Didaktika výpočtů v cheii RNDr. ila Šídl, Ph.D. 1 Didaktické zpracováí Pojy: olárí hotost (), hotostí zloek (w), látková ožství (), olárí obje ( ), Avogadrova kostata N A, látková a hotostí kocetrace (c, c w ), výpočty z cheických rovic Očekávaé výstupy žáka dle RP vypočítá jedoduché příklady a výpočet w,,, ovládá úpravu vzorců a převody správých jedotek veliči správě vypočítá složeí roztoků a potřebá ožství látek k jejich přípravě aplikuje pozatky o cheických výpočtech a příklady běžého života dokáže zapsat a upravit cheickou rovici, vypočítat ožství reaktatů a produktů Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 1
Didaktické zpracováí Rozvržeí učiva: základí pojy 1h látková ožství, olárí zloek, objeový zloek h olárí hotost, hotostí zloek h látková a hotostí kocetrace h výpočty z cheických rovic 3h otivace: výpočty příkladů z běžého života (w alkoholu v ápojích, ) práce v laboratoři 3 Správý postup řešeí příkladů 4 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf
Algoritus řešeí příkladů 1. apsat zadáí. vypsat stručý zápis veliči s hodotai a jedotkai (co záe, co počítáe) 3. převést jedotky a potřebé (základí) rozěry 4. apsat obecý vzorec počítaé veličiy 5. vyjádřit ezáou ze vzorce 6. dosadit dílčí výsledky do obecého vzorce 7. vypočítat, výsledek (podtrhout) 8. odpověď 5 Základí cheické veličiy 6 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 3
Hotost atoů a olekul A r, r hotosti částic veli alé a počítáí s ii epraktické apř. ( 1 H) = 1,673.10-7 kg ebo ( 63 Cu) = 1,044-5 kg v praxi se skutečé hotosti přepočítávají přes atoovou hotostí jedotku u a relativí atoové a olekulové hotosti u C) 1,66057.10 1 ( 7 [ g] ( X ) Relativí atoová hotost (bez jedotek) Ar ( X ) apř. A r ( 1 H) = 1,0078 u A r ( 63 Cu) = 6,98 ( Y) Relativí olekulová hotost (bez jedotek) r ( Y) apř. r (H O) = 18,014 u r (O ) = 31,988 7 Látkové ožství - [ol] v cheii je potřeba zát kvůli reakcí i počet částic (stejá hotost růzých látek obsahuje růzý počet částic) => zavedeo látkové ožství,, 1 ol je tolik částic (atoů, iotů, olekul, ) kolik je atoů v uklidu uhlíku 1 C o hotosti 1 g => Avogadrovo číslo 6,0.10 3 částic N defiice látkového ožství: N je počet částic ve vzorku, N A Avogadrova kostata) N A příé ěřeí látkového ožství se používá vztah: jedotkou ol 8 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 4
olárí hotost [g/ol] hotost 1 olu daé látky (uvedea v tabulkách). N A [ g / ol] olárí hotosti olekul (součet olárích hotostí atoů, vyásobeých jejich počte), apř.: (CuSO 4. 5 H O) = (Cu) + (S) + [4.(O)] + 5.[.(H) + (O)] = 49,686 g/ol relativí atoová hotost Ar(X) bez jedotek => olárí atoová hotost (X) v jedotkách g/ol, ale stejá hodota relativí olekulová hotost r(y) bez jedotek => olárí olekulová hotost (Y) v jedotkách g/ol, ale stejá hodota 9 yjádřeí složeí roztoků 10 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 5
Hotostí zloek - w udává poěr hotosti látky A ku celkové hotosti sěsi pozor a záěu hotostí zloek (hodoty od 0 do 1 bez jedotek) a hotostí proceto (hodoty od 0 do 100, v %) w složky složky celku (celku) (složky) další ožosti: objeový zloek [-] olárí zloek: [-] i x B i 11 Látková (olárí) kocetrace udává počet olů v objeu roztoku c. [ ol / l] ol/d 3 se v praxi udává ve tvaru s písee apř. 1 ol/l = 1, čtee,,jedoolárí roztok zejéa v aalytické cheii se používá hotostí kocetrace (počet graů v objeu roztoku): c W c. [ g / l] 1 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 6
yjádřeí zě ve složeí roztoků 13 Sěšovací rovice a) íseí roztoků téže látky o růzé složeí záko zachováí hotosti: 1 + = sěšovací rovice: w ( x). w ( y) ( ). w 1. 1 1 1 + w 1 w 1 + w využití vztahu pro hustotu (záěa hotosti za obje v rovici) 14 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 7
Sěšovací rovice b) Přidáí čistého rozpouštědla (ředěí) vychází ze vztahu pro sěšováí roztoku w = 0 (čisté rozpouštědlo) a druhý čle vypadává w ( x).0 ( ). w( ) w ( x) ( ). w( ) 1. 1 1 x 1. 1 1 x c) Přidáí čisté látky X (kocetrováí) vychází ze vztahu pro sěšováí roztoku w = 1 (obsahuje pouze daou složku, 100%) a z druhého čleu zůstává je w ( x).1 ( ). w( ) w ( x) ( ). w( ) 1. 1 1 x 1. 1 1 x 15 Příprava roztoků v laboratoři Příprava roztoku z pevé látky (o určité objeu a kocetraci) hotost avážky určíe podle vztahu: c.. [ g] Příprava roztoku ředěí (záe hotostí zloek výchozí a požadovaé látky) poěř ředěí (počet dílů) určíe poocí křížového pravidla 16 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 8
Příprava roztoků v laboratoři Příprava roztoku z kapaliy o určité kocetraci obje zásobího roztoku, který je utý odpipetovat do oděré baňky určíe ze vztahu: c. 1 c 1 Přepočet hotostího zloku a látkovou kocetraci je uté zát hustotu látky s daý hotostí zloke a kocetrací (v tabulkách) c w. c. w 17 Shrutí Začka ázev jedotky olárí hotost g / ol hotost látky g ebo kg látkové ožství ol c látková (olárí) kocetrace ol / d 3 w hotostí zloek - obje roztoku c 3 (l), d 3 (l) ρ hustota g/c 3 18 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 9
Látkové ožství - [ol] Hotostí zloek - w [-] Shrutí w složky složky celku Objeový zloek ϕ [-] olárí zloek x [-] olárí (látková) kocetrace - c [ol/d 3 ] Hotostí kocetrace - c w [g/d 3 ] i x B i c c w wa c. 19 ýpočty z cheických rovic 0 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 10
Postup řešeí příkladů stechioetrické koeficiety v rovici vyjadřují LÁTKOÁ NOŽSTÍ POSTUP: vyjádříe cheickou reakci cheickou rovicí (úplou) správě vyčíslíe zapíšee záé údaje zúčastěých látek (,, c,,, ) použijee a) rovost látkových ožství b) trojčleku (příou úěru) 1 Řešeí poocí rovosti látkových ožství látková ožství reaktatů, děleá jejich stechioetrický koeficiete v rovici jsou si rova apř. pro reakci platí: a A + b B c C + d D a A b B c C d D podle defiice látkového ožství lze dosazovat do rovosti: c. c. pro kapaliy (c je olárí kocetrace roztoku, je obje roztoku) / pro pevé látky ( je hotost látky, je olárí hotost látky) / pro plyy ( je obje plyu, je olárí obje plyu =,4 litru za stadardích podíek) Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 11
Řešeí poocí příé úěry (trojčleky) sestavíe příou úěru: a) sěr textu odpovídá sěru cheické rovice b) v horí řádku jsou teoretické hodoty (olárí hotosti, popř. olárí obje) c) v dolí řádku jsou reálé hodoty (zadaé a hledaé) apř. pro reakci platí: a A + b B c C + d D z a.(a) graů látky A vzike c. (C) graů látky C z (A) graů látky A. vzike x graů látky C a. ( A) x. c. ( C) a. ( A) a, c stechioetrické koeficiety látek z rovice (A) hotost látky A x hledaá hotost látky (C) (A) olárí hotost látky A (C) olárí hotost látky C 3 odelový příklad ypočtěte hotost jódu, který vzike reakcí g jodidu draselého s chlóre. sestavíe a vyčíslíe cheickou rovici: KI + Cl I + KCl zapíšee záe hodoty: (KI) = g (KI) = υ(ki) = (KI) = 166 g/ol (I ) =? (I ) = 1 υ(i ) = 1 (I ) = 54 g/ol podle rovosti látkových ožství platí: KI I 1 KI. I KI KI I I KI. I.54 I 1, 53g..166 KI 4 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 1
odelový příklad ypočtěte hotost jódu, který vzike reakcí g jodidu draselého s chlóre. sestavíe a vyčíslíe cheickou rovici: KI + Cl I + KCl zapíšee záe hodoty: sestavíe příou úěru: (KI) = g (KI) = υ(ki) = (KI) = 166 g/ol (I ) =? (I ) = 1 υ(i ) = 1 (I ) = 54 g/ol ze.166 g KI. vzike 1.54 g I ze g KI.... vzike x g I x.54 1, 53g 33 5 ýpočty ph kyseli, zásad a solí 6 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 13
odíkový expoet voda je schopa saa sebe částečě ioizovat = autoprotolýza (charakterizováa iotový součie vody) H O + H O H 3 O + + OH - K W = [H 3 O + ].[OH - ] = 10-14 ph se staovuje experietálě, výpočet přibližé určeí Sörese zavedl vztah: ph = - log a(h 3 O + ) => pro zředěé roztoky ph = - log [H 3 O + ] [H 3 O + ] > [OH - ] ph < 7 kyselé [H 3 O + ] = [OH - ] ph = 7 eutrálí [H 3 O + ] < [OH - ] ph > 7 zásadité 7 ztahy pro výpočet ph 8 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 14
Použité zdroje POUŽITÉ ZDROJE: ŠRÁEK,., KOSINA, L. Cheické výpočty a reakce. Praha: ALBRA, 1996. KOTLÍK, B. RŮŽIČKOÁ, K. Cvičeí k cheii v kostce pro středí školy. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fraget, 000. 160 s. ISBN 80-700-31-7. ŠANDOÁ, eroika. Elektroická cvičebice cheických výpočetích příkladů [olie]. 008. Diploová práce. asarykova uiverzita, Přírodovědecká fakulta. edoucí práce arek Stehlík. Dostupé z: http://is.ui.cz/th/106381/prif_/ a http://vypocty.webcheie.cz/idex.htl [cit..8.01] SIROTEK,. KARLÍČEK, J. Cheické výpočty a ázvosloví aorgaických látek [olie]. Plzeň: Západočeská uiverzita v Plzi, 005. Dostupé z www: http://www.kch.zcu.cz/cz/kfs/skriptachy.pdf [cit..8.01] 9 Aajd adfjaů sldfjůalskdfasdfasdfasdfasdf 15