4. Látkové bilance ve směsích

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "4. Látkové bilance ve směsích"

Hynek Rohla
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 4. Látové bilance ve směsích V této apitole se naučíme využívat bilanci při práci s roztoy a jinými směsmi láte. Zjednodušený princip bilance složy i v systému (napřílad v ádince, v níž připravujeme vodný rozto láty i) je možné vyjádřit jao: hmotnost i na vstupu (oli i vsypeme) = hmotnost i na výstupu (oli i bude v roztou) Kromě hmotnosti jedné složy systému můžeme bilancovat hmotnost celého systému (všech slože), nebo látové množství složy, ale nidy nelze bilancovat (sčítat) objemy, protože hustota roztoů se mění v závislosti na oncentraci (aneb smícháním 1 litru vody a 1 litru oncentrované yseliny sírové nevzninou 2 litry roztou). Přílad 4.1 Vypočítejte objem oncentrovaného roztou yseliny fosforečné (oncentrace 70 %, hustota 1,526 g/cm 3 ) a vody, teré budete potřebovat pro přípravu 2 litrů roztou o oncentraci 5 % (hustota 1,035 g/cm 3 ). Do systému (nádoba, v níž připravujeme rozto) vstupují dva proudy: oncentrovaná yselina a voda H 2 O. Vystupuje jeden proud, připravovaný rozto r. Vstupní data si zapíšeme do schématu: m, ρ, w m r, ρ r, w r r H 2 O m, ρ Zádano je w = 0,7, ρ = 1,526 g/cm 3, V r = 1 l, w r = 0,05, ρ r = 1,035 g/cm 3. Hledáme V a V. Vzhledem tomu, že objemy nelze bilancovat, budeme

2 pracovat s hmotnostmi. Nejprve si sestavíme bilanci celové hmotnosti a bilanci hmotnosti HNO 3. m + m = m w m = w m r Dosadíme zadané hodnoty, požadovanou hmotnost roztou určíme pomocí hustoty a objemu. m + m = 2, 070 0,7 m = 0,05 2,070 r r Vypočítáme hodnoty m a m a ty přepočteme na objemy. m m V V = 0,148 g = 1,922 g = 97 ml = 1922 ml Prostým pohledem vidíme, že zjištěné objemy oncentrované yseliny a vody nedávají po sečtení objem roztou 2 l. Přílad 4.2 K 500 ml roztou AgNO 3 o oncentraci 0,108 mol.dm -3 bylo přidáno 25,0 g pevného AgNO 3, terý ovšem obsahoval 3,5 % vlhosti. K této směsi bylo přidáno toli vody, že výsledný objem roztou byl 1 dm 3. Vypočítejte oncentraci AgNO 3 v připraveném roztou. M AgNO3 je 169,9 g.mol -1. Tento přílad budeme řešit stejně jao předchozí, nebudeme ale bilancovat hmotnost, nýbrž látové množství složy AgNO 3. r1 V 1, c 1 V 2, c 2 r2 pevný AgNO 3 m AgNO3, w

3 Bilancujeme látové množství AgNO 3 v jednotlivých proudech: ( ) m 1 w c V + = c V c AgNO MAgNO3 2 = 0,196 mol.dm Cvičení 4.3 Vypočítejte hmotnost amoniau NH 3 přepravovaného ve formě roztou v železniční cisterně o objemu 40 m 3. Hmotnostní oncentrace amoniau je 28 %, hustota roztou 0,8980 g.cm -3. [10058 g] 4.4 Určete objem 50 % roztou NaOH (hustota 1,5253 g.cm -3 ) potřebného přípravě 1000 ml roztou o oncentraci 0,15 mol.dm -3. [7,9 ml] 4.5 Určete objem vody, ve teré se rozpustí 6 g KOH na 20 % rozto (hustota 1,19 g.cm - 3 ). Vypočítejte objem připraveného roztou. [24 ml vody, vznine 25 ml roztou] 4.6 Vypočítejte objem oncentrované yseliny dusičné (w = 0,67, ρ = 1,4 g.cm -3 ) a objem vody, potřebných na přípravu 150 ml roztou (w = 0,25, ρ = 1,19 g.cm -3 ). [46 ml oncentrované yseliny, 108 ml vody] 4.7 Koli gramů K 2 SO 4 je potřeba navážit pro přípravu jednoho litru roztou o oncentraci 0,5 mol.dm -3 draselných iontů? [43,57 g]

4 Jaým objemem vody je třeba zředit 12 ml oncentrovaného roztou KNO 3 (w = 0,24, ρ = 1,1623 g.cm -3 ) na rozto o oncentraci 2 % hmotnostních? [153 ml] 4.9 K přípravě 1 litru roztou NaOH o oncentraci 0,2 mol.dm -3 byl použit pevný NaOH, terý obsahoval 2,8 hm. % vlhosti. Koli pevného hydroxidu bylo použito? [8,23 g] 4.10 Vypočtěte molární oncentraci HCl v roztou o w = 34 % a hustotě 1169 g.m -3. [10,9 mol.dm 3 ] 4.11 Spočítejte hmotnostní zlome HCl v roztou připraveném smícháním 200 ml 36 % roztou HCl (ρ = 1,18 g.cm -3 ) a 400 cm 3 vody. [13,4 %]

5 5. Výpočty z chemicých vzorců a rovnic Řada chemicých úloh je založena na tzv. stechiometricých výpočtech. Stechiometrie je naua o vzájemných poměrech prvů ve sloučeninách a poměr, v jaých reagují sloučeniny navzájem. Přeloženo do češtiny, budeme se zabývat výpočty, při nichž budeme vycházet ze zápisu chemicé rovnice nějaého děje, nebo ze vzoreču nějaé láty. Prvním typem příladu je určení hmotnostního zlomu prvu ve sloučenině nebo směsi. Přílad 5.1 Fosfátová ruda z Floridy obsahuje 28 % P 2 O 5. Jaý je hmotnostní zlome fosforu v této rudě? Hmotnostní zlome fosforu v oxidu fosforečném vypočítáme pomocí molárních hmotností. 2M 230,97 = = = P wp/oxid 4 MP2O5 141,945 3,64 % Obsah fosforu v rudě je pa součin hmotnostního zlomu fosforu v oxidu a hmotnostního zlomu oxidu v rudě: wp/ruda = wp2o5/ruda wp/oxid = 12 % Dalším typicým příladem je výpočet stechiometricého vzorce sloučeniny na záladě prvového rozboru oné sloučeniny. V případě dvouprvové sloučeniny A x B y platí, že: w M A x:y = : A w M B B Přílad 5.2

6 Neznámá sloučenina železa, titanu a yslíu obsahuje 31 hm. % titanu, 37 hm. % železa a 32 hm. % yslíu. Určete stechiometricé oeficienty ve vzorci Fe x Ti y O z. w w w M M M 55,8 47,9 16 Fe Ti O x : y:z = : : = : : 0,66:0,65:2 1:1:3 Fe Ti O Vzorec láty je FeTiO 3, titaničitan měďnatý. Posledním typem příladu z této apitoly jsou výpočty z chemicých rovnic. Správně vyčíslená chemicá rovnice posytuje informaci, v jaém molárním poměru spolu reagují dvě láty a oli moleul produtů vzniá. Je důležité si uvědomit, že rovnice udávají poměr látových množství. V praxi vša obvyle pracujeme s hmotností. Přílad 5.3 Železo se vyrábí ve vysoé peci reducí železné rudy (Fe 2 O 3 ) osem (C) za vzniu elementárního železa a CO 2. Koli tun osu je potřeba pro výrobu 10 tun železa? Záladem úspěšného řešení je sestavení a vyčíslení rovnice: 2FeO C 4Fe+ 3CO2 Tato rovnice říá, že molární poměr C a Fe je: nc 3 = n 4 Fe Potřebné látové množství a hmotnost osu určíme pomocí zadaného množství železa: 3 3 m = = = = Fe nc nfe mol 4 4 MFe 4 55,85 m = n M = , 01 = g C C C Cvičení 5.4

7 Porovnejte hmotnostní obsah dusíu v dusičnanu amonném, draselném, rubidném a sodném. Seřaďte je. [NH 4 NO 3 35,0 %, NaNO 3 16,5 %, KNO 3 13,8 %, RbNO 3 9,5 %] 5.5 Chemicá analýza anorganicé yseliny uázala, že tato obsahuje 2 % vodíu, 30 % dusíu a 68 % yslíu. Určete její vzorec. [HNO 2 ] 5.6 Umělé hnojivo obsahuje 15 % KCl a 5 % NH 4 Cl. Určete hmotnostní zlome chloridových iontů v hnojivu. [10,5 %] 5.7 Bauxit (ruda pro výrobu hliníu) obsahuje 48 % oxidu hlinitého. Koli obsahuje hliníu? [25,4 %] 5.8 Sádra se vyrábí alcinací (pálením) sádrovce (dihydrátu síranu vápenatého) podle reace níže. Koli ilogramů vodní páry se uvolní při pálení 100 g sádrovce? CaSO 4.2 H 1 3 2O CaSO [15,7 g] 5.9 Při spalování uhlí s obsahem síry se uvolňuje SO 2, terý je vázán pomocí mletého vápence za vzniu tzv. energosádrovce podle rovnice: SO2 + CaCO3+ 1 O2 + 2 CaSO CO 2 2 Koli tun vápence je potřeba pro odsíření eletrárny spalující denně 1500 t uhlí s obsahem síry 1,5 hm. %? [70,7 t] 5.10 Určete objem 10 % roztou H 2 SO 4 (ρ = 1,066 g.cm -3 ) potřebného na neutralizaci 100 ml 10 % roztou KOH (ρ = 1,0904 g.cm -3 ). [89,4 ml] 5.11

8 Při žíhání pyritu (FeS 2, disulfid železnatý, jeden druh železné rudy, M = 120 g/mol) vzniá oxid železitý a oxid siřičitý (M = 64,05 g/mol) podle rovnice: 4FeS2 + 11O2 2FeO SO 2 Koli ilogramů SO 2 se uvolní při vyžíhání 5 tun pyritu? [5338 g] 5.12 Koli gramů yseliny octové (CH 3 -COOH, M = 60,05 g/mol) vznine zysnutím 0,7 litru vína s obsahem ethanolu (CH 3 -CH 2 -OH, M = 46,07 g/mol) 9 hm. %? Hustota vína 0,99 g.cm -3. [81,3 g] 5.13 Spálením 2 g směsi uhlíu a síry vznilo 6 g směsi CO 2 a SO 2. Koli gramů uhlíu bylo v původní směsi? [1,2 g]

Podobné dokumenty

4. Látkové bilance ve směsích

4. Látkové bilance ve směsích Látkové bilance vyjadřují děje, které nastávají při přípravě, úpravě složení a směšování roztoků, či při chemických dějích. Vždy uvažujeme zákon zachování hmotnosti, tudíž