Obliczenia chemiczne dla studentów z IBP (dr inż. Longin Chruściński) (PDF, 1.1 MB, ilość pobrań: 2288)

(1)

Obliczenia

chemiczne

M

m

n

=

n- liczba molim- masa substancji [g] M- masa molowa [g/mol]

Ile moli azotanu srebra znajduje się w 250 g AgNO₃ ?

l

169.87g/mo

16.00

3

14.00

107.87 M

3 AgNO

=

+

⋅

=

moli

47 .

1 l

169.87g/mo

250g

M

m

n

=

(2)

(3)

Stechiometria reakcji

Ile g i moli BaCl₂ i K₂CrO₄ należy użyć, aby otrzymać 540 g BaCrO₄. Ile g i moli otrzymamy KCl ?

1 mol 1 mol 1 mol 2 mole

BaCl₂ + K₂CrO₄ → BaCrO₄↓ + 2 KCl

moli

13 .

2 l

253.33g/mo

540g

M

m

n

=

208.23 g/mol 194.20 g/mol 253.33 g/mol 74.55 g/mol 2.13 moli 2.13 moli 2.13 moli 2 · 2.13 moli

443.53g

208.23

2.13 m

2 BaCl

=

⋅

=

g

65 .

413

20 .

94

1

2.13 m

4 2CrO K

=

⋅

=

g

58 .

317

55 .

74

26 .

4 m

_KCl

=

⋅

=

m = n·M

(4)

Reakcje gazów

Ile tlenu potrzeba do spalenia 280 g butanu . Jaka jest objętość butanu i powstałych produktów w warunkach normalnych?

2 mole 13 mole 8 mole 10 mole

1 mol każdej substancji w stanie gazowym zajmuje w war. normal. 22.4 dm3

1 mole 7.5 mole 4 mole 5 mole

1 obj. 7.5 obj. 4 obj. 5 obj.

moli

83 .

4 58g/mol

280g

M

m

n

=

2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O 2·22.4 dm3 _{13·22.4 dm}3 _{8·22.4 dm}3 _{10·22.4 dm}3 3 H C

4.83

22.4 108.2dm

V

10 4

=

⋅

=

3 O

4.83

7 .

5

22.4

8

11 .

4 dm

V

2

=

⋅

=

3 2 CO

4.83

4

22.4

4

32 .

8 dm

V

=

⋅

=

3 O H

4.83

5

22.4

541 .

0 dm

V

2

=

⋅

=

(5)

Stężenie roztworów

Stężenie roztworów najczęściej wyraża się przy użyciu :

2) stężenia molowego 1) stężenia procentowego

V

n

c

_M

=

100%

m

100%

m

c

rozp s s rozt s p

=

⋅

=

₊

⋅

m_s-masa substancji; m_rozt-masa roztworu; m_rozp-masa rozpuszczalnika

mol dm3

można przedstawić jako stosunek liczby moli substancji do objętości roztworu wyrażonego w dm3

Jest to ilość moli substancji rozpuszczonej, która znajduje się w 1 dm3 _roztworu

Jest to stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy roztworu wyrażona w procentach masowych. Jest to ilość gramów substancji

(6)

Jakie jest stężenie procentowe roztworu, jeżeli 450 g chlorku sodowego rozpuszczono w 2500 g wody? % 25 . 15 100% 2500 450 450 c_p ⋅ = + = 2950 g r-ru - 450 g NaCl 100 g r-ru - x g NaCl x = 100 · 450 2950 =15.25%

W jakiej ilości wody należy rozpuścić 250 g saletry, aby otrzymać 13% roztwór?

%

13 100%

m

250

250 c

wody p

=

₊

⋅

=

m wody= 250·100 -250·13 13 =1673 g

(7)

Jakie jest stężenie molowe roztworu, jeśli w 28 g Cr₂(SO₄)₃ rozpuszczono i otrzymano 1350 ml roztworu? = 28 392·1.35 = 0.053 mol/dm3 n= m M = 28 392 = 0.071 moli Ile g K₂CrO₄ należy rozpuścić w 350 cm3 _{roztworu, aby otrzymać roztwór o stężeniu} 0.1 mol/dm3_?

M = 2·39.1 + 52+ 4·16 = 194.2 g/mol_K

2CrO4

(8)

Przeliczanie stężeń roztworów r s M

V

M

m

c

⋅

=

100%

m

c

m

r p s

=

]

[dm

V

100 M

[g]

m

c

₃ r r p M

=

⋅

_⋅

1000 ] [cm V ] [dm V 3 r 3 r =

]

[cm

V

100 M

1000

[g]

m

c

₃ r r p M

_⋅

⋅

=

V

[cm

]

[g]

m

d

₃ r r r

=

gęstość roztworu c_M - stężenie molowe c_p– stężenie procentowe Wzór na przeliczanie stężenia procentowego na molowe

M

10 d

c

_M

=

p

⋅

r

⋅

(9)

Ile ml 30% roztworu HCl o gęstości d=1.1493 g/cm3 _{należy użyć aby przygotować} 650 cm3 _{roztworu o stężeniu molowym 0.55 mol/dm}3_?

1o _sposób: 3 r p M

9.46mol/dm

45 .

36

10 1493

.

1

30 M

10 d

c

=

⋅

=

⋅

=

M_HCl=35.45 + 1=36.45 g/mol

2o _sposób: _{Wyliczenia wykonujemy dla 1 dm}3_{=1000 cm}3 _roztworu m_r=V_r·d_r= 1000·1.1453= 1145.3 g 100 g r-ru 30 g HCl 1145.3 g x g 1 mol 36.45 g HCl x moli 343.6 g

HCl

g

343.6

100

30 1145.3

x

=

⋅

=

_9.46mol/dm3 36.45 343.6 1 x = ⋅ = _M 9.46mol/dm3 1 9.46 V n c = = =

(10)

Jeśli mamy przygotować 650 cm3 _{o stężeniu 0.55 mol/dm}3_{, to potrzeba:} n=c_M·V = 0.55·0.65=0.358 moli HCl. Taka sama ilość moli, będzie

znajdowała się w objętości stężonego kwasu solnego:

3 3 M

38cm

0.038dm

9.46

0.358 c

n

V

=

czyli należy odmierzyć 38 cm3 _{stężonego kwasu i uzupełnić wodą do 650 cm}3

Tą objętość stężonego kwasu można obliczyć z bezpośrednio z zależności:

V₁·c₁=V₂·c₂ 0.65·0.55= V₂·9.46 stąd V₂=0.038 dm3

(11)

Mieszanie, rozcieńczanie i zatężanie roztworów procentowych

Jeżeli mieszamy roztwory o stężeniach procentowych to sporządzamy bilans masy czystego (100%-owego składnika). Zakładamy, że mieszamy n roztworów o masie odpowiednio m₁, m₂, m₃…….. m_n i stężeniu c_p1, c_p2, c_p3……. c_pn : x n 3 2 1 2 p 3 p n p 1 2 3 n p p 1

c

m

c

m

c

...

m

c

(m

m

....

m

)

c

m

⋅

+

⋅

+

⋅

+

⋅

=

+

⋅

stąd wyliczamy stężenie c_px

Jeżeli mieszamy tylko dwa roztwory to bilans odpowiednio się uprasza

x 2 1 2 p 1 2 p p 1

c

m

c

(m

m

)

c

m

⋅

+

⋅

=

+

⋅

(12)

Rozcieńczanie roztworów

Rozcieńczanie roztworów polega na dodawaniu rozpuszczalnika, w przypadku

roztworów wodnych wody. W bilansie zmienia się masa roztworu i zmniejsza stężenie procentowe: x 2 1 1 H O p p 1

c

(m

m

)

c

m

⋅

=

+

⋅

Zatężanie roztworów

Zatężanie roztworów polega na odparowaniu rozpuszczalnika, w przypadku roztworów wodnych wody. W bilansie zmniejsza się masa roztworu i wzrasta stężenie

procentowe: x 2 1 1 H O p p 1

c

(m

m

)

c

m

⋅

=

−

⋅

Dodawanie do roztworu czystego składnika

Taki przypadek możemy traktować jak dodawanie roztworu o stężeniu 100%

x

1 2 1 2 p

p

1

c

m

1

00 (m

m

)

c

(13)

Mieszanie, rozcieńczanie i zatężanie roztworów molowych

Jeżeli mieszamy roztwory o stężeniach procentowych to sporządzamy bilans liczby moli składnika roztworu. Zakładamy, że mieszamy k roztworów o objętości V₁, V₂, V₃……V_k i stężeniu c_M1, c_M2, c_M3……. c_Mk zawierających odpowiednio n₁, n₂, n₃…….. n_k moli

mieszanego składnika: x n 3 2 1 2 M 3 M n M 1 2 3 n M M 1

c

V

c

V

c

...

V

c

(V

V

....

V

)

c

V

⋅

+

⋅

+

⋅

+

⋅

=

+

⋅

stąd wyliczamy stężenie c_Mx

Jeżeli mieszamy tylko dwa roztwory to bilans odpowiednio się uprasza

x 2 1 2 M 1 2 M M 1

c

V

c

(V

V

)

c

V

⋅

+

⋅

=

+

⋅

(14)

Rozcieńczanie roztworów

Rozcieńczanie roztworów polega na dodawaniu rozpuszczalnika, w przypadku roztworów wodnych wody. W bilansie zmienia się objętość roztworu i zmniejsza stężenie molowe: x 2 1 1 H O M M 1

c

(V

V

)

c

V

⋅

=

+

⋅

Zatężanie roztworów

Zatężanie roztworów polega na odparowaniu rozpuszczalnika, w przypadku roztworów wodnych wody. W bilansie zmniejsza się objętość roztworu i wzrasta stężenie molowe:

x 2 1 1 H O M M 1

c

(V

V

)

c

V

⋅

=

−

⋅

Dodawanie do roztworu czystego składnika (masy m[g] o masie molowej M[g/mol] Taki przypadek możemy traktować jak dodawanie roztworu o stężeniu 100%

x 1 1 p p 1

V

c

M

m

c

V

⋅

+

=

⋅

(15)

Laboratorium z Chemii

Elementy chemii analitycznej:

1.Analiza jakościowa kationów i anionów

.

Reakcje wykonywane w probówkach pozwalające wykryć podstawowe kationy i aniony w roztworach wodnych.

Ćwiczenie 1. Identyfikacja kationów grup I-III

Reakcje charakterystyczne wykrywanych kationów Pb2+_{, Cu}2+_{, Hg}2+_{, Cu}2+_,

Mn2+_{, Cr}3+_{, Fe}3+_, _Ca2+_{, NH}

4+, K+ (odczynnik grupowy danego kationu i jego

działanie, reakcje charakterystyczne danego kationu, równania reakcji, kolory osadów, rozpuszczalność osadów).

Ćwiczenie 2. Identyfikacja anionów i kationów grup IV-V

Reakcje charakterystyczne chlorków, siarczanów (VI), azotanów (V) i fosforanów (V).

(16)

2. Analiza ilościowa

Ćwiczenie 3.

Oznaczenie NaOH w próbce metodą alkacymetryczna przez

miareczkowanie roztworem HCl.

Ćwiczenie 4.

Kompleksometryczne oznaczenie Zn(II) w próbce przez

miareczkowanie roztworem EDTA.

Ćwiczenie 5.

Spektrofotometryczne oznaczenie Fe(III) w próbce metodą

tiocyjanianową.

(17)

Analiza miareczkowa jest działem analizy ilościowej, której podstawą jest

miareczkowanie, a oznaczanie substancji

prowadzi się na podstawie mierzenia objętości roztworu

Miareczkowanie jest procesem oznaczania

substancji B przez stopniowe dodawanie do jej roztworu porcji substancji A w warunkach

umożliwiających stwierdzenie punktu końcowego odpowiadającemu maksymalnemu przereagowaniu substancji B.

biureta

Kolba

Erlenmayera

Roztwór

miareczkujący

titrant A

Roztwór

miareczkowany

titrand B

(analit)

5Fe

2+

_{+ MnO}

4-

+ 8H

+

→

5Fe

3+

+ Mn

2+

+ 4H

2

O

Schemat czynności

przygotowanie roztworu do miareczkowania przygotowanie roztworu mianowanego titrantu miareczkowanie

HCl + NaOH →

NaCl + H

₂

O

obliczanie wyniku

(18)

Zadanie

Jaka jest zawartość w g substancji B jeśli na jej zmiareczkowanie

zużyto V

_A

(cm

3

_{) roztworu titrantu o stężeniu molowym c}

A

aA + bB

produkty reakcji

jeżeli V

_A

·c

_A

= liczbie mmoli titranta to w molach

n

_A

= V

_A

·c

_A

/1000

to równoważna liczba moli składnika B

n

_B

= m

_B

/M

_B

1000

a

b

c

V

M

m

A A B B

=

⋅

a/b = n

_A

/n

_B

a/b = (V

_A

·c

_A

/1000) : (m

_B

/M

_B

)

(19)

Alkacymetria Zadanie1.

Jaka była procentowa zawartość węglanu sodowego w próbce o masie 0.3896 g, jeśli na miareczkowanie tego węglanu zużyto 35.65 ml roztworu HCl zawierającego 0.00556 g kwasu w 1ml roztworu.

Zadanie 2.

Na zmiareczkowanie próbki o objętości 20 ml kwasu siarkowego pobranej z kolby o objętości 250 ml zużyto 45.6 ml 0.1034 M roztworu NaOH, ile jest g kwasu

siarkowego i jakie jest stężenie kwasu siarkowego w kolbie. Zadanie 3

Do 45 ml 0.1250 M roztworu kwasu siarkowego dodano 80 ml 0.3500 M roztworu NaOH. Ile jeszcze ml kwasu siatkowego należy dodać do całkowitego zobojętnienia roztworu.

Zadanie 4

Odważkę wodorotlenku barowego o masie 3.428 g rozpuszczono w 500 ml

roztworu. Oblicz molowe stężenie jonów Ba2+ _{i OH}-_{. Ile ml 0.0502 M roztworu HCl} potrzeba do zobojętnienia próbki roztworu zasady o objętości 30 ml.

Zadanie 5

Odważkę boraksu Na₂B₄O₇·10 H₂O o masie 3.8137 rozpuszczono w kolbie miarowej o objętości 200 ml. Oblicz stężenie kwasu solnego, jeżeli na

zmiareczkowenie próbki o objętości 20.00 ml wobec czerwieni metylowej zużyto 21.10 ml roztworu kwasu_. Reakcja zachodzi wg równania:

(20)

Komplesksometria Zadanie 1

Odważkę CaCO₃ rozpuszczono w roztworze HC1 i rozcieńczono wodą do objętości 500 ml. Na zmiareczkowanie 25.00 ml tego roztworu wobec mureksydu zużyto 22.00 ml EDTA o stężeniu 0.05010 mol/l. Jaka była masa próbki CaCO₃?

Zadanie 2

Odważkę metalicznego cynku o masie 0.6644 g rozpuszczono w roztworze HC1 i rozcieńczono wodą do objętości 1 l. Do 25.00 ml roztworu dodano buforu

amonowego oraz czerni eriochromowej T i miareczkowano roztworem EDTA, którego zużyto 24.90 ml. Obliczyć stężenie molowe EDTA. Ile ml tego roztworu EDTA zużyje się na zmiareczkowanie próbki NiCl₂ objętości 50.00 ml i o stężeniu 0.0500 mol/l?

Zadanie 3

Jakie jest stężenie molowe roztworu EDTA, jeżeli na zmiareczkowanie

0.1050 g CaCO₃ zużyto 25.50 ml EDTA? Ile miligramów Ca i Mg odpowiada 1 ml tego roztworu?

Zadanie4

Ile dwuwodnego wersenianu disodowego należy rozpuścić w 250 ml roztworu, aby otrzymać roztwór, którego miano wynosi T_Ni = 0.00200 mg/ml? Jakie będzie

stężenie molowe tego roztworu? Zadanie 5

Obliczyć zawartość procentową Fe w próbce, jeżeli na zmiareczkowanie kompleksometryczne 0.7500 g tej próbki, po rozpuszczeniu, zużyto 28.9 ml roztworu, którego 1 ml odpowiadał 0.65 mg Zn.

(21)

Zadanie 6

Próbkę stopu o masie 0.5 g rozpuszczono i rozcieńczono do 250 ml. Na zmiareczkowanie łączne Cu i Zn w 50 ml roztworu zużyto 47.25 ml roztworu EDTA o stężeniu 0.01011 mol/l, a na zmiareczkowanie Zn po zamaskowaniu Cu – 32.50 ml roztworu EDTA o takim samym stężeniu. Obliczyć zawartości procentowe Zn i Cu w stopie .

Zadanie 7

Ile gramów rudy cynkowej zawierającej 17,00% Zn odważono, jeżeli po rozpuszczeniu odważki w H₂SO₄ i zamaskowaniu innych składników na oznaczenie zawartości Zn, w środowisku o pH 10 wobec czerni eriochromowej T, zużyto 33,80 ml EDTA o stężeniu 0,0500 mol/l?

(22)

Zadanie 1

Roztwór próbki badanej wykazuje transmitancję 30%. Jak zmieni się absorbancja tego roztworu, jeżeli w wyniku rozcieńczenia transmitancja zwiększy się

dwukrotnie? Zadanie 2

Transmitancja pewnego roztworu wynosi 24,5%. Ile wyniesie transmitancja, jeżeli stężenie tego roztworu zmniejszymy do 25% stężenia roztworu początkowego

Zadanie 3

Transmitancja pewnego roztworu wynosi 14.2%. Jaka będzie absorbancja tego roztworu (mierzona w tej samej kuwecie), jeżeli 5 ml tego roztworu przeniesie się do kolbki miarowej pojemności 25 ml

i dopełni wodą do kreski? Zadanie 4

Do objętości V₁, roztworu o absorbancji A₁, dodano objętość V₂ roztworu tej samej substancji

o absorbancji A₂. Wyprowadź wzór ogólny na obliczanie absorbancji roztworu końcowego.

Zadania 5

Jaki procent światła o danej długości fali jest przepuszczany przez ośrodek absorbujący, jeżeli absorbancja wynosi 1.176? Jaka jest absorbancja roztworu absorbującego dwie trzecie padającego światła?

(23)

Zadnie 6

Próbkę 3.00 cm3 _{roztworu nadmanganianu o nieznanym stężeniu umieszczono w} kuwecie

o grubości warstwy 1.00 cm. Wartość absorpcji roztworu wynosiła 0.184. Do próbki w kuwecie dodano 1,00 cm3 _5·10-3 _{M roztworu nadmanganianu i ponownie}

zmierzono wartość absorpcji, która wynosiła tym razem 0.424. Obliczyć stężenie badanego roztworu nadmanganianu (a) w molach i (b) w mg MnO₄- _{na 1 cm}3_.

Zadanie 7

Przy oznaczaniu krzemu metodą błękitu krzemomolibdenowego wartości

przepuszczalności roztworu związku ściśle spełniają prawo Beera, gdy używa się światła o ściśle określonej długości fali. Przy pomiarach na spektrofotometrze

przepuszczalność roztworu zawierającego 0.020 mg SiO₂ wynosiła 77.3%, ta sama objętość roztworu zawierającego 0.10 mg SiO₂ wykazywała przepuszczalność

36.7%. Ile będzie wynosić przepuszczalność tej samej objętości roztworu zawierającego 0.060 mg SiO₂ ?

(24)

(25)

(26)

(27)

Krzywa miareczkowania

mocna zasada + mocny kwas

25 ml 0.250 M NaOH + x ml 0.340 M HCl

oranż metylowy fenoloftaleina

punkt równoważnikowy pH=7.0

Dobór wskaźnika:

(28)

Krzywa miareczkowania słaby kwas + mocna zasada

100 ml 0.1 M CH₃COOH + x ml 0.1 M NaOH pkt. równoważnikowy pH=8.7 ∆pH pH=7.7 pH=9.7 skok miareczkowania ∆pH=2.0 Dobór wskaźnika: tylko _{fenoloftaleina} 28

(29)

(30)

(31)

Krzywa miareczkowania słaba zasada + mocny kwas

100 ml 0.1 M NH₃ + x ml 0.1 M HCl Dobór wskaźnika: tylko oranż metylowy ∆pH pkt równoważnikowy pH=5.3 pH=4.3 pH=6.2 31

(32)

(33)

Spektrometria absorpcyjna cząsteczkowa 1. w świetle widzialnym Vis 380-780 nm 2. w podczerwieni IR 1-16 µm

3. w nadfiolecie UV 200-380 nm

Wykorzystuje się absorpcji promieniowania. Warunkiem wystąpienia zjawiska jest, aby energia padającego promieniowania odpowiadała różnicy poziomów elektronowych danej cząsteczki, tak aby elektrony mogły być przeniesione ze stanu podstawowego w stan wzbudzony

Spektrofotometria – zespół metod badawczych opartych na pomiarze stosunku natężeń (absorbancji) dwóch wiązek promieniowania w funkcji długości fali. Jedna wiązka

przechodzi przez próbkę, druga przez roztwór odniesienia.

Kolorymetria – dział analizy oparty na pomiarze i porównaniu natężeń zabarwień roztworów