Chemické výpočty 11 Stechiometrické výpočty (včetně reakcí s ideálními plyny); reakce s přebytkem výchozí látky Ing. Martin Pižl Skupina koordinační chemie místnost A213 E-mail: martin.pizl@vscht.cz Web: web.vscht.cz/pizlma
Organizace výuky Obsah předmětu 1. Základní veličiny. Složení směsí a sloučenin. 2. Příprava roztoků z čistých i znečištěných látek. 3. Příprava roztoků ředěním a směšováním roztoků. 4. Procvičování probraných kapitol. 5. Procvičování probraných kapitol (1. test). 6. Nasycené roztoky, příprava rozpouštěním i zahušťováním. 7. Nasycené roztoky, rušená krystalizace. 8. Procvičování probraných kapitol 9. Procvičování probraných kapitol (2. test). 10. SVK => rektorské volno 3 testy na 100 bodů Min. 75 b. z každého testu Možné dvě opravy testu Výsledky SIS (grupíček) 11. Stechiometrické výpočty (včetně reakcí s ideálními plyny); reakce s přebytkem výchozí látky. 12. Stechiometrické výpočty (Procvičovaní) 13. Procvičování probraných kapitol (3. test). 14. Opakování a oprava testů. Studijní literatura: FLEMR, V.; HOLEČKOVÁ, E. Úlohy z názvosloví a chemických výpočtů v anorganické chemii. 2001 E-learning: https://e-learning.vscht.cz/
Příklady chemické rovnice 139/4-7 Reakcí oxidu hlinitého, kyseliny fluorovodíkové a uhličitanu sodného vzniká hexafluorohlinitan sodný. 140/4-13 Au + O 2 + NaCN + H 2 O Na[Au(CN) 2 ] Al 2 O 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 2Na 3 [AlF 6 ] + 3CO 2 + 6 H 2 O 4Au + O 2 + 8NaCN + 2H 2 O 4Na[Au(CN) 2 ] + 4NaOH 142/4-66 Se + KOH K 2 Se + K 2 SeO 3 (teplota) 3Se + 6KOH 2K 2 Se + K 2 SeO 3 + 3H 2 O 144/4-95 Zinek reaguje s roztoky hydroxdů na tetrahydroxozinečnatany (2-). Napište iontovou rovnici uvedené reakce. Zn + 2OH - + 2H 2 O [Zn(OH) 4 ] 2- + H 2
Teorie stechiometrické výpočty aa + bb cc + dd a:b:c:d = n(a):n(b):n(c):n(d) n(a) ν A = n(b) ν B = n(c) ν C = n(d) ν D n = [mol] V m.molární objem V m (0 C)= 22,414 l/mol V m (20 C)=24,06 l/mol n = N N A = m M = c V = V(plyn) V m pv = nrt Doporučený postup: 1. Vyřešení chemické rovnice (vyčíslení) 2. Návrh postupu výpočtu 3. Rozhodnutí o jednotkách, ve kterých budeme počítat 4. Výpočet ν A ν b,c,d = ρ = m V = pm RT M = m RT pv N = N A pv RT n(a) n(b, C, D) Je-li zadána více než jedna výchozí látka, potom se produkt musí počítat z množství té výchozí látky, která není ve stechiometrickém přebytku!!! R.plynová konstanta R= 8,314 J.K -1.mol -1
Příklady stech. výpočty 157/5-3 Minium (Pb 3 O 4 ) se v laboratoři připravuje zahříváním směsi uhličitanu olovnatého a dusičnanu draselného. a) Vypočítejte hmotnosti výchozích látek pro přípravu 18,0 g Pb 3 O 4 b) Vypočítejte hmotnost výchozích látek, jestliže má být připraveno 18,0 g Pb 3 O 4, uhličitan olovnatý obsahuje 6,5% vlhkosti a dusičnan se používá v patnáctiprocentním přebytku. Reakční schéma: PbCO 3 + KNO 3 Pb 3 O 4 + KNO 2 + CO 2 a) m(pbco 3 ) = 21 g; m(kno 3 )=2,65 g b) M(PbCO 3 )=22,5 g; m(kno 3 )=3,05 g 158/5-5 Reakcí kyseliny sírové s fluoridem vápenatým vzniká fluorovodík. Má být připraveno takové množství fluorovodíku, aby jeho rozpuštěním ve vodě vzniklo 600g čtyřicetiprocentního roztoku HF. Vypočítejte hmotnost kazivce s obsahem 93,5% CaF 2 a objem koncentrované kyseliny sírové (w(h 2 SO 4 ) = 0,96; ρ = 1,84 g/ml), které se při přípravě spotřebují. m(kazivec)=501 g; V(roztok H 2 SO 4 )=333 cm 3
Příklady stech. výpočty 158/5-10 Vypočítejte hmotnost hořčíku a objem dusíku (normální tlak, 20 C), které jsou zapotřebí k přípravě 15 g Mg 3 N 2 syntézou z prvků, jestliže při této přípravě jsou 20% ztráty dusíku. m(mg)= 11 g; V(N 2 )=4,5 dm 3 159/5-19 Vypočítejte objem oxidu uhličitého (normální tlak, 0 C), který vznikne reakcí 385 g CaCO 3 a 500 ml 8 M roztoku chlorovodíku. Vypočítejte hmotnost nezreagované výchozí látky. V(CO 2 )=44,8 l; m(n.v.l.)=185 g 160/5-23 Vypočítejte hmotnost šedesátiprocentního ro0ztoku kyseliny sírové, která se vyrobí z 1000 kg suroviny obsahující 68 % FeS 2, jestliže při výrobě jsou 3,6% ztráty SO 2. Reakční schémata: FeS 2 + O 2 Fe 2 O 3 + SO 2 SO 2 + O 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 m(roztok)=1790 kg
Příklady stech. výpočty 160/5-25 Práškový zinek o hmotnosti 40 g znečištěný 12% ZnO zreagoval se 250 ml roztoku kyseliny sírové (w(h 2 SO 4 ) = 0,30; ρ = 1,22 g/ml). Vypočítejte: a) Objem vodíku, který reakcí vznikl (normální tlak, 20 C) b) Hmotnost nezreagované výchozí látky c) Složení roztoku po skončení reakce (w(h 2 SO 4 ); w(znso 4 ); w(h 2 O)) Pozor kyselina reaguje se zinkem i s oxidem! Předpokládejte, že veškerý vznikající H 2 z roztoku uniká. a) V(H 2 )=13 l b) m(n.v.l.)= 33 g c) w(znso 4 )= 28%; w(h 2 SO 4 )=9,6%; w(h 2 O)=62% 174/6-11 Vypočítejte hustotu čtyř hlavních složek vzduchu při teplotě 20 C a tlaku 101325 Pa: a) dusíku b) kyslíku c) argonu d) oxidu uhličitého (M(vzduchu) = 28,96 g/mol) a) 1,164 g/l b) 1,330 g/l c) 1,661 g/l d) 1,829 g/l
Příklady stech. výpočty 174/6-17 Objemový zlomek argonu ve vzduchu je ϕ(ar)=0,0093. Kolik kilogramů argonu obsahuje vzduch v místnosti o rozměrech 4m x 5m x 3m při tlaku 100 kpa a teplotě 24 C? Jaký je parciální objem argonu? 0,9 kg; 0,56 m 3 175/6-28 Do přebytku roztoku kyseliny sírové bylo vsypáno 12,36 g částečně zoxidovaného zinkového prachu a z roztoku se uvolnilo 3836 cm 3 vodíku. Vypočítejte hmotnostní zlomek ZnO v práškovém zinku, jestliže byl objem plynu měřen při teplotě 21,3 C a tlaku 100980 Pa. 16,30% 176/6-39 Pražení pyritu (FeS 2 Fe 2 O 3 + SO 2 ) se provádí při teplotě 820 C profukováním vzduchu (ϕ(o 2 )=0,21) v desetiprocentním přebytku. Vypočítejte obsah SO 2 v pražných plynech při tlaku 101 kpa a vyjádřete jej objemovým zlomkem a hmotnostní koncentrací. 15%; 107 g/m 3
Bonusové příklady Po přidání 250,0 ml roztoku NaOH (c = 2,955 mol/l) k 50,0 g CuSO 4 (w = 0,250) vznikl hydroxid měďnatý, který se po zahřátí reakční směsi rozložil na CuO a vodu. Vypočítejte: a) hmotnost připraveného oxidu měďnatého b) hmotnost nezreagované výchozí látky (100% NaOH nebo bezvodého síranu měďnatého). Reakce: CuSO 4 + 2 NaOH Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4 Cu(OH) 2 CuO + H 2 O