VI. VÝPOČET Z CHEMICKÉ ROVNICE

VI. VÝPOČET Z CHEMICKÉ ROVNICE

ZÁKLADNÍ POJMY : Chemická rovnice (např. hoření zemního plynu): CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O CH 4, O 2 jsou reaktanty; CO 2, H 2 O jsou produkty; čísla 2 jsou stechiometrické koeficienty Někdy do rovnice píšeme i skupenství: g je plyn, l kapalina, s tuhá fáze; aq označuje látku ve vodném roztoku. Např.: Odstraňování kotelního kamene CaCO 3 octem (vodným roztokem kyseliny octové CH 3 COOH); zároveň uniká plyn CO 2 : CaCO 3 (s) + CH 3 COOH(aq) (CH 3 COO) 2 Ca(aq) + CO 2 (g)

URČENÍ STECHIOM. KOEFICIENTŮ : Bilance hmotnosti: počet atomů každého prvku musí být na obou stranách rovnice shodný Postup: Začni prvkem tvořícím nejméně sloučenin. Nakonec si nech vodík a kyslík. 2 3 Např.: x Al(OH) 3 + y H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + z H 2 O Al: vlevo x atomů Al, vpravo 2 atomy, proto x = 2 S: vlevo y atomů S, vpravo 3; proto y = 3 O: počet atomů O: 2*3 + 3*4 = 3*4 + z; proto z = 6; tj.: 2 Al(OH) 3 + 3 H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 6 H 2 O Kontrola H : 2*3 + 3*2?=? 6*2 12 = 12 tj. vše je v pořádku

VÝPOČTY Z CHEM. ROVNICE : Př.1/VI: Při hašení požáru vodou může za vysokých teplot i železo reagovat s vodou za vzniku vodíku (! ) : 2 Fe + 3 H 2 O 3 H 2 + Fe 2 O 3 (1) Zreaguje-li 10 kg železa: A) Kolik kg Fe 2 O 3 vznikne? B) Jaký objem vodíku za n.p. vznikne? C) Jaký objem vodíku vznikne při 1000 o C a 95kPa? Určíme stech.koef. rovnice (1): bilance Fe, O, H

Zreaguje-li 10 kg železa: A) Kolik kg Fe 2 O 3 vznikne? 2 Fe + 3 H 2 O 3 H 2 + 1 Fe 2 O 3 m Fe = 10 kg M Fe = 55,9 g.mol -1 m Fe2O3 =? M Fe2O3 = 159,6 g.mol -1 z rovnice plyne: ze 2 molů Fe vznikne 1 mol Fe 2 O 3 vyjádřeme v g: z 2 * 55,9 g Fe...1 * 159,6 g Fe 2 O 3 otázka ze zadání: z 10 000 g Fe...x g Fe 2 O 3 10000g x = 159,6g = 14275, 5g 2 55,9g Zreagováním 10 kg Fe vznikne 14,3 kg Fe 2 O 3.

Zreaguje-li 10 kg železa: B) Jaký objem vodíku za n.p. vznikne? 2 Fe + 3 H 2 O 3 H 2 + 1 Fe 2 O 3 m Fe = 10 kg M Fe = 55,9 g.mol -1 V H2 =? (za n.p.) z rovnice plyne: ze 2 molů Fe vzniknou 3 moly H 2 Pokud počítáme s plynem, je VÝHODNÉ nechat v přímé úměrnosti moly plynu! vyjádřeme v g a molech: z 2 * 55,9 g Fe...3 moly H 2 otázka ze zadání: z 10 000 g Fe...x molů H 2 10000g x = 3moly = 268,3molů H 2 55,9g Jaký je tedy objem 268,3 molů H 2 za n.p.? 2

Jaký je tedy objem 268,3 molů H 2 (vzniklých reakcí 10 kg Fe) za n.p.? Za n.p. má jeden mol plynu objem 22,4 dm 3. 1 mol. 22,4 dm 3 268,3 mol x dm 3 268,3mol x = dm = 6009 = 1mol 3 3 3 22,4 dm m 6,01 Zreagováním 10 kg Fe vznikne 6,01 m 3 H 2 za n.p.

Zreaguje-li 10 kg železa: C) Jaký objem vodíku vznikne při 1000 o C a 95 kpa? Z předchozího příkladu (B) víme, že reakcí 10 kg železa vznikne 268,3 molů vodíku. Otázka zní jaký bude mít objem 268,3 molů vodíku H 2 (vzniklých reakcí 10 kg Fe) při teplotě 1000 o C a tlaku 95 kpa? V H2 =?; p = 95 kpa; T = 1000 o C + 273,15 = 1273,15 K? p * V = n* R* T V H 2 n H = 2 R T p V n R T 268,3mol 8,31Pa. m. mol 95.10 Pa 1273,15K 3 1 1 H 2 3 H = = = 29,9m 2 3 p. K Zreagováním 10 kg Fe vznikne 29,9 m 3 H 2 při 1000 o C a 95 kpa.

Př.2/VI: Sami: Shořelo-li 5 kg práškového zinku, jaká hmotnost oxidu zinečnatého vznikla? 2 Zn + O 2 2 ZnO m Zn = 5 kg M Zn = 65,4 g.mol -1 m ZnO =? M ZnO = 81,4 g.mol -1 z rovnice plyne: vyjádřeme v g: otázka ze zadání: ze 2 molů Zn vzniknou 2 moly ZnO z 2 * 65,4 g Zn...2 * 81,4 g ZnO z 5 000 g Zn...x g ZnO 5000g x = 2 * 81,4g = 6223,2g = 6, 2kg 2 65,4g Shořelo-li 5 kg Zn, vzniklo 6,2 kg ZnO.

Př.3/VI: Sami: Jaký objem vodíku za n.p.vznikne reakcí 0,5kg hliníku s kyselinou sírovou? 2 Al + 3 H 2 SO 4 3 H 2 + Al 2 (SO 4 ) 3 m Al = 0,5 kg M Al = 27 g.mol -1 V H2 =? (za n.p.) z rovnice plyne: ze 2 molů Al vzniknou 3 moly H 2 Pokud počítáme s plynem, je VÝHODNÉ nechat v přímé úměrnosti moly plynu! vyjádřeme v g a molech: z 2 * 27 g Al...3 moly H 2 otázka ze zadání: z 500 g Al...x molů H 2 500g x = 3moly = 27,8molů H 2 27g Jaký je tedy objem 27,8 molů H 2 za n.p.? 2

Jaký je tedy objem 27,8 molů H 2 (vzniklých reakcí 0,5 kg Al) za n.p.? Za n.p. má jeden mol plynu objem 22,4 dm 3. 1 mol. 22,4 dm 3 27,8 mol x dm 3 27,8mol x = dm = 1mol 3 3 22,4 dm 622,7 Zreagováním 0,5 kg Al s H 2 SO 4 vznikne 622,7 dm 3 H 2 za n.p.

Př.4/VI: Sami: Při tepelném rozkladu chlorečnanu draselného (Travex) vzniká kyslík. Jaký objem O2 se uvolní při 30 o C a 101 kpa při rozkladu 100 g KClO3? 2 KClO 3 3 O 2 + 2 KCl m KClO3 = 100 g M KClO3 = 122,5 g.mol -1 V O2 =? p = 101 kpa; T = 30 o C z rovnice plyne: ze 2 molů KClO 3 vzniknou 3 moly O 2 Pokud počítáme s plynem, je VÝHODNÉ nechat v přímé úměrnosti moly plynu! vyjádřeme v g a molech: z 2 * 122,5 g KClO 3...3 moly O 2 otázka ze zadání: z 100 g KClO 3...x molů O 2 100g x = 3moly = 1,22molů O 2 122,5g Jaký je tedy objem 1,22 molů O 2 při 101 kpa a 30 o C? 2

Otázka zní jaký bude mít objem 1,22 molů kyslíku O 2 (vzniklých rozkladem 100 g KClO 3 ) při teplotě 30 o C a tlaku 101 kpa? V O2 =?; p = 101 kpa; T = 30 o C + 273,15 = 303,15 K? p * V = n* R* T V O 2 n O = 2 R T p V n R T 1,22mol 8,31Pa. m. mol 101.10 Pa 303,15K 3 1 1 O2 3 O = = = 0,03m 2 3 p. K Tepelným rozkladem 100 g KClO 3 vznikne 0,03 m 3 O 2 (30 dm 3 O 2 ) při teplotě 30 o C a tlaku 101 kpa.

Př.5/VI: Při havárii vyteklo 50 litrů koncentrované HCl do prázdné jímky. Kolik kg Ca(OH) 2 potřebujeme pro její neutralizaci? Koncentrovaná HCl je roztok o w HCl = 36 %; hustota roztoku je 1,18 kg.dm -3. Pozn. dosud do chem.reakce vstupovaly čisté látky (100%) teď: roztok HCl (36%); označme ho indexem S. Pro výpočet je třeba zjistit hmotnost čisté (100%) HCl hmotnost roztoku HCl vypočítat za pomocí hustoty a objemu hmotnost čisté (100%) HCl vypočítat pomocí hmotnostního zlomku ze zadání (w = 36%)

V S = 50 dm 3 ρ S = 1,18 kg.dm -3 w = 0,36 (=36%) kapaliny jsou obvykle zadány objemem, ve výpočtech se ale používají hmotnosti nutno převést objem na hmotnost pomocí HUSTOTY ρ S m = V S S m S = ρ S V S m S = 1,18kg. dm 3 50dm 3 = 59kg HCl ( w = 36%) Do odpadní jímky vyteklo 59 kg HCl (w=36%), ve kterých tvoří kyselina 36% hmotnosti a zbytek tj. 64% hmotnosti tvoří voda 59 kg....100 % x kg.36 % Jaká je tedy hmotnost čisté (100%) HCl? 36 x = 59 kg = 21, 2kg 100 Do odpadní jímky uniklo 21,2 kg 100% HCl (tím jsme se zbavili w kyseliny ze zadání), dále postupujeme jak jsme zvyklí pro výpočet dle chem. rovnice pro čisté látky

m HCl = 21,2 kg m Ca(OH)2 =? 2 HCl + 1 Ca(OH) 2 CaCl 2 + 2 H 2 O m HCl = 21,2 kg m Ca(OH)2 =? M HCl = 36,5 g.mol -1 M Ca(OH)2 = 74,1 g.mol -1 z rovnice plyne: 2 moly HCl reagují s 1 molem Ca(OH) 2 vyjádřeme v g: z 2 * 36,5 g HCl...1 * 74,1 g Ca(OH) 2 otázka ze zadání: z 21 200 g HCl...x g Ca(OH) 2 21200g x = 74,1g = 21519,5g = 21, 5kg 2 36,5g Na neutralizaci 50l HCl (36%) je potřeba 21,5 kg Ca(OH) 2.

Př.6/VI: Doma: Vypočtěte objem kyslíku za n.p., který vznikne rozkladem 10 kg roztoku peroxidu vodíku o w H2O2 = 0,3. (rovnici nejdříve vyčíslete!, 988 dm 3 O 2 ) H 2 O 2 H 2 O + O 2 Př.7/VI: Doma: Reakcí dusičnanu barnatého a uhličitanu sodného (sody) vzniká sraženina uhličitanu barnatého. Kolik gramů dusičnanu barnatého potřebujete k přípravě 100 g uhličitanu barnatého? (rovnici nejdříve vyčíslete; 132,4 g Ba(NO 3 ) 2 ) Ba(NO 3 ) 2 + Na 2 CO 3 NaNO 3 + BaCO 3 sraženina