wodorotlenku potasowego w ich mieszaninie wynosi 5 : 1. W 200 cm 3 wody rozpuszczono 51,2 g tej 3 mieszaniny wodorotlenków. Oblicz stężenia procentowe wodorotlenków sodu i potasu w tak sporządzonym roztworze. 9. Oblicz masę NaNO 3 zawartego w 650 cm 3 roztworu o stężeniu molalnym 0,25 mol/kg. Gęstość tego roztworu wynosi d = 1,01 g/cm 3. (Odp. 13,65 g). 10. W 250 cm 3 wody rozpuszczono: a) 1,0 mol MgCl 2, b) 1,0 mol MgCl 2 6H 2 O otrzymując roztwory gęstościach odpowiednio 1,231 g/cm 3 i 1,171 g/cm 3. Oblicz stężenia molowe, stężenia procentowe, ułamki molowe oraz stężenia molalne tak otrzymanych roztworów chlorku magnezowego. (Odp. a) 3,57 M; 27,58%; x(mgcl 2 ) = 0,06716; 4,00 mol/kg, b) 2,584 M; 26,60%; x(mgcl 2 ) = 0,04787; 2,793 mol/kg) 11. Oblicz, jakich mas tetrahydratu chlorku żelaza(ii) oraz wody należy użyć celem sporządzenia 250 g 10,0%-owego roztworu tej soli. (Odp. 39,20 g hydratu) 12. Gęstość roztworu wodnego zawierającego 50% wag. H 2 SO 4 w temperaturze 0 C oraz 80 C jest równa odpowiednio 1,4110 g/cm 3 i 1,3494 g/cm 3. Oblicz jego stężenia molowe i molalne w obu temperaturach. Sformułuj wniosek. 13. Oblicz, w jakiej objętości roztworu HCl o gęstości d = 1,087 kg/dm 3, w którym ułamek molowy HCl wynosi 0,0978, znajduje się 100g chlorowodoru. (Odp. 511 cm 3 ). 14. Stężenie procentowe roztworu jodu w chloroformie wynosi 15%. Oblicz ułamek molowy I 2 oraz stężenie molarne. 15. Ułamek molowy HCOOH w roztworze wodnym wynosi 0,08. Olicz stężenie procentowe i molarne tego roztworu. 16. Mieszanina heksanu C 6 H 14 i benzenu C 6 H 6 zawiera 24% molowych heksanu. Oblicz masę tego składnika w 180 g mieszaniny. (Odp. 46,5 g) 17. Który z wodnych roztworów acetonu jest bardziej rozcieńczony: roztwór (1) o stężeniu molarnym 15 moli/kg czy roztwór (2), w którym ułamek molowy acetonu wynosi 0,25? Mieszanie i rozcieńczanie roztworów, stężenia jonów 1. W tyglu stopiono odważki: 50,0 g stopu Cu-Zn zawierającego 45,0% wagowych Zn, 25,0 g czystego cynku oraz 60,0 g czystej miedzi. Oblicz skład tak otrzymanego stopu. (Odp.35,2% wag Zn, 64,8% wag Cu). 4

2. Oblicz zawartość procentową żelaza w mieszaninie składającej się z jednakowych ilości wagowych hematytu (Fe 2 O 3 ), magnetytu (Fe 3 O 4 ) oraz pirytu FeS 2. (Odp. 62,95%Fe). 3. Oblicz masę wody, którą należy odparować z 200,0g roztworu zawierającego 8,0% wag substancji nielotnej (np. soli), aby otrzymać roztwór o stężeniu 14.0% wag. (Odp. 85,7g). 4. Jaką największą masę stopu Pb-Sn, zawierającego 40,0% wag Sn, można sporządzić, mając do dyspozycji po 100,0g ołowiu, cyny i stopu Pb-Sn zawierającego 25,0% wag Pb? (Odp. 208,3g). 5. Zmieszano 400 g roztworu kwasu siarkowego(vi) o C = 3,5 mol/dm 3 i d = 1,21 g/cm 3 z 400 cm 3 wody otrzymując roztwór o gęstości d = 1,100 g/cm 3. Oblicz stężenia molowe, procentowe, molarne oraz ułamek molowy kwasu siarkowego w tak otrzymanym roztworze. (Odp. 1,59 M; 14,2%; 1,69 mol/kg; 0,029) 6. Oblicz ile gramów siarczanu(vi) sodowego należy dodać do 180g 15%-owego roztworu siarczanu(vi) chromu(iii), aby po rozcieńczeniu tego roztworu wodą do objętości 0,80 dm 3 otrzymać roztwór, w którym stężenie jonów SO 4 2- wynosi 0,40 mol/dm 3? (Odp. 16,1g) 7. Dane są dwa roztwory amoniaku, z których pierwszy zawiera 25,3% wag. NH 3, a drugi 3.3% NH 3. Po ile kilogramów każdego z tych roztworów należy odważyć, aby przygotować 10,0 kg roztworu o stężeniu 11%? (Odp. 6,50 kg; 3,50 kg) 8. Zmieszano 100g 1,5%-owego roztworu kwasu siarkowego(vi) z 20 cm 3 0,24 M roztworu siarczanu(vi) potasowego, a następnie dodano do otrzymanego roztworu wody do objętości 300 cm 3. Oblicz stężenia molowe jonów siarczanowych(vi) i potasowych w tak otrzymanym roztworze. (Odp. 0,067 mol SO 4 2- /dm 3 ; 0,032 mol K + /dm 3 ) 9. Oblicz, jaką objętość kwasu solnego o stężeniu 1,00 mol/dm 3 można sporządzić, rozcieńczając 1,00 kg kwasu solnego o stężeniu 6,0% wag. 10. Oblicz, ile gramów wodorotlenku sodowego zawierającego 5% zanieczyszczeń należy rozpuścić w wodzie, aby otrzymać 200 g 10% roztworu? (Odp. 21,1 g) 5 11. Ile wody należy dodać do 300 cm 3 2,0% roztworu wodorotlenku sodowego o gęstości d = 1,052 g/cm 3, aby otrzymać ściśle 0,100 M roztwór NaOH? (Odp. ok. 1,28 dm 3 ) 12. W jakim stosunku objętościowym należy zmieszać 12,0% roztwór kwasu siarkowego o gęstości 1,08 g/cm 3 i 62,0% roztwór o gęstości 1,52 g/cm 3 celem otrzymania 35,0 % roztworu tego kwasu. (Odp. 1,65 : 1) 14. Do 100 cm 3 0,45 M roztworu AgNO 3 dodano pewną ilość stałego azotanu(v) srebra, po czym roztwór uzupełniono wodą do objętości 200 cm 3. Otrzymany roztwór miał stężenie 0,60 mola/dm 3. Oblicz masę dodanej soli. 15. Do 200 g roztworu KOH o stężeniu 1,5 mola/kg dodano 100 g roztworu KOH, w którym ułamek molowy wodorotlenku potasu był równy 0,15. Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu. 16. Do butli, w której znajdowała się pewna ilość wody, dodano 10,5 kg 30,0% roztworu kwasu siarkowego oraz 12,0 kg 96,0% roztworu tego kwasu. Obliczyć masę wody, która znajdowała się w butli, jeżeli po zmieszaniu stężenie kwasu wynosiło 26,0%. (Odp. 33,9 kg) 17. Oblicz, jaki jest ułamek molowy i zawartość procentowa wodorotlenku wapnia w mieszaninie Ca(OH) 2 i NaOH, wiedząc że po rozpuszczeniu 0,385 g tej mieszaniny w 1 dm 3 H 2 O otrzymamy roztwór, w którym stężenie jonów OH wynosi 0,01 M. Zaniedbaj zmianę objętości podczas rozpuszczania. (Odp. x Ca(OH)2 = 0,340, %Ca(OH) 2 = 48,8%) Bilansowanie równań reakcji chemicznych 1. Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w podanych równaniach reakcji chemicznych. a) As 4 O 6 + H 2 O H 3 AsO 3 b) Al 2 O 3 + NaOH + H 2 O Na 3 [Al(OH) 6 ] c) PCl 5 + H 2 O HCl + H 3 PO 4 d) B 2 O 3 + P 2 O 5 BPO 4 e) BF 3 + H 2 O HBF 4 + H 3 BO 3 f) Ca(OH) 2 + FeCl 3 CaCl 2 +... 6

g) H 3 PO 4 + Mg(OH) 2 Mg(H 2 PO 4 ) 2 +. h) CaSiO 3 + HF CaF 2 + SiF 4 + H 2 O i) Mg 3 N 2 + H 2 O Mg(OH) 2 + NH 3 j) Hg(CNO) 2 Hg + CO + N 2 2. Zbilansuj niżej podane reakcje redoks metodą stopni utlenienia. Wskaż utleniacz i reduktor. a) Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O (kwas stęż.) b) Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O (kwas rozc.) c) K 2 CrO 4 + HCl Cl 2 + CrCl 3 + KCl + H 2 O d) H 2 O 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 O 2 Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O e) KI + O 3 + H 2 O I 2 + KOH + O 2 f) As 2 S 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 H 3 AsO 4 + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O g) HNO 2 HNO 3 + NO + H 2 O h) FeS 2 + HNO 3 + NaNO 3 Fe 2 (SO 4 ) 3 + Na 2 SO 4 + NO + H 2 O i) KOH + Br 2 KBrO 3 + KBr + H 2 O j) Ca(OH) 2 + Cl 2 Ca(ClO) 2 + CaCl 2 + H 2 O k) C 6 H 5 CH 3 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 C 6 H 5 COOH + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O l) HCHO + I 2 + NaOH HCOONa + NaI + H 2 O 3. Zbilansuj niżej podane reakcje redoks metodą metodą reakcji połówkowych. Wskaż reakcje utleniania i redukcji. W nawiasach podano środowisko, w jakim biegnie dana reakcja. a) Fe 2+ + Cr 2 O 7 2 +... Fe 3+ + Cr 3+ +. (śr. kwaśne) b) MnO 2 + SO 3 2 +. Mn 2+ + S 2 O 6 2 +.. (śr. kwaśne) c) Br - + BrO 3 - d) AsO 4 3- +.. Br 2 +. (śr. kwaśne) + S 2- +. AsO 3 3- + S + (śr. kwaśne) e) Cl 2 +.. Cl + ClO +. (śr. zasadowe) f) ClO 2 +. ClO - + ClO 3 - (śr. zasadowe) 7 g) AuCl 4 + AsH 3 +.. Au + Cl + AsO 3 3 +. (śr. kwaśne) h) H 2 S 2 O 6 +. H 2 SO 3 + H 2 SO 4 (śr. obojętne) i) (COO ) 2 + MnO 4 +. CO 2 + Mn 2+ +. (śr. kwaśne) j) VO 2+ + IO 3 +.. VO 3 + I + (śr. zasadowe) k) H 2 Sb 2 O 7 2 + I +. Sb 3+ + I 2 +. (śr. kwaśne) l) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ + CN [Cu(CN) 4 ] 3 + NH 3 + (CN) 2 (śr. obojętne) Obliczenia stechiometryczne 1. Oblicz, jaka objętość roztworu HCl gęstości d = 1,09 g/cm 3, zawierającego 15,0% HCl, przereaguje całkowicie z 32,7 g cynku. Jaką objętość, mierzoną w warunkach normalnych, zajmie wydzielony w tej reakcji wodór? 2. Ile gramów CaCO 3 i jaką objętość 5,0%-owego roztworu HCl o gęstości d = 1,025 kg/dm 3, należy użyć do sporządzenia 200 cm 3 0,30 molowego roztworu CaCl 2? 3. W ciągu jednego roku opady atmosferyczne wymywają z 1 ha gleby 12,0 kg związanego azotu. Jaką ilością 80,0%-owego azotanu amonu, użytego jako nawóz sztuczny, można wyrównać te straty azotu? (Odp. ok. 42,9 kg) 4. W reakcji sodu z wodą wydzieliło się 300 cm 3 wodoru mierzonego w warunkach normalnych. Oblicz: a) masę użytego w reakcji sodu; b) jaką objętość 0,200 M roztworu H 2 SO 4 należy użyć do zobojętnienia otrzymanego roztworu. (Odp. 0,6161 g Na; 67,0 cm 3 ) 5. Hydrat siarczanu(vi) cynku o wzorze ZnSO 4 7H 2 O można otrzymać z wydajnością 90,0% w reakcji metalicznego cynku z kwasem siarkowym. Oblicz, jaką masę 30,0%-owego roztworu kwasu siarkowego(vi) należy odważyć celem otrzymania 200,0 g tego hydratu, mając do dyspozycji dowolną ilość cynku. (Odp. 206,6 g roztworu H 2 SO 4 ) 6. Do 143,0 g kwasu solnego o stężeniu 10,0%. dodano 7,00 g metalicznego magnezu. Oblicz zawartość procentową składników tak otrzymanego roztworu. 7. Ile gramów 10,0%-owego roztworu AgNO 3 należy zużyć do strącenia jonów chlorkowych z 30,0 cm 3 0,250 molowego roztworu NaCl, stosując 20,0%-owy nadmiar odczynnika? (Odp. 15,3 g) 8

8. Oblicz maksymalną objętość gazowego CO 2 (war. norm.), który można otrzymać, mając do dyspozycji: a) 1,00 kg kwasu solnego o stężeniu 5,0%; b) 1,00 kg kwasu siarkowego o stężeniu 5,0% oraz 200,0 g kamienia wapiennego o zawartości 90,0% wag CaCO 3. (Odp. a. 15,36 dm 3 ; b. 11,43 dm 3 ) 9. 15 cm 3 3M roztworu H 2 SO 4 zmieszano z 20 cm 3 2M roztworu HCl i 25 cm 3 2M roztworu Ba(OH) 2. Wydzielony osad BaSO 4 odsączono, a przesącz rozcieńczono do objętości 200 cm 3. Oblicz stężenia jonów obecnych w otrzymanym roztworze. 10. W rurze kwarcowej umieszczono 10,0 g mieszaniny Cu 2 O i Fe 3 O 4, dla której stosunek mas jej składników wynosi 3:1. Przez rurę tą ogrzaną do wysokiej temperatury przepuszczano strumień wodoru, aż do pełnej redukcji mieszaniny tlenków do czystych metali. Ile gramów wody powstało w wyniku przeprowadzonej reakcji? (Odp. 1,721 g) 11. Oblicz objętość w przeliczeniu na warunki normalne: a) tlenu oraz b) powietrza niezbędnego do spalenia 1 m 3 mieszaniny gazów o składzie 10,0% obj. CO, 40,0% obj. CH 4, 5,0% obj. H 2 oraz N 2. Przyjmij, że powietrze zawiera 21% obj. tlenu. (Odp. a. 0,875 dm 3 ; b. 4,167 dm 3 ) 12. Próbkę hydratu siarczanu(vi) żelaza(ii) o masie 0,7532 g rozpuszczono w wodzie, jony żelaza utleniono do Fe 3+ i strącono ilościowo jako Fe(OH) 3, który po wyprażeniu przeszedł w Fe 2 O 3 o masie 0,2163g. Wyznacz wzór rzeczywisty hydratu. 13. Dwutlenek węgla w skali laboratoryjnej można otrzymać, działąjąc rozcieńczonym kwasem solnym na kamień wapienny. Wiedząc, że zawiera on 90,0% CaCO 3, oblicz objętość 2,5 M roztworu HCl niezbędnego do wytworzenia CO 2 z 1 kg kamienia wapiennego. (Odp. 7,19 dm 3 ) 14. Próbkę 10,24 g stopu, zawierającego 82,0 % wag. Ag, rozpuszczono w stężonym kwasie azotowym. Po krystalizacji otrzymano 11,42 g AgNO 3. Oblicz wydajność procesu. (Odp. 86,4%) 15. Fosfor otrzymuje się w wyniku reakcji węgla, używanego w postaci koksu o zawartości 95% C, z ortofosforanem(v) wapnia: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 5C 3 CaO + 5 CO + 2P a) Jaka jest minimalna masa koksu potrzebna do pełnego przereagowania z 20 tonami Ca 3 (PO 4 ) 2?; b) Otrzymano 11,13 ton P w reakcji 67,45 ton Ca 3 (PO 4 ) 2 z nadmiarem koksu. Jaka jest wydajność tej reakcji? 9 16. Do 150 cm 3 10,0%-owego roztworu H 2 SO 4 o gęstości d = 1,07 kg/dm 3 dodano 16,0 g stałego NaOH. Który ze związków pozostanie w nadmiarze? Jakie będzie jego stężenie molowe, jeżeli gęstość otrzymanego roztworu wynosiła d = 1,08 kg/dm 3? (Odp. NaOH, C = 0,44 M) 17. W reklamie samochodu podano, że średnio emituje on 308 g dwutlenku węgla w czasie, kiedy pokonuje odległość 1 kilometra. Oblicz, ile litrów paliwa na 100 km spala ten pojazd. Dla uproszczenia przyjmij, że głównymi składnikami benzyny są izomery oktanu o wzorze sumarycznym C 8 H 18, a jej gęstość wynosi 0,76 g/cm 3. (Odp. 13,1 l/100 km) Gazy. Jednostki ciśnienia. Podstawowe prawa gazowe 1. Jakie ciśnienie będzie panowało w oponie napompowanej w temp. 0 C do 0,200 MPa, jeżeli wskutek szybkiej jazdy rozgrzeje się ona do 50 C? (Odp. 0,237 MPa) 2. W butli stalowej o objętości 30,0 dm 3 znajduje się wodór pod ciśnieniem 2,00 MPa w temperaturze 23,0 C. Oblicz masę gazu znajdującą się w tej butli. Jakie ciśnienie będzie panowało w butli po pobraniu z niej 12 moli wodoru? (Odp. 48,8 g; 1,016 MPa) 3. Analiza próbki gazu łupkowego wykazała, że zawiera on 70,0% objętościowych metanu, 10,0% etanu, 9,4% dwutlenku węgla, 6,8% propanu oraz mniejsze ilosci innych węglowodorów. Oblicz ciśnienia cząstkowe oraz masy podanych składników w butli zawierającej 20 dm 3 tego gazu pod ciśnieniem 4,0 MPa i w temperaturze 300 K. 4. Oblicz gęstość pary wodnej w normalnej temperaturze wrzenia wody. (Odp. 0,588 kg/m 3 ) 5. Balony na ogrzane powietrze wykorzystują różnicę gęstości powietrza wewnątrz powłoki oraz otaczającego balon. Oblicz gęstość powietrza pod ciśnieniem 1 atm w temperaturze 20 C oraz 120 C. Porównaj otrzymane wyniki. Przyjmij średnią masę molową powietrza równą 29 g/mol. (Odp. 1,2 kg/m 3 ; 0,90 kg/m 3 ) 6. Ile dm 3 wodoru pozostającego pod ciśnieniem 100,8 kpa i w temperaturze 20 C należy użyć do całkowitej redukcji 2,00g równomolowej mieszaniny magnetytu Fe 3 O 4 i hematytu Fe 2 O 3 do metalicznego żelaza? (Odp.0,8648 dm 3 ) 10

7. Gas blender (specjalista od mieszania gazów) napełnił pod ciśnieniem 230,0 barów i w temperaturze 20 C butlę o pojemności 25 litrów mieszaniną trimix 4/80, przeznaczoną do głębokiego nurkowania (trimix stanowi mieszaninę tlenu, helu podaje się kolejno ich zawartości w procentach objętościowych oraz azotu). Oblicz masę gazu zawartego w butli oraz ciśnienia cząstkowe składników. (Odp.: m = 2,11 kg, p(o 2 ) = 9,2 bar, p(he) = 184,0 bar, p(n 2 ) = 36,8 bar) 8. Dwa węglowodory mają taki sam skład elementarny: 85,6%C oraz 14,4%H. Ustal wzory rzeczywiste tych węglowodorów, jeżeli wiadomo, że ich gęstości względem azotu są odpowiednio równe: 1,000 oraz 1,500. (Odp. C 2 H 4 ; C 3 H 6 ) 9. Mieszanina azotu i wodoru w stosunku molowym 1 : 3 znajduje się w bu-tli pod ciśnieniem 800,0 kpa w temp. 400,0 K. Oblicz ciśnienia cząstkowe składników i ich stężenia molowe. (Odp. p N2 = 200,0 kpa, [N 2 ] = 0,06014 mol/dm 3 ) 10. Ciekły roztwór zawierający 10,0 g etanolu i 5,00 g wody ogrzano pod ciśnieniem 98,68 kpa do temperatury 200,0 C, w której składniki mieszaniny przeszły w stan gazowy. Oblicz: a) skład mieszaniny gazowej w % obj. b) ciśnienia cząstkowe składników c) gęstość otrzymanych par. (Odp. 43,9% obj. etanolu; p etanol = 43,3 kpa; 0,760 kg/m 3 ) 11. Mieszanina gazów składa się z azotu, wodoru i amoniaku. Ciśnienia parcjalne tych gazów wynoszą odpowiednio: 300 kpa, 350 kpa i 700 kpa. Oblicz skład tej mieszaniny w procentach wagowych i objętościowych. (Odp. N 2 : 23,08% obj., 40,19% wag. ; H 2 : 23,08% obj., 2,87% wag. ) 12. W temperaturze 100 C pod ciśnieniem normalnym gazowy czterotlenek diazotu (N 2 O 4 ) ulega w 90,0% dysocjacji na dwutlenek azotu (NO 2 ). Oblicz ciśnienia cząstkowe składników i gęstość mieszaniny w tych warunkach temperatury i ciśnienia. (Odp. p(no 2 ) = 95,99 kpa, d = 1,582 g/dm 3 ) 13. W temperaturze 3000 K pod ciśnieniem 101 kpa 9,03% cząsteczek gazowego wodoru jest zdysocjowanych na atomy. Jaka jest gęstość wodoru w tych warunkach? Jaką gęstość miałby wodór w tych warunkach, gdyby jego cząsteczki nie ulegały dysocjacji? (Odp.: 7,43 g/m 3, 8,10 g/m 3 ). 11 Równowaga chemiczna. Równowagi w fazie gazowej 1. Zmieszano 1,0 mol tlenku węgla(ii) z czterokrotnym nadmiarem pary wodnej. Po ogrzaniu do 600 C i osiągnięciu stanu równowagi reakcji: CO (g) + H 2 O (g) CO 2(g + H 2(g) układ zawierał 0,34 mol wodoru. Oblicz: a) skład mieszaniny równowagowej w procentach masowych b) ułamek molowy tlenku węgla(ii) w mieszaninie równowagowej c) stałą równowagi K c tej reakcji. (Odp. a. %CO = 18,48%; % H 2 O = 65,88; %H 2 = 0,68%; b. x CO = 0,132; x H2O = 0,732; x CO2 = 0,068; c. K c = 4,76 10-2.) 2. Monochlorek jodu powstaje w reakcji: I 2(g) + Cl 2(g) 2ICl (g), dla której stała równowagi w temperaturze 464 C wynosi 640. Oblicz stopień przereagowania jodu, jeżeli na początku reakcji w reaktorze o pojemności 1 dm 3 znajdowało się 0,1 mola I 2 i 0,3 mola Cl 2. (Odp. α = 0,997) 3. W temperaturze 700K wodór reaguje z bromem tworząc bromowodór. Stała równowagi K c tej reakcji jest równa 5 10 8. Do reaktora wprowadzono 0,6 mola H 2 i 0,2 mola Br 2 i ogrzano do 700 K. Oblicz skład mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi. (Odp. 0,4 mol H 2 ; 0,4 mol HBr) 4. W reakcji dwóch substratów A i B tworzą się produkty C i D. W reaktorze znajdującym się w temperaturze T stężenie początkowe substratu A było dwukrotnie większe od początkowego stężenia substratu B. Po ustaleniu stanu równowagi reakcji A + B C + D stężenie produktu C było trzykrotnie większe od stężenie równowagowego substratu B. Oblicz stałą równowagi K c tej reakcji. (Odp. K c = 1,8) 5. W temperaturze 407 K dla reakcji N 2 O 4(g) 2 NO 2(g) wartość stałej równowagi K c wynosi 2,00, natomiast w temperaturze 273 K wartość K c = 0,00077. Do naczynia o pojemności 1 dm 3 wprowadzono 2 mole N 2 O 4 i ogrzano go do temperatury 407 K. W drugim zbiorniku o takiej samej pojemności również umieszczono 2 mole N 2 O 4, ale ochłodzono go do temperatury 273 K. Oblicz 12

stopień dysocjacji N 2 O 4 w obu przypadkach. Sformułuj wniosek dotyczący wpływu temperatury na stan równowagi tej reakcji. (Odp. α(407 K) = 39%, α(273 K) = 1,0%) 6. Do reaktora wprowadzono 6,00 mol Ar i 2,00 mol trójtlenku siarki, ogrzano do pewnej temperatury i pozostawiono do osiągnięcia stanu równowagi reakcji: 2SO 3(g 2SO 2(g) + O 2(g) Po ustaleniu się stanu równowagi ułamek molowy tlenu był równy 0,025. Oblicz stopień dysocjacji termicznej trójtlenku siarki oraz stałą K x. (Odp. α = 20,0%) 7. Dla reakcji: I 2(g) 2I (g) stopień dysocjacji I 2 pod ciśnieniem 100,0 kpa w temperaturach 1000K i 2000K wynosi odpowiednio 2,84% i 95,18%. Oblicz wartości stałej równowagi K p tej reakcji w podanych temperaturach. (Odp. 1000K: 3,18 10-3 ; 2000K: 38,02) 8. W zbiorniku o objętości 1 dm 3 znajduje się w stanie równowagi mieszanina gazowa, zawierająca 2 mole butanu i 5 moli izobutanu. Oblicz stałą równowagi reakcji butan (g) izobutan (g). Jaki będzie skład mieszaniny, jeśli do zbiornika wprowadzone zostaną dodatkowo 2 mole butanu i układ ponownie osiągnie stan równowagi? (Odp. K c = K x = K p = 2,5; 2,57 mol butanu i 6,43 mol izobutanu) 9. Sporządzono mieszaninę 2,0 moli wody z dwukrotnym nadmiarem tlenku węgla(ii) oraz 1,0 mol wodoru i pozostawiono w temperaturze 600 C do osiągnięcia stanu równowagi reakcji: CO (g) + H 2 O (g) CO 2(g + H 2(g) Stała równowagi tej reakcji K c = 4,76 10-2. Oblicz skład mieszaniny równowagowej wyrażony liczbą moli jej składników oraz stopień przereagowania CO. (Odp. n(co) = 3,75 mol; n(h 2 O) = 1,75 mol; n(co 2 ) = 0,25 mol; n(h 2 ) = 1,250 mol; stopień przereagowania CO = 6,25%) Dysocjacja elektrolityczna. Iloczyn jonowy wody, ph, poh, px. Elektrolity mocne 1. W nasyconym roztworze BaSO 4 stężenie jonów siarczanowych(vi) jest równe 1,05 10-5 mol/dm 3. Oblicz pba tego roztworu. 2. Zmieszano równe objętości dwóch rozcieńczonych roztworów mocnych kwasów o ph równym odpowiednio 3,00 oraz 5,00. Oblicz ph otrzymanego roztworu. (Odp. 3,30) 3. Zmieszano dwa roztwory mocnej zasady: a) 150 cm 3 o ph = 8,3; b) 350 cm 3 o ph = 10,2. Oblicz stężenie jonów OH - w otrzymanym roztworze wyrażone w mg/dm 3. (Odp. 1,89 mg/dm 3 ) 4. Zmieszano jedną objętość roztworu NaOH o ph = 13,85 i dwie objętości roztworu HCl o ph = 0,42. Oblicz wartość ph tak otrzymanego roztworu. (Odp. ph = 1,76) 5. Jaką objętość wody należy dodać do 25 cm 3 roztworu zawierającego 2,4 mg jonów SO 4 2-, aby uzyskać roztwór o pso 4 = 3,75? (Odp. 115 cm 3 ) 6. Ile cm 3 wody należy dodać do 100 cm 3 roztworu NaOH o ph = 13,5 aby ph zmalało do 13,0? (Odp. 216 cm 3 ) 7. Zmieszano 175 cm 3 roztworu HClO 4 o stężeniu 0,05 mol/dm 3 i 325 cm 3 0,01 M roztworu HCl. Do otrzymanego roztworu dodano 0,560 g stałego KOH. Jakie było ph tak otrzymanego roztworu? Oblicz masę powstałego, nierozpuszczalnego osadu chloranu(vii) potasu. (Odp. ph = 2,40; m KClO4 = 1,212 g) 8. Oblicz, jaką objętość kwasu solnego o ph = 1,75 należy użyć celem zobojętnienia 100,0 mg równomolowej mieszaniny wodorotlenków sodu i wapnia. 9. 5,685 g mieszaniny zawierającej 24,68% wag. KOH i 75,32% wag. Ba(OH) 2 rozpuszczono w wodzie, otrzymując roztwór(i) o objętości 500 cm 3. Oblicz ph tego roztworu (załóż całkowitą dysocjację Ba(OH) 2 ) Jaką objętość 25% roztworu H 2 SO 4 (d = 1,18 g/cm 3 ) należy zużyć na zobojętnienie 20 cm 3 roztworu(i)? 10. Pewien popularny napój gazowany ma ph = 2,30, natomiast w wersji dietetycznej ph = 2,70. Oblicz, w jakiej objętości drugiego z napojów znajduje się tyle samo jonów wodorowych, co w 330-mililitrowej puszce pierwszego. (Odp. 0,83 l) 13 14

11. Gruczoły trawienne żołądka człowieka wydzielają w ciągu doby ok. 1,5 litra soku żołądkowego, zawierającego enzymy oraz kwas solny. Przyjmując średnią wartość ph soku żołądkowego równą 1,5, oblicz objętość, mierzoną w warunkach normalnych, jaką zająłby gazowy HCl wytworzony w ciągu 24 godzin w ludzkim przewodzie pokarmowym. (Odp. 1,1 dm 3 ) Kwasy i zasady Brönsteda. Równowagi w roztworach słabych elektrolitów 1. Oblicz wartość stałej dysocjacji kwasu chlorowego(i), jeżeli stopień dysocjacji 0,2000-molowego roztworu wynosi 4,3 10-4. (Odp. 3,6 10-8 ). 2. Gęstość 15,0%-owego wodnego roztworu HCN wynosi 1,15 kg/dm 3. Oblicz wartość ph tego roztworu oraz stopień dysocjacji kwasu cyjanowodorowego. pk a (HCN) = 9,40 (Odp. ph = 4,30; α = 8 10-6 ) 3. Oblicz stopień dysocjacji kwasu dichlorooctowego o stężeniu 0,050 M. Przyjmij pk a = 1,48. (Odp. α = 0,7) 4. Oblicz stężenie procentowe wagowe roztworu kwasu mrówkowego, którego gęstość d = 1,22 g/cm 3, a ph tego roztworu jest równe 1,82. Przyjmij pk a (HCOOH) = 3,75. (Odp. 4,86%) 5. Oblicz do jakiej objętości należy rozcieńczyć wodą 25,0 cm 3 roztworu kwasu octowego o ph = 3,00, aby wartość ph roztworu po rozcieńczeniu wzrosła o jednostkę. pk a (CH 3 COOH = 4,75) 6. 50,0 cm 3 1,00 M roztworu kwasu azotowego(iii) rozcieńczono do objętości 1,0 dm 3. Oblicz stężenia równowagowe jonów i cząsteczek w roztworze wyjściowym i w roztworze uzyskanym po jego rozcieńczeniu, oraz wartości ph tych roztworów. pk a (HNO 2 ) = 3,35. (Odp. ph wyjśc = 1,7; ph końc = 2,37) 10. Oblicz, jaką objętość gazowego amoniaku (w przeliczeniu na warunki normalne) należy rozpuścić w 1.00 dm 3 roztworu amoniaku o stężeniu 0,010 mol/dm 3, aby 10-krotnie zmienić jego stopień dysocjacji. (Odp. 22,4 dm 3 ) 11. Wartości ph dwóch roztworów: roztworu HCl i roztworu HCN są jednakowe i wynoszą 4,26. Oblicz wartości ph tych roztworów po ich 50-krotnym rozcieńczeniu. (Odp. 5,96; 5,11) 12. Oblicz, jaki procent jonów NH 4 + ulega reakcji protolizy w 0,05 M roztworu azotanu (V) amonu. (Odp. 0,0106%) 13. Ile razy zmniejszy się stężenie jonów hydroniowych, jeżeli do 500 cm 3 roztworu kwasu mrówkowego o stężeniu 0,2 mol/dm 3 doda się 0,050 mol mrówczanu sodu? Pomiń zmianę objętości roztworu. (Odp. ok. 17 razy) 14. Przygotowano bufor amonowy, rozpuszczając 6,72 dm 3 gazowego NH 3 (objętość mierzona w warunkach normalnych) w 200 cm 3 0,3 M roztworu H 2 SO 4. Oblicz ph otrzymanego roztworu. 15. Do 50 cm 3 roztworu z zadania 4 dodano a) 1 cm 3 0,02 M roztworu HCl, b) (do innej porcji) 1 cm 3 0,02 M roztworu NaOH. Oblicz ph otrzymanych roztworów. 16. Zmieszano 50,0 cm 3 0,20 M roztworu kwasu mrówkowego z pewną objętością 0,20 M roztworu HCOONa otrzymując roztwór o ph = 4,55. Oblicz objętość dodanego roztworu mrówczanu sodowego. (Odp. 0,316 dm 3 ). 7. Oblicz o ile zmieni się wartość ph 0,20 M roztworu chloranu(i) sodowego w wyniku jego 100-krotnego rozcieńczenia. pk a (HOCl) = 7,50 8. Oblicz wartość ph oraz stężenie HCN w roztworze KCN o stężeniu 0,1 mol/dm 3. pk a (HCN) = 9,40. (Odp. ph = 11,2; 1,58 10-3 M) 9. Wartość ph 0,100 M roztworu chlorowodorku pirydyny C 5 H 5 NH + Cl - wynosi 3,08. Oblicz wartość stałej K b pirydyny (jon pirydyniowy C 5H 5 NH + jest protonowaną formą słabej zasady, jaką jest pirydyna C 5 H 5 N). (Odp. K b = 1,4 10-9 ) 15 16