PROBLEME DE LA CONCURSURI NATIONALE

Sunt rezolvãri ale unor probleme de chimie, date la titularizare şi bacalaureat şi se adreseazã celor interesaţi. Varianta de rezolvare este punctul meu de vedere şi nu anuleazã metodele dobândite de ei. Este doar dorinţa de a ajuta – dacã m-ar întreba cineva:”- De ce faci aceasta?”
Când cineva din familie trece prin aceste concursuri, înţelegi ce se întâmplã.

    Sper sã ajute.

https://chimieanorganica.wordpress.com/probleme-de-la-concursurile-nationale/

PROBLEME CU ECHILIBRE CHIMICE_Bibliografie Victor Mărculețiu_Aplicații de calcul în chimia generală

ECHILIBRE CHIMICE_CULEGERE DE PROBLEME_MARCULETIU

Mi-am propus să rezolv pentru cei interesați, unele probleme de nivel mediu, de acest gen. Sunt probleme destul de complicate. Trebuie să înțelegi unele concepte: reactanți, produși de reacție, reacție reversibilă, componenții reacției reversibile (procesul direct și indirect), starea de echilibru, viteza de reacție, coeficienții stoechiometrici, molul, constanta de echilibru a reacției și mai ales, că numai o cotă parte din reactanți trece în produși de reacție, din cauza stabilirii stării de echilibru. Mai trebuie să cunoști și formula matematică de rezolvare a ecuației de gradul 2, să operezi cu operații matematice simple.
Îți sugerez să începi cu probleme rezolvate, pentru a-ți forma o deprindere, o imagine, despre ce trebuie să faci, de unde să începi rezolvarea. Am folosit multe cuvinte în explicațiile de mai jos, din dorința de a transmite, cum văd eu rezolvarea. Este părerea mea și nu anulează ce ai învățat la curs.
Așa cum le spuneam elevilor mei, este important din punct de vedere al procesului industrial, să înțelegi starea de echilibru chimic; în tehnologia chimică și analiza chimică ne dorim obținerea de produși și trebuie să cunoaștem factorii care influențează echilibrul chimic.

Bibliografie
Victor Mărculețiu, Ligia Stoica, Irina Constantinescu, Aplicații de calcul în chimia generală și anorganică, Editura Tehnică, București, 1976

3/pag.211
La încălzirea într-un tub închis la 3560C a unui amestec de hidrogen și iod s-a stabilit echilibrul:
 H2 + I2  2HI
 la următoarele concentrații:
 [H2 ]=concentrația molară a hidrogenului=0,3 mol/l
 [I2 ]=concentrația molară a iodului = 0,15 mol/l
 [HI ]=concentrația molară a acidului iodhidric = 0,4 mol/l
Să se calculeze valoarea constantei de echilibru și concentrațiile inițiale ale hidrogenului și iodului.

Rezolvare – o variantă propusă

Observăm:

  • La 3560 C toate substanțele chimice sunt gazoase, deci avem un sistem omogen (toate substanțele sunt gaze);
  • Din enunț, înțelegem că reacția dintre hidrogen și iod nu este totală, fiindcă se ajunge la un moment dat la starea de echilibru chimic, la care avem un amestec cu compoziția dată.
  • Din ecuația chimică observăm că:

1 mol de H2 reacționează cu 1 mol de I2 și produce 2 moli de HI

  • Hidrogenul este în exces față de iod (0,3 mol/l este mai mare decât 0,15 mol/l)
  • Avem concentrația molară a acidului iodhidric-produsul reacției și de la care vom “porni” calculele.

Considerații

  • Considerăm volumul vasului de reacție egal cu 1 l, pentru că este mai ușor, să calculăm numărul de moli (avem concentrația molară și volumul).
  • Numărul de moli de hidrogen inițial (intrat) este a; concentrația molară este a/l.
  • Numărul de moli de iod inițial (intrat) este b; concentrația molară este b/l.
  • Cm = număr de moli/Volum (l).
  • Partea (cota) de moli de iod – nu este în exces, care reacționează stoechiometric cu hidrogenul este x, pâna la stabilirea echilibrului chimic.
  • Dacă nu s-ar stabili echilibrul chimic, reacția chimică ar fi totală.
  • Semnul . este pentru înmulțire.
  • Semnul / este pentru împărțire.

Avem următoarea imagine a reacției: intră în vasul de reacție, “a” moli de H2 și “b” moli de I2, dar nu reacționează total, fiindcă la un moment dat se stabilește starea de echilibru chimice-adică viteza de reacție dintre H2 și I2 cu formare de HI devine egală cu viteza reacției de descompunere a HI în hidrogen și iod.La acest moment amestecul din vasul de reacție conține hidrogen nereacționat, iod nereacționat și acid iodhidric format din cantitatea de hidrogen și iod reacționate.
 
Calcule

  1. Se reprezintă cantitățile inițiale și la echilibru chimic de reactanți și produși de reacție.

H2 + I2  ↔ 2HI
a) Se consideră că x este cantitatea de Iod(mol/l) , care reacționeaza tot cu x(mol/l)  de Hidrogen, pentru a produce 0,4 mol/l de Acid iodhidric. Hidrogenul este în exces.

 b)  Avem calculul stoechiometric (pe baza reacției):

Dacă     1 mol de I2……..corespunde la 1 mol de H2……..corespunde la 2 moli de HI
Atunci x moli I2…….corespunde la x moli de H2……corespunde la 2x moli de HI
c) Deci la echilibrul chimic vom avea:
-o cantitate de H2 nereacționat de: a-x
-o cantitate de I2 nereacționat de: b-x
-o cantitate de HI format, egală cu 2x, dar care este egală cu 0,4 moli/l

Tabel de compoziții  (mol/l) ale substanțelor intrate și la stabilirea echilibrului chimic

Cantități inițiale (moli/l) Cantități la echilibru chimic (moli/l)
 [H2 ]= a
[I2 ]=b
[HI ]=0
 [H2 ]=0,3 = a -x
[I2 ]= 0,15 = b-x
[HI ]=0,4 = 2x



  1. Se calculează x, plecând de la cantitatea de HI de la echilibru:

0,4 mol/l = 2x
x = 0,4: 2 = 0,2 mol/l
3. Se calculează a și b, cu ajutorul ecuațiilor din tabel, înlocuind pe x cu 0,2 mol/l:
0,3=a-x; 0,3=a-0,2; deci a = 0,3+0,2=0,5 mol/l
0,15=b-x; 0,15=b-0,2; deci b = 0,15+0,2 = 0,35 mol/l

  1. Se calculează cu ajutorul expresiei matematice, constanta de echilibru Kc.

Kc = [HI ]2 / [H2 ]. [I2 ]
Înlocuim cu valorile numerice ale concentraților la echilibrul chimic și rezultă:
Kc = 0,42 / 0,3.0,15 = 0,16/ 0,045= 3,55
 
                                                                    R: 0,5 mol/l; 0,35 mol/l ; 3,55
 
 
 
4/ 211. La 20000 K constanta de echilibru a reacției:
 
H2 + CO2 H2O + CO
 
Are valoarea de 4,4. Calculați concentrațiile finale într-un vas de 10 l, încărcat inițial cu 1,5 moli H2 și 1,5 moli CO2 la 20000 K.

                                   Varianta propusă pentru rezolvare
 
Observăm prin citirea enunțului că:

  • Toate substanțele la 20000 K sunt gazoase, deci avem un sistem omogen;
  • Coeficienții stoechiometrici sunt 1, deci avem relația:

1 mol de H2…reacționează cu 1 mol de CO2….și produce 1 mol de H2O …și produce 1 mol de CO
2 moli de reactanți = 2 moli de produși de reacție; variația numărului de moli în timpul reacției chimice este 0;

  • Reacția nu este totală, fiindcă se dă în enunț valoarea constantei de echilibru (Kc= 4,4) și care este în funcție de concentrațiile molare ale substanțelor (mol/l);
  • Volumul vasului de reacție=10 l;
  • Intră în vasul de reacție 1,5 moli de hidrogen și 1,5 moli de dioxid de carbon (un număr egal), din care va reacționa numai o parte, fiindcă la un moment dat se stabilește echilibrul chimic. La acest moment, viteza reacției de formare a apei și a monoxidului de carbon (reacția directă) este egală cu viteza reacției de descompunere a acestora în hidrogen și dioxid de carbon;
  • Considerăm x, numărul de moli de H2 care se consumă în reacție până la stabilirea echilibrului, din vasul de 10 l. Deci într-un litru sunt x/10 moli de H2;
  • Considerăm concentrațiile molare ale reactanților la stabilirea echilibrului chimic, egale cu diferența dintre concentrațiile inițiale și partea reacționată.

Ce trebuie să calculăm?
Vom calcula x, cu ajutorul constantei la echilibru și apoi concentrația molară a fiecărui component din amestecul aflat la echilibrul chimic.

Calcule

  1. Calculăm concentrațiile molare inițiale ale reactanților cu ajutorul expresiei matematice:

Cm = n moli / V (mol/l) unde: n moli= număr de moli; V=volum=1 l (conform definiției concentrației molare)
Deci:
Cm la H2 = 1,5 moli /10 l = 0,15 moli/l
Cm la CO2 = 1,5 moli /10 l = 0,15 moli/l

  1. Calculăm concentrația molară a H2 reacționat, până la stabilirea echilibrului chimic:

Cm H2 reacționat= x moli /10 l = 0,1 x (mol/l)

  1. Calculăm cu ajutorul reacției chimice cantitățile (concentrații molare) de CO2, H2O, CO ce corespund la 0,1.x (mol/l) de H2:

Dacă
1 mol de H2…..reacționează cu 1 mol de CO2…produce…1mol de H2O…1mol de CO
Atunci
0,1.x moli de H2…..corespunde la 0,1.x moli de CO2….0,1 moli de H2O …0,1.x moli de CO

  1. Calculăm cantitățile de H2 și CO2 nereacționate la stabilirea echilibrului chimic:

H2 nereacționat = 0,15 -0,1 .x mol/l
CO2 nereacționat = 0,15-0,1.x mol/l

Avem tabelul de mai jos, al cantităților inițiale și la stabilirea echilibrului chimic:

Cantități inițiale (mol/l) Cantități la echilibrul chimic(mol/l)
H2 = 0,15
CO2 = 0,15
H2O = 0
CO = 0
H2 = 0,15-0,1 x
CO2 = 0,15-0,1x
H2O = 0,1 x
CO = 0,1 x

 

  1. Scriem expresia matematică a constantei la echilibru și apoi înlocuim cu valorile lor numerice, la stabilirea echilibrului chimic:

Kc = Cm H2O. Cm CO / Cm H2. Cm CO2
4,4 = 0,1x. 0,1x / 0,15-0,1x). ( 0,15-0,1x)
4,4 = (0,1 x)2 / (0,15-0,1x)2; rezultă o ecuație de gradul 2

  1. Rezolvăm ecuația de gradul 2, obținută mai sus:

a) Prima dată rezolvăm fracția și obținem: 4,4 (0,15-0,1x)2 = (0,1x)2
b) Rezolvăm (0,15-0,1x)2
Știm că: (a-b)2 = a2+b2-2ab, unde
unde a=0,15 și b=-0,1x
► (0,152 +0,12x2 -2.0,15.0,1x) = 0,025+0,01 x2 -0,03x
c)  Înlocuim rezultatul în ecuația de la pct. a
4,4( 0,0225+0,01x2 -0,03x) =0,01x2
0,099+0,044x2-0,132x-0,01x2 =0
0,034x2 – 0,132 x +0,099=0      împărțim la 0,034 pentru a scăpa de zecimale,
x 2 – 3,88x +2,91 = 0
Știm că soluțiile unei ecuații de gradul 2 sunt:

Unde:
a=1; b=-3,88; c= 2,91
x1 =(+3,88 +(-3,88)2-4.2,91.1)/ 2.1
x1=(3,88+1,85)/2= 2,865 – o valoare mare.
x2=(3,88-1,85)/2 =1,015  aprox 1, pe care-l aceptăm.
 
-De ce am ales pe ultima? Dacă se înlocuiește valoarea lui x în concentrațiile molare ale produșilor de reacție cu 2,685 se obține 0,285, care este mai mare decât 0,15- concentrația inițială.

  1. Avem următoarele concentrații la echilibru, după ce înlocuim valoarea lui x, în datele din tabel:

Cm H2O = 0,1x=0,1.1=0,1 mol/l
Cm CO = 0,1x =0,1.1=0,1 mol/l
Cm H2 = 0,15-0,1x=0,15-0,1= 0,05 mol/l
Cm CO2 = 0,15-0,1x=0,15-0,1=0,05 mol/l

                                                                                                                  R: 0,1 mol/l; 0,05 mol/l
 
 
 
 
15/pag.216
La o temperatură dată, constanta de echilibru Kc, a reacției:
 2C A+B
 Are valoarea 1/64. Să se calculeze cantitatea de substanță C, în moli și procente, care disociază la aceea temperatură conform ecuației.
 
                                                                       Rezolvare-o variantă propusă

Observăm în urma citirii enunțului că:

  • Reactantul este C și produșii de reacție sunt A și B; considerăm că toate au aceeași stare de agregare, deci sistemul este omogen;
  • De pe reacție citim că: 2 moli de C se descompune într-un mol de A și într-un mol de B, deci numărul de moli de A este egal cu numărul de moli de B.
  • Avem o reacție reversibilă de descompunere a lui C, fiindcă se pune simbolul “ ↔” între  reactanți și produși de reacție;
  • Fiindcă se dă constanta de echilibru a reacției, Kc, înțelegem că la un moment dat se stabilește starea de echilibru, adică numărul de moli de C care se descompune va fi egal cu numărul de moli de A și B, care se combină și refac pe C.

Kc = CA.CB/ CC2

  • Variația numărului de moli în reacție este 0:

∆ număr moli=suma numărului de moli produși -suma numărului de moli reactanți = 1molA + 1 mol B(care este egal cu A)-2 moli C
∆ număr moli = 2-2=0

  • Dacă nu avem variație de număr de moli în timpul reacției, atunci constanta la echilibru Kc (concentrația substanțelor se exprimă în moli/l-concentrație molară) este egală cu constanta la echilibru Kn (concentrația substanțelor se exprimă în fracții molare la echilibru).
  • Considerăm “X” cantitatea în moli de C, care se descompune până la instalarea echilibrului chimic în produșii A și B;
  • Considerăm:
  • c = numărul de moli de C intrați în reacție= inițial
  • a= numărul de moli de A la echilibru și rezultați din descompunerea cantității “X” de C
  • b=numărul de moli de B la echilibru și rezultați din descompunerea cantității “X” de C

Calcule
Calculul cantității de C intrată în reacție se bazează pe rezolvarea unei ecuații de ordinul 2, rezultată prin înlocuirea cu valorile fracțiilor molare din constanta la echilibru- Kn, la momentul stabilirii echilibrului chimic.

  • Calculăm numărul de moli de A(notat a) și B(notat cu b), care se formează din X, moli de C, pâna la stabilirea echilibrului chimic, pe baza reacției chimice:

Dacă 2 moli de C………corespund la 1 mol de A……….la 1mol de B
Atunci X moli de C…………corespund la a……………….la b
a = X/2 moli;   b = X/2
a = b

  • Tabelul compoziției substanțelor din vasul de reacție la începutul reacției și la stabilirea echilibrului chimic este:

 

Număr de moli intrați(inițial) Număr de moli la echilibru chimic
C=c = 2 moli(atât intră conform reacției) C=c-X
A=0 A=X/2
B=0 B=X/2

 

  • Calculăm fracțiile molare ale substanțelor la stabilirea echilibrului chimic:

x = n moli substanța respectivă din amestec/ suma numărului de moli din amestec
∑(suma) număr de moli la echilibru chimic= n moli C+n moli A+ n moli B
∑=c-X+X/2 +X/2=c-X+X=c
x A =(X/2)/c=xB=0,5X/a
x C=(c-X)/c

  • Înlocuim valorile în expresia matematică a lui Kn și rezolvăm ecuația rezultată, astfel:

Kn = (0,5X)2/ (c-X/a)2=1/64
1/64=0,52 X2/c2.c2/(c-X)2
(c-X)2=64.0,52.X2
c2 +X2-2cx-16X2=0
-15X2-2cx+c2=0
Considerăm  c=2 moli, pentru a avea o ecuație numai cu o necunoscută și rezolvăm ecuația de gradul 2 rezultată:
-15X2-4X+16=0

Avem două soluții:
X1 =4+16/-30 = 20/-30 =-0,66 un număr negativ și este exclus, nu este posibil, fiindcă l-am considerat pe X pozitiv, la începutul calculelor. Gândește-te cum ar fi să înlocuiești pe -0,66 în relația: n moli C la echilibru = c-X(cât s-a transformat)=2-(-0,66) =2+0,66.
-Este adevărat,conform acestui calcul,că avem un consum de C? Nu este!

X2= 4-16/-30 = -12/-30= 0,4 moli= rezultatul bun și real pentru reacție

  • Avem cantitatea de C descompusă în moli și procente molare:

Număr moli de C care se descompun= 0,4 moli
% de moli de C descompus = număr de moli de C descompus .100%/ număr total de moli C intrat
% moli C descompus= 0,4moli.100 % / 2 moli = 20%
                                                                                                           R: 0,4 moli; 20 %

CONCENTRAŢIA SOLUŢIILOR – PROBLEME REZOLVATE

BIBLIOGRAFIE:

Victor Mãrculeţiu, Ligia Stoica, Irina Constantinescu, Aplicaţii de calcul în chimia generalã şi anorganicã, Editura Tehnicã Bucureşti

Motto:

„: înţelegi tu ce citeşti? Iar el n-a zis: bineînţeles, ci a zis aşa: cum aş putea să înţeleg, dacă nu mă va călăuzi cineva?”                         http://romaniacrestina.ro/index.html?Grup=0&Pagina=0&Articol=213

 

Pe baza experienţei de la catedrã, am vrut sã ofer variante de rezolvare pentru unele tipuri de probleme, ce fac referire la concentraţia procentualã, molarã şi normalã, din bibliografia de mai sus. Sunt probleme de nivel mediu şi se celor interesaţi.

CONCENTRAŢIA PROCENTUALĂ

1.Tipul de problemã, în care se cunosc: masa de apã şi masa de substanţã dizolvatã şi se cere concentraţia soluţiei obţinute.

1.d) pag. 108
Se cere concentraţia procentualã a unei soluţii obţinute prin dizolvarea a 68 g NH3 în 132 g apã.

Rezolvare

-Ce ştim ! -Ce nu ştim!
a)Definiţia concentraţiei procentuale
b)Masa de NH3 dizolvat=68 g
c)Masa de apã în care se dizolvã=132 g
a)Masa de soluţie=?
b)Concentraţia procentualã a soluţiei rezultate=x=?

Definiţie: concentraţia procentualã a unei soluţii, în procente de masã reprezintã masa de substanţã dizolvatã (m d) în 100 g de soluţie; dacã soluţia are concentraţia procentualã x%, atunci în 100 g de solutie vor fi x g de substanţã dizolvatã şi (100-x) g de solvent(apã).

Etape de lucru:
►Calculãm masa de soluţie obţinutã prin dizolvarea amoniacului în apã:
ms= md + m apã;   ms= 68g  NH3+132 g apã= 200g
►Se calculeazã concentraţia procentualã, pe baza definiţiei:
Dacã în 200 g soluţie……sunt…….68 g NH3
Atunci în 100 g soluţie……avem…..x
x =100g.68g/ 200g =34%

R: 34%

 

2.Tipul de problemã la care se cunosc concentraţia procentualã şi masa de soluţie şi trebuie sã calculezi masa de substanţã dizolvatã.

Ex3 c)/pag.108
Ce cantitate de substanţã dizolvatã este necesarã pentru a obţine 2 kg soluţie 10% ?

Cunoaştem:
Masa soluţiei=ms=2kg=2000g
Concentraţia procentualã=c%=10%

Nu cunoaştem:
Masa dizolvatã=md=?

Rezolvare

Pe baza definiţiei concentraţiei procentuale, se aplicã regula de trei simplã:
Dacã în 100 g soluţiei……..avem………..10g susbtanţã dizolvatã
Atunci în 2000g soluţie…….vor fi…………md

md= 2000g.10g/100g= 200g

R:200g

3.Tipul de problemã cu diluţia unei cantitãţi de soluţie,de concentraţie procentualã datã, cu o masã cunoscutã de apã, la care trebuie sã calculezi concentraţia procentualã a soluţiei obţinute.

Ex.8a/pag.110
Se dã 80 g de soluţie 15% şi se adaugã 20 g de apã. Se cere concentraţia procentualã a soluţiei finale.

 Cunoaştem:
msi = masa soluţiei iniţiale=80g
ci(%) =concentraţia procentualã a soluţiei iniţiale= 15%  = 15g/100g soluţie
m apã adãugatã = 20g

Nu cunoaştem şi vom calcula:
md=masa de substanţã dizolvatã şi care este aceeaşi în soluţia iniţialã şi finalã=? (nu se modificã, fiindcã nu se introduce, nu se pierde)
msf = masa soluţiei finale=?
cf(%) = concentraţia procentualã finalã=?

 Rezolvare

 ►Se calculeazã md
Dacã în 100 g soluţie………..sunt…….15 g substanţã dizolvatã
Atunci în 80 g soluţie ……….sunt…….md
md=80g.15g/100g=12 g

►Se calculeazã masa soluţiei finale, cu relaţia:
msf =msi+ m apa; msf = 80g+20 g=100g
► Se calculeazã concentraţia procentualã finalã:
Dacã în 100 g soluţie finalã…..sunt…….12g substanţã dizolvatã
Atunci în 100g soluţie………..sunt……..cf(%)
Cf (%)=100g.12g / 100g= 12 %

R: 12%

4.Tipul de problemã cu neutralizarea unor cantitãţi (volume) de acizi şi baze de anumite concentraţii.

16B b) Se dã 600 g de soluţie KOH de 11,2 %  şi ce cere numãrul de moli de H2SO4, care neutralizeazã total baza.

Cunoaştem:
ms de KOH = masa soluţiei= 600g
ci(%) =concentraţia procentualã a soluţiei de KOH= 11,2%  = 11,2g KOH /100g soluţie
acidul din reacţie= H2SO4
M de KOH = 56 g/mol (am calculat-o)
M de H2SO4 = 98 g/ mol  (am calculat-o)

Nu cunoaştem şi vom calcula:
md=masa de substanţã dizolvatã de KOH şi care va reacţiona cu H2SO4 =?
m = masa de H2SO4 =x = ?

Se calculeazã de pe reacţia cu KOH
2KOH + H2SO4→K2SO4+2H2O
Baza       Acid         Sare           Apa     pH  final= 7(neutru)

n moli de H2SO4 = y =?

Rezolvare
►Se calculeazã md de KOH
Dacã în   100 g soluţie………..sunt…….11,2 g substanţã dizolvatã
Atunci în 600 g soluţie ……….sunt…….md
md=600 g.11,2 g/ 100g= 67, 2 g de KOH
►Se calculeazã masa de H2SO4 de pe reacţia cu 67,2 g de KOH:
67,2 g        x
2KOH  +  H2SO4→K2SO4+2H2O
2.40           98
x = 67,2 g.98 g/mol/2.56 g/mol=58,8 g

► Se calculeazã numãrul de moli de acid sulfuric:
Dacã 98g/mol…corespunde la ……1 mol de H2SO4
Atunci 58,8 g……………..vor avea …y moli
y = 58,8 g.1 mol/98 g/mol=0,6 moli

O ALTĂ VARIANTĂ

Se poate calcula numãrul de moli de acid sulfuric şi…

☺ Observãm de pe reacţia chimicã cã:
2 moli de KOH reacţioneazã cu 1 mol de H2SO4 şi noi avem 67,2 g de KOH. Vom aplica regula de trei simplã, dupã ce calculãm, câti moli reprezintã 97,2 g de  KOH:
♦♦ n moli KOH=m KOH/M de KOH
n moli KOH=67,2 g/56 g/mol=1,2 moli de KOH
♦♦
Dacã 2 moli de KOH……neutralizeazã…..1mol H2SO4
Atunci 1,2 moli KOH……neutralizeazã…….y
y = 1,2 moli.1 mol/2 moli=0,6 moli de H2SO4

R: 0,6 moli
19 a) 200 cm3 soluţie HCl 26,2 % cu densitatea de 1,12 g/cm3 se neutralizeazã cu x cm3 soluţie NaOH 20 % cu densitatea de 1,22 g/cm3. Calculaţi volumul (x) de soluţie NaOH.
Cunoaştem:
Vs de HCl = volum soluţie=200 cm3
C HCl (%) =concentraţia procentualã a soluţiei de HCl= 26,2% =26,2g HCl/100g soluţie
d=densitatea soluţiei de HCl=1,12 g/cm3
CNaOH(%)=20%=20 g de NaOH în 100g soluţie de NaOH
d=densitatea soluţiei de NaOH=1,22 g/cm3
M de NaOH=40 g/mol (am calculat-o)
M de HCl=36,5 g/ mol (am calculat-o)

Nu cunoaştem şi vom calcula:
m s de HCl=masa soluţiei de HCl=? Se calculeazã din volum şi densiatate
md HCl=masa de substanţã dizolvatã de HCl=? Se calculeazã din concentraţia procentualã.
m d NaOH=masa dizolvatã de NaOH în volumul de soluţie=masa de NaOH ce va reacţiona cu HCl=a=?
Se calculeazã de pe reacţia de mai jos:
NaOH +HCl→NaCl+ H2O
Baza  Acid  Sare   Apa      pH  final=7(neutru)

m s de NaOH=b=?
V s =volumul soluţiei de NaOH=x=?

Rezolvare

Se calculeazã ms de HCl din volumul soluţiei şi densitate:
d = ms/Vs;  ms = d.Vs
m s de HCl=1,12 g/cm3. 200 cm3=224 g de soluţie

Se calculeazã masa dizolvatã de HCl, în 224 g de soluţie de 26,2%:
Dacã în   100 g soluţie………..sunt…….26,2 g substanţã dizolvatã HCl
Atunci în 224 g soluţie ……….sunt…….md
md=224 g. 26,2 g/ 100g= 58,688 g de HCl

Se calculeazã masa de NaOH  de pe reacţia cu 58,688 g de HCl:

58,688g     a
HCl     +  NaOH →NaCl+ H2O
36,5        40

x =58,688 g.40 g/mol/36,5 g/mol=64,316 g NaOH

Se calculeazã masa soluţiei de 20 % NaOH:

Dacã   20 g de NaOH……..sunt…….în 100 g soluţie.
Atunci 64,316  g……………sunt    … ..b  g de soluţie

y = 64,316 g.100 g /20 g =321,58 g de soluţie

Se calculeazã volumul  soluţiei de 20 % NaOH din densitate

1,22 g/cm3 = 321,58 g / Vs
Vs = 321,58 g / 1,22 g/cm3 = 264 cm3

R: 264 cm3

CONCENTRAŢIA MOLARĂ A SOLUŢIILOR

Prin concentraţia molarã (molaritatea) a unei soluţii se înţelege numãrul de moli de substanţã dizolvatã la 1L (litru) de soluţie.
1L = 1000mL= 1000 cm3

1.Tipul de problemã la care se cunosc concentraţia molarã şi volumul de soluţie; trebuie sã se calculeze masa de substanţã dizolvatã.

 1/pag 120 Ce cantitate de substanţã dizolvatã se gãseşte în 1600 cm3 de soluţie CaCl2 ¼ m ?
  Rezolvare
Se aplicã regula de trei simplã, plecând de la definiţia concentraţiei molare, pentru a calcula masa dizolvatã de CaCl2

Cunoaştem:
V s=1600 cm3=1600:1000=1,6 L
C M= ¼ = ¼ moli de CaCl2 la 1 L de soluţie
M CaCl2=111 g/mol (am calculat-o)
1 mol de CaCl2 = M CaCl2=111 g/mol

Deci:
Dacã 1 L soluţie………..are……1/4 moli de CaCl2=1/4. moli .111g/mol CaCl2
Atunci în 1,6 L………….sunt……..m d (masa dizolvatã)
 
md = 1,6L.¼.mol.111g /mol/1L=44,4g

 R:44,4 g

CALCULE STOECHIOMETRICE CU CONCENTRAŢIA SOLUŢIILOR

Se oferă modele de rezolvare, ale unor probleme ce implică calcul stoechiometric cu concentraţia soluţiilor. Este o abordare personală. Succes!

1. 500 g de soluţie 11,2% NaOH se neutralizează cu y g de soluţie 49% H2SO4. Se cere y. R: y=140 g de soluţie

 Rezolvare

a) Datele problemei ms = masa soluţiei de NaOH=500g c% de NaOH=11,2% ms = masa soluţiei de H2SO4=y= trebuie calculată=? c% de H2SO4 = 49% Masa molară NaOH= 40 g/mol Masa molară H2SO4=98 g/mol b) Ce trebuie să ştim: Definiţia concentraţiei procentuale; Reacţia chimică dintre NaOH şi H2SO4; Calcul stoechiometric-calcul pe baza reacţiei chimice c)Ce trebuie să aflăm: Masa dizolvată de NaOH din soluţia de 11,2% NaOH=a=?; Masa de H2SO4, care va reacţiona cu masa dizolvată de NaOH, de mai sus=b=?; Masa soluţiei de H2SO4 de concentraţie 49%, ce conţine cantitatea de H2SO4, calculată mai sus. d) Etapele rezolvării: d1) Se calculează masa de NaOH dizolvată ĩn 500 g soluţie de 11,2%. Dacă ĩn 100% de soluţie NaOH……sunt………11,2% de NaOH dizolvate Atunci ĩn 500 g de soluţie NaOH….sunt……….a (g) a= 500.11,2/100=56g de NaOH d2 Se scrie reacţia chimică dintre NaOH şi H2SO4 şi apoi se calculează de pe reacţie masa de H2SO4. 56g             b 2NaOH + H2SO4→Na2SO4 + 2H2O 2.40            98 b = 56g . 98 g/mol / 2.40g/mol = 68,6 g de H2SO4 d3 Se calculează masa soluţiei de acid sulfuric de concentraţie procentuală 49%, care va conţine 68,6 g de H2SO4: Dacă ĩn 100% soluţie de acid…….sunt………….49% H2SO4 Atunci ĩn “y” g de soluţie ………..sunt………….68,6 g de H2SO4 y = 100%.68,6 g / 49% = 140 g de soluţie

R: 140 g de soluţie de acid sulfuric

2/ Este o problemă ce se referă la reacţiile metalelor Al, Mg, Cu cu HCl şi H2SO4 . Autorii au ales foarte bine acest exemplu, fiindcã ajută elevii să cunoascã şi să diferenţieze reacţiile acestor metale cu acidul sulfuric şi clorhidric.

 Bibliografie:

Teste şi bareme / Olimpiada de ştiinţe pentru junior/ Marta Turcu, Adriana Simona Popescu,ş.a/

Duraluminiul este un aliaj al aluminiului, cu adaos de cupru şi magneziu, ĩn principal, utilizat pe scară largă ĩn industria aeronautică. O probă de aliaj duraluminiu, cu masa de 20 g, ce conţine aluminiu, cupru şi magneziu, se tratează cu soluţie de acid clorhidric şi se constată degajarea unui volum de 23,80 L de gaz, măsurat ĩn condiţii normale de temperature şi de presiune. O altă probă de aliaj, având compoziţie chimică şi masă identică cu prima, se tratează cu o soluţie de acid sulfuric de concentraţie 98%, rezultând un volum de 24,08 L de gaze, măsurate ĩn condiţii normale de temperaturã şi de presiune. Determinaţi cantitãţile de aluminiu, cupru şi magneziu.

Varianta de rezolvare propusã

a) Ce ştim:

duraluminiul este un aliaj al Al cu principalele metale Cu şi Mg;
Al reacţionează cu HCl, H2SO4, cu formare de H2 şi săruri; nu reacţionează cu HNO3 diluat şi concentrat(pasiv).
Mg reacţionează cu HCl, H2SO4, cu formare de H2 şi săruri;
Cu reacţionează numai cu acizii care-l pot oxida (acid sulfuric concentrat şi acid azotic concentrat). Cu H2SO4 concentrat (98%) formează SO2, apă şi sulfat de cupru.
Notãm cu m 1 = masa probei ĩn reacţia cu HCl= 20 g de aliaj
Notãm cu m 2 = masa probei ĩn reacţia cu H2SO4 concentrat = 20 g de aliaj
c% de H2SO4= 98 %
V1 de gaz = volumul de gaz, degajat ĩn reacţia cu HCl, care este H2 = 23,80 L (condiţii normale)
V2 de gaz= volumul de gaz degajat ĩn reacţia cu H2SO4, care va conţine H2 şi SO2 = 24,08 L (condiţii normale)
V m = 22,4 L/ mol gaz = 22,4 m3/ kmol gaz= volumul molar, ĩn condiţii normale (t=00C şi P=1 atm)
Masa molară H2SO4=98 g/mol
AAl = 27 g/mol atomi
A Cu = 64 g/mol atomi
A Mg = 24 g/mol atomi

b) Ce trebuie să ştim:
Reacţiile chimice dintre HCl, H2SO4 cu Al, Mg, Cu
Calculul stoechiometric-calcul pe baza reacţiei chimice

Notăm masa de:
m Al= x
m Mg = y
m Cu = z
a =Volumul de H2 din reacţia HCl cu Al (L)
b = Volumul de H2 din reacţia HCl cu Mg (L)
a’ =Volumul de H2 din reacţia H2SO4 cu Al (L)
b’ =Volumul de H2 din reacţia H2SO4 cu Mg (L)
c =Volumul de SO2 din reacţia H2SO4 cu Cu (L)

c) Etapele rezolvării

Pentru a afla masele de Al, Mg, Cu, trebuie să rezolvăm un system de două ecuaţii cu volumele de gaze degajate ĩn reacţia cu HCl şi H2SO4 cu cele două probe cu aceeaşi masă (20g). Ne dãm seama, fiindcã avem în enunţ masa aliajului şi volumul gazelor rezultate din reacţia cu cei doi acizi.

23,8 = a+ b

24,08= a’ + b’ + c

c1) Scriem ecuaţiile chimice ale reacţiilor HCl cu Al şi Mg şi calculăm volumele a şi b de H2 rezultate:
 x                                     a
Al    + 3HCl→AlCl3 + 3/2 H2
27g/mol                     (3/2).22,4L

y                                     b
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
24g/mol                          22,4 L

a = x (g) .22,4 L .3/2 / 27 g/mol atomi = 11,2x / 9 = 1,24 x (L)

b = y (g) .22,4 L / 24 g/mol atomi = 0,93 y (L)

Deci:
a + b =23,8 ; 1,24 x + 0,93 y = 23,8
c2) Scriem ecuaţiile chimice ale reacţiilor H2SO4cu Al, Mg şi Cu:
x                                               a’
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
2.27g/mol                                 3.22,4 L

a’ = x (g).3.22,4 L / 2.27 g/mol = 1,24 x (L)
y                                         b’
Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
24 g/mol                             22,4 L

b’ = y (g).22,4 (L) .24 g/mol = 0,93 y (L)
z                                                   c
Cu + H2SO4 → CuSO4+ H2O + SO2
64g/mol                                       22,4 L

c = z.22,4 L / 64 g/mol = 0,35.z

Deci:
a’ + b’+ c =24,08 ; 1,24x + 0,93 y + 0,35 z= 24,08
 c3) Rezultă sistemul:
1,24 x + 0,93 y = 23,8
1,24x + 0,93 y + 0,35 z = 24,08
c 4 ) Se observă că, se poate ĩnlocui 1,24 x + 0,93 y cu 23,8 ĩn a doua ecuaţie şi calculăm z:
23,8 + 0,35 z = 24,08
0,35 z = 24,08-23,8=0,28
z =0,28: 0,35= 0,8 g Cu
z=0,8 g Cu
 c 5) Se calculează “x” şi “y”:
Vom avea un system de 2 ecuaţii:
x + y+ z=20
1,24 x + 0,93 y = 23,8
 Ĩnlocuim pe z cu 0,8 si rezultã:
x + y +0,8 = 20
1,24x+0,93y=23,8
x + y = 19,2 Ĩnmulţim cu (-0,93)
1,24 + 0,93y = 23,8
Rezultã:
-0,93 x-0,93y= -17,86
1,24 x + 0,93 y = 23,8
(1,24-0,93)x + 0. y = 23,8-17,86 =5,94

0,31 x = 5,94 ; x = 5,94 : 0, 31 = 19,16;
x = 19,16 g Al
Calculãm y, din prima ecuaţie a sistemului, prin înlocuirea lui x cu 19,16:
y + 19,16= 20
y = 20-19,16= 0,84 g Mg

R: 19,16 g Al; 0,84 g Mg; 0,8 g Cu

EXAMENUL NAŢIONAL DE DEFINITIVARE ȊN ȊNVĂŢĂMȂNT PROBA SCRISĂ LA CHIMIE-4AUGUST 2016

Fãrã prea multe explicaţii, am rezolvat câteva din problemele date, cu dorinţa de a ajuta colegii, care se pregãtesc pentru acest examen, oferindu-le un mod de ȋnţelegere a problemei. Varianta propusã nu exclude altele corecte. Unele probleme prezintã interes şi pentru elevii, care se pregãtesc la concursuri de chimie. Am încercat sã adaptez baremul la varianta de rezolvare propusã. Succes!

 

Subiectul I/ A. 2………………………………………………………..6puncte

 Un amestec format din etenã şi monoxid de carbon conţine 38,09% oxigen, ȋn procente masice. a)Determinaţi raportul molar etenã:monoxid de carbon; b.Explicaţi faptul cã masa molarã medie a amestecului este constantã, indiferent de valoarea raportului molar etenã: monoxid de carbon din amestec.

REZOLVARE

Barem de evaluare si notare

a1.Raţionament corect 3 puncte
 
Ştim:
Procentul de Oxigen din amestec=38,09%
Masa molecularã a C2H4 = 28 g/mol ( o calculãm, fiindcã se dau masele atomice la H, C, O)
Masa molecularã a CO = 28 g/mol (o calculãm)

Nu ştim:
Masa de etenã(C2H4)=a(g)=?
Masa de monoxid de carbon (CO)=b(g)=?
Masa amestecului de etenã şi monoxid de carbon= a+b=?(g)
Masa de oxigen din amestec=x=?
n moli de C2H4 =?
n moli de CO = ?
raport molar C2H4:CO = n moliC2H4: n moli CO=?
Masa molecularã medie a amestecului=?

Varianta de rezolvare propusã se bazeazã pe calcularea masei de oxigen din amestecul de etenã şi monoxid de carbon-observãm cã numai monoxidul de carbon conţine oxigen; se calculezã cu ajutorul ei, masa de monoxid de carbon, apoi masa de etenã şi apoi raportul molar.

a.2 Calcule 1 punct

  • Masa de oxigen din amestecul de etenã şi monoxid de carbon(a+b)

ȋn 100% amestec……….sunt…………38,09% O
atunci (a+b) g de amestec……………….x
x = 38,09 (a+b) / 100= 0,3809 (a+b)

  • Masa de monoxid de carbon ce conţine aceastã cantitate “x” de oxigen:

Dacã 1 mol de CO=28 g/mol……are……………….16 g/mol de O
Atunci b……………………au………………………0,3809 (a+b)g
b = 28 .0,3809 (a+b) /16= 0,666 (a+b)g de CO

  • Masa de etenã este:

a=m amestec – m monoxid de carbon= (a+b)-0,666 (a+b)
m etenã= (a+b) [1-0,666]=0,334(a+b)g de C2H4

  • Raportul molar etenã: monoxid de carbon

n moli de etenã: n moli de monoxide de carbon
n moli = Masa substanţei/ masa molecularã
Deci, vom avea :
0,334(a+b)/28 : 0,666(a+b)/28

Se simplificã prin (a+b)/28 şi rãmâne:
0,334: 0,666 = 1:2

Deci raportul molar C2H4:CO = 1: 2
b. Explicaţie corectã…….2 puncte

Observãm cã masele moleculare sunt egale la C2H4 şi CO.
Masa molarã medie a amestecului nostru se calculeazã cu relaţia:
M medie  = x1M C2H4 + x2 M CO

Unde:
x 1 = fracţia molarã de etenã din amestec
x 2 = fracţia molarã de monoxid de carbon din amestec
Aceste fracţii molare de mai sus se calculeazã astfel:
-numãrul total de moli de amestec este: avem 1 mol de etenã şi 2 moli de monoxid de carbon, deci un total de 3 moli:
-atunci fracţia molarã de etenã este:  n moli de etenã/ n total de moli=1/3
-atunci fracţia molarã de monoxide de carbon este: n moli de monoxide de carbon/ n total de moli: 2/3
Deci masa molarã medie a amestecului este:

M medie  =28.  1/3 + 28 .2. /3 = 28. (1/3 +2/3) = 28. (3/3) = 28

O concluzie este cã, indiferent de raportul molar al componenţilor amestecului, dacã aceştia au masele moleculare egale, atunci masa molecularã medie a amestecului nu se modificã.
SUBIECTUL I C.2 ………………………………………………………….5 puncte
O probã de glucozã se dizolvã ȋn 182 g de apã, obţinându-se o soluţie cu densitatea 1,25 g/mL.Se iau cu pipeta 8 mL din soluţia obţinutã şi se trateazã cu reactive Tollens, depunându-se 1,08 g de argint.

  1. Scrieţi ecuaţia dintre reactivul Tollens şi glucozã, utilizând formule de structurã pentru compuşii organici.
  2. Determinaţi masa de glucozã din probã.

REZOLVARE

Barem de evaluare şi notare

  1. Scrierea ecuaţiei dintre reactivul Tollens şi glucozã (utilând formule de structurã pentru co001mpuşi organici) 1 punct

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Raţionament corect (3 puncte)

Ştim:
Masa de apã din soluţia iniţialã de glucozã= m H2O= 182 g
Densitatea soluţiei iniţiale de glucozã= d1= 1,25 g/mL
Volumul soluţiei de glucozã tratatã cu reactivul Tollens =V s2=  8 mL
Masa de argint rezultatã ȋn urma reacţiei dintre reactivul Tollens şi 8 mL sol. Glucozã=1,08g
Masele atomice=H-1;C-12;O-16;Ag-108

Nu ştim:
Masa de glucozã din soluţia iniţialã=a=? (g)
Masa soluţiei iniţiale de glucozã= m s1 =?(g)
Volumul soluţiei iniţiale de glucozã= Vs1 ? (mL)
Masa de glucozã din 8 mL=x=? (g)

Varianta de rezolvare propusã pleacã de la calcularea masei de glucozã din 8 mL soluţie ce produce 1,08 g de Ag; apoi se calculeazã masa soluţiei iniţiale de glucozã pentru a afla cu ajutorul densitãţii volumul iniţial de soluţie de glucozã şi apoi prin regula de trei simplã se calculeazã masa de glucozã din acest volum, ştiind masa de glucozã din 8 mL (vom rezolva o ecuaţie cu o necunoscutã “a” ).

c.Calcule……………………1punct

Masa molecularã la glucozã C6H12O6= 6.12+12.1+6.16=180

  • Calculãm masa de glucozã din 8 mL ce produce 1,08 g de Ag (calcul de pe reacţia chimicã):

1 mol glucozã=180g/mol…are…..………..2.atom g de Ag=2.108 g/mol
Atunci x g glucozã………….produc………1,08 g
x = 180 .1,08/2.108 = 0,9 g de glucozã

  • Calculãm masa soluţiei iniţiale de glucozã:

m s1 = m glucozã + m apã= a+ 182

  • Calculãm volumul initial de soluţie de glucozã:

d = m s1/ Vs1
V s1 =  m s1 / d  = (a+182)g / 1,25 g/ mL =  (a+182)/ 1,25  mL

  • Aplicãm regula de trei simplã şi aflãm valoarea lui “a”:

Dacã ȋn 8 mL soluţie ……..sunt……….0,9 g de glucozã
Atunci (a+182)/1,25 mL………au……..”a” g de glucozã

8.a=0,9(a+182)/1,25 = 0,72(a+182)
8.a = 0,72.a + 131,04
8a-0,72a=131,04
7,28 a = 131,04
a =131,04:7,28 = 18 g

Masa de glucozã din soluţia iniţialã este 18 g.

METALE_PROBLEME DE CHIMIE_M.IUSUT

Am rezolvat acele probleme, în care combinaţiile metalelor: Na, Ca, Al, Fe, Cu, au aplicaţii în Tehnologie şi Chimie Analiticã-analiza substanţelor. Varianta de rezolvare este punctul meu de vedere şi nu anuleazã alte rezolvãri. Doresc sã ofer o schemã, care sã stimuleze gândirea elevului şi sã stabileascã corelaţii interdisciplinare.

Bibliografie

M.Iusut, Probleme de chimie generalã si anorganicã, Editura tehnicã, Bucuresti,1981

SODIU ŞI COMPUŞII LUI

1(5/245).  2,82 g amestec solid de Na2CO3 şi NaCl se dizolvã ȋn apã distilatã, obţinându-se 200 cm3 de soluţie. Pentru titrarea a 25 cm3 din aceastã soluţie se consumã 21 cm3 soluţie 0,105N de HCl. Calculaţi conţinutul de NaCl din amestecul solid initial-exprimat ȋn procente.

 Rezolvare

1.Scoatem datele problemei.
 Date cunoscute:
m amestec=2,82g
Vsoluţie amestec initial = 200cm3
V soluţie amestec titrare=25 cm3
V soluţie HCl titrare = 21 cm3
C N soluţie HCl = 0,105 N (nEg/L soluţie)
M Na2CO3 = 106
M HCl =36,5
Date necunoscute
m Na2CO3 = a
m NaCl = b
% NaCl = b’
nEg Na2CO3  = x

2.Operaţiile de laborator, ce au loc sunt redate ȋn schema de mai jos:

problema 5_Iusut
3.Reacţia care are loc la titrare este dintre Na2CO3 şi HCl; NaCl nu reacţioneazã cu HCl:
Na2CO3 +2HCl = 2NaCl + H2O + CO2 ↑

Reacţia face parte din analiza volumetricã bazatã pe reacţia de neutralizare, fiindcã carbonatul de sodium suferã o hidrolizã bazicã, ȋn soluţia apoasã. Este şi o reacţie de efervescenţã (fierbere la rece, din cauza degajãrii CO2) şi serveşte la identificarea carbonaţilor, respecticv a bicarbonaţilor.

4.Calcularea masei de NaCl din amestecul solid se bazeazã pe etapele: se calculeazã masa de Na2CO3 –  numãr de Eg din 25 ml probã ce reacţioneazã cu 21 ml soluţie HCl 0,105 N; apoi se calculeazã masa de Na2CO3 din 200 ml soluţie, obţinutã din 2,82 g amestec;prin diferenţã se calculeazã masa de NaCl şi apoi procentul de NaCl.

4.a Se calculeazã numãrul de echivalenţi gram de Na2CO3 din 25 ml ce reacţioneazã cu 21 ml de HCl 0,105N:
nEg de Na2CO3 = nEg de HCl
nEg de HCl din concentraţia normalã este = CN . V
nEg de Na2CO3 = 0,105 (nEg/l) . 21.10-3 l = 2,205.10-3

4.b Se calculeazã cu regula de trei simplã numãrul de echivalenţi gram(x) din 200 ml amestec de carbonat de sodium şi clorurã de sodium, cu masa de 2,82 g:
Dacã ȋn 25 ml soluţie………avem………..0,002205 Eg Na2CO3
Atunci ȋn 200 ml soluţie……avem……….x

x = 200 ml .0,002205 Eg / 25 ml =0,01764 Eg
4.c Se calculeazã masa (a) de Na2CO3:
nEg = m / Eg
m = nEg . Eg

Eg de Na2CO3 = M / nr. de metal.valenţa metal; metalul este Na
Eg de Na2CO3 =106/ 2.1 = 53
a = 0,01764.53 = 0,935 g
4.d Se calculeazã prin diferenţã din 2,82 g amestec, masa de NaCl (b)

2,82 = a+ b; b=2,82-a
b = 2,82 – 0,935= 1,885g NaCl

4.e Se calculeazã procentul (b’) de NaCl din amestecul solid de 2,82 g, cu regula de trei simplã:

Dacã 1,885 g de NaCl…….sunt………..ȋn 2,82 g amestec
Atunci b’  % de NaCl…………sunt………..ȋn 100 % amestec

b’ = 1,885 g.100% / 2,82g
b’ = 66,84%
R: 66,84%

Pot apare diferenţe.

ALUMINIUL ŞI COMPUŞII LUI

 

https://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiu
Aluminiul este dupã oxigen şi siliciu, unul dintre cele mai rãspândite elemente de pe suprafaţa pãmântuluiSe gãseşte ȋn cantitãţi mari ȋn silicaţi,argile, oxi-hidroxizi,oxizi micşti de aluminiu cu alte metale.Compuşii aluminiului se ȋntâlnesc şi ȋn lumea vegetalã si animala.Cuvântul „alumen”, care este tradus în „alaun” ,apare în lucrarea lui Pliniu cel Bătrân. Fiindcã are proprietãţi fizice şi mecanice foarte bune este utilizat sub formã de aliaje la construcţia avioanelor, a unor piese solicitate mecanic. Se utilizeazã şi la fabricarea de vase pentru uz casnic şi industrial. Se poate aminti aliajul lui, duraluminiul (3-5%Cu; 1% Mg; 0,5-0,8%Mn),care are o mare rezistenţã mecanicã.

1(1/pag 263) Ȋn aluminiul de puritate 99,9% la câţi atomi de aluminiu revine un atom de siliciu, considerat ca singura impuritate?

Rezolvare

1.Scoatem datele problemei:
Date cunoscute
% Al=99,9% ȋn aliaj
% Si- dacã este singura impuritate din aliaj va fi= 100-%Al=0,1%
Numãr atomi de Si =1
m aliaj=considerãm 100 g
A Al=masa atomicã Al=27
A Si=masa atomicã Si = 28

Date necunoscute
m Al=x=?
m Si =y=?
n atomi Al=z=?

2.Se calculeazã masele de Al şi Si din 100 g de aliaj, cu regula de trei simplã:

Dacã ȋn 100% aliaj…….avem 99,9% Al…..şi….0,01%Si
Atunci 100 g aliaj ……….au x g de Al……şi….y g de Si
x=100g.99,9%/100%=99,9g Al
y=100g.0,1%/100%=0,1g Si

3.Se calculeazã numãrul de atomi(g) de Al şi Si:
n atomi=m Al/A Al
n atomi Al=99,9/27=3,7
n atomi Si=0,1/28=0,0036
4.Se calculeazã numãrul de atomi de Al ce corespund la 1 atom de Si:

La 0,0036 atomi de Si …….corespund …….la 3,7 atomi de Al
Atunci la 1 atom Si…………….corespund……..la z

z = 1atom.3,7 atomi/ 0,0036= 1028 atomi

R: 1028 atomi Al

2(2/pag.262)
1456 l soluţie 10,5% de KOH (d=1,1 g/cm3) au absorbit complet gazul degajat la anod la obţinerea industrialã a aluminiului.
a)Care este concentraţia sãrii neutre care s-a format ȋn soluţie ? b) Ce cantitate de aluminiu s-a obţinut?

Model de rezolvare propus

Fiindcã ȋn problemã se spune despre anod (electrod din electrolizã), avem procedeul industrial de obţinere a aluminiului prin electroliza oxidului de aluminiu, cu electrozi (catod şi anod) din cãrbune. Oxidul de aluminiu este topit şi se adaugã criolitã (Na3AlF6), pentru coborârea punctului de topire de la 20000C la 10000C. Oxidul de aluminiu se obţine din bauxite – un oxid hidratat de aluminiu.

La electrolizã au loc reacţiile:
1.Disocierea oxidului de aluminiu din topiturã ȋn ioni de aluminiu şi oxigen.
2.Deplasarea ionilor de Al3+ din topiturã spre catod(electrod legat la polul negativ al sursei de curent), unde se descarcã:
Al3+ + 3e- = Al –reacţie de reducere
3.Deplasarea ionilor de O2- din topiturã spre anod(electrod legat la polul pozitiv al sursei de curent), unde se descarcã:
O2- -2e- = O atomic  – reacţie de oxidare
2O atom = O2
O2 se combinã cu C din anod:
O2 + C = CO2↑

Bioxidul de carbon degajat din electrolizã este absorbit complet ȋn soluţia de KOH, unde reacţioneazã cu KOH şi formeazã o sare neutrã, adicã carbonat de potasiu.
CO2 + 2KOH = K2CO3 + H2O

Deci vom avea reacţiile:
2Al2O3 = 4Al + 3O2
3O2 + 3C = 3CO2
3CO2 + 6KOH = 3K2CO3 + 3H2O
Rezultã cã:
2 moli de Al2O3 corespund la: 4 atomi-g de Al; 3moli de CO2; 6 moli de KOH; 3 moli de K2CO3;3 moli H2O.

a) Calcularea concentraţiei procentuale a K2CO3 format dupã absorţia CO2 ȋn soluţia de KOH.
Cp de K2CO3 = m K2CO3.100 / m soluţie finalã

Un bilant masic al procesului de absorţie este:
m KOH + m H2O de dizolvare + m CO2 = m K2CO3 + m H2O de dizolvare + m H2O din reacţie

Notãm cu:
x = m K2CO3
y = m H2O din reacţie
z = m CO2

Se fac urmãtoarele calcule de mai jos, pentru a calcula masa carbonatului de potasiu şi masa soluţiei finale.

a.1 Se calculeazã masa de KOH  şi masa de apã din 1456 l soluţie 10,5% cu densitatea de 1,1 g/cm3:
-masa soluţiei de KOH:
d=ms/Vs;ms=d.Vs
ms=1,1g/cm3.1456.1000cm3=1602.1000g=1602 kg soluţie KOH 10,5%
-masa de KOH din soluţie:
mKOH= 10,5. 1602/100= 168,2 kg de KOH
-masa de apã este:
m H2O din soluţie = ms–mKOH
m H2O din soluţie = 1602–168,2=1433,8 kg apã

a.2 Se calculeazã masa de carbonat de potasiu, care se formeazã ȋn reacţia chimicã de la absorţia bioxidului de carbon ȋn hidroxid de potasiu:

6 kmoli KOH………produc………3 kmoli K2CO3
Se lucreazã ȋn kmol, fiindcã avem masa de KOH ȋn kg.
1 kmol are masa egalã cu masa molecularã (kg/ mol)
M KOH = 56(s-a calculat)
M K2CO3 = 138(s-a calculat)
Deci vom avea regula de trei simplã:

Dacã 6.56 kg/mol KOH……………produc….3.138 kg/mol K2CO3
Atunci 168,2 kg KOH……………..produc …..x  kg de K2CO3
x = 168,2. 3.138 /6.56 = 207,24 kg de K2CO3

a.3 Se calculeazã masa de apã rezultatã ȋn reacţia de la absorţia CO2 ȋn KOH, prin calcul stoechiometric(pe bazã de reacţie):
1 kmol H2O = masa molecularã apã= 18 kg/mol

dacã 6.56 kg/mol KOH……..produc……..3.18 kg/mol H2O
atunci 168,2 kg KOH………produc……..y kg de apã
y = 168,2 kg. 3.18 kg/mol/ 6.56 kg/mol = 27,03 kg de H2O

a.4 Se calculeazã masa de CO2 absorbit complet (adicã nu sunt pierderi), pe baza reacţiei de la absorţie:

1 kmol de CO2 = masa molecularã a CO2 =44kg/mol

Dacã 6.56 kg/mol de KOH…….reacţioneazã cu….3.44kg/mol de CO2
Atunci 168,2 kg KOH…………reacţioneazã cu……z kg de CO2
z = 168,2.3.44/6.56 = 66,10 Kg de CO2
a.5 Se calculeazã masa soluţiei finale, aşa cum se vede din desenul de mai jos:
problemaAl_iusut corectat

m soluţie finalã =1433,8+207,24+27,03=1668,07

a.6 Concentraţia soluţiei finale ȋn K2CO3 este:

Cp K2CO3 = 207,24.100/ 1668,07 = 12,42 %

b) Calcularea masei de aluminiu obţinut. Se presupune cã oxigenul degajat la anod reacţioneazã total cu carbonul din anod.
Se aplicã calcul stoechiometric, pe bazã de reacţie chimicã:
A Al=27
La 6.56 kg de KOH…………corespund……….4.27 Kg de Al
Atunci la 168,2 kg de KOH……….corespund……….t
t = 168,2.4.27/ 6.56 =54,06 kg Al

R: a) 12,42%; b) 54,06 kg.

PLUMBUL ŞI STANIUL

O INTRODUCERE

Bibliografie:
1.C.D.Neniţescu, Chimie anorganicã;
2.Marilena Şerban, Felicia Nuţã, Rezolvare de problem de chimie, clasele VII-XII, Editura Aramis, 2005
3.https://ro.wikipedia.org/wiki/Plumb
4.https://ro.wikipedia.org/wiki/Staniu
5.www.public.asu.edu/~jpbirk/qual/qualanal/tin.html
6.https://pilgaard.info/Elements/Lead/Reactions.htm

Plumbul şi staniul fac parte din grupa a IV-a A,a sistemului periodic şi sunt metale.Se cunosc din antichitate,deşi sunt puţin rãspândite ȋn scoarţa pãmântului. Epoca bronzului este o perioadã din dezvoltarea civilizaţiei şi se caracterizeazã prin extragerea cuprului şi a staniului (cositorul) din minereurile cunoscute şi crearea unui aliaj,numit bronz.Despre plumb,studiile de specialitate indicã cã era printre cele şapte metale,cunoscute din cele mai vechi timpuri,de oameni.Astfel,ȋn Vechiul Testament,cartea Numeri,capitolul 31,versetul 22 sunt menţionate urmãtoarele metale:”Numai aurul,argintul,arama,fierul,cositorul,plumbul,tot ce se prelucreazã la foc sã treceţi prin foc şi va fi curat”.Imperiul roman a fost cel mai mare producãtor de plumb,cu utilizãri diverse,printre care reţele cu conducte de plumb,pentru  aducerea apei ȋn oraşe.

 

STANIU

Se prezintã câteva date, care au legãturã cu problemele rezolvate.

SIMBOL:Sn( limba latinã Stannum)
NUME:Tin-pentru limba englezã)
Masa atomicã:A=119

OBŢINERE:

Metoda se bazeazã pe reducerea minereului casiteritã (SnO2) cu cãrbune, urmatã de purificarea produsului:
SnO2 + C = Sn + CO2

UTILIZĂRI

Se pot enumera cele mai reprezentative:

  • Obţinerea de compuşi organostanici cu rol de: fungicide, pesticide, algicide, de conservare a lemnului; sunt poluanţi organici persistenţi, toxici şi din anul 2003 U.E a interzis utilizarea lor;
  • Baterii Li-ion;
  • Stabilizatori PVC plastic;
  • Aliaje de lipit la ȋmbinarea ţevilor, circuite electrice;

TOXICITATE

Studiile de specialitate au introdus limite de expunere admise la locul de muncã, privind contactul oamenilor cu staniu; compuşii organostanici sunt periculoşi precum cianura.

REACŢII CHIMICE

1.Stãrile de oxidare sunt:0,II,IV.Combinaţiile ce conţin staniul (II)-stanoase au proprietãţi reducãtoare, cu mare tendinţã de a trece ȋn combinaţiile staniului (IV)-stanice stabile.
2.Ȋn seria activitãţii metalelor este situat aproape de hidogen, existã o diferenţã micã ȋntre potenţialul sãu normal de oxidare şi cel al hidrogenului- explicând de ce acizii slabi nu atacã staniul.La fel se comport şi plumbul.

3.Nu este atacat de aer şi apã la temperatura obişnuitã. La temperaturã ȋnaltã, puţin peste temperatura de topire se oxideazã, formând oxid stanic, SnO2:
Sn + O2(g)= SnO2

4.Reacţioneazã cu halogenii, formând tetrahalogenuri; reacţioneazã cu sulful, la cald formând sulfura stanoasã SnS.

5.Acidul clorhidric concentrat atacã staniul şi se formeazã clorura stanoasã(SnCl2.2H2O):

Sn(s)+HCl(aq)→SnCl2(aq)+H2(g)
Clorura stanoasã este un reducãtor puternic; precipitã aurul,argintul sub formã de metale,din soluţiile sãrurilor lor.

6.Acidul sulfuric diluat nu atacã staniul; soluţia fierbinte şi concentratã de acid sulfuric va reacţiona cu staniu şi se produce bioxid de sulf, nu hidrogen şi sulfat de staniu

Sn(s)+2H2SO4(aq)=SnSO4(aq)+SO2(g)+ H2O(l)

7.Acidul azotic concentrat  atacã staniul şi se formeazã un oxid hidratat SnO2.xH2O-cunoscut sub numele de acid  b-stanic, insolubil ȋn acizi.  Unele bibliografii indicã cã concentraţia acidului azotic poate fi medie.

Sn(s)+2HNO3(aq)→SnO2+H2O(l)+NO(g)+NO2(aq)
Monoxidul de azot format reacţioneazã cu oxigenul din aer şi trece ȋn bioxid de azot,deci se poate scrie reacţia:
Sn(s)+4HNO3(aq)→SnO2+2H2O(l)+4NO2(g)

Acidul stanic  nu poate fi izolat;dacã se aciduleazã soluţia de stanat de sodium.
Na2[Sn(OH)6]2-,sau soluţia de clorurã stanicã şi amoniac se obţine un precipitat voluminos (amorf,gel) solubil ȋn baze alcaline şi acizi tari; acest compus are compoziţia aproximativã H2[Sn(OH)6] şi se numeşte acid a-stanic.Compusul respectiv printr-un contact lung cu soluţia sau prin ȋncãlzire trece ȋn acidul b-stanic,sau metastanic,insolubil ȋn acid clorhidric.

8.Hidroxizii alcalini, la fierbere dizolvã staniul, cu formare de hdrogen şi stanaţi(IV)
Sn + 2HO+4H2O→[Sn(OH)6]2-+ 2H2

PLUMB

SIMBOL: Pb (limba latinã plumbum)
Lead: limba englezã
Masa atomicã: A=207

OBŢINERE:
Principala metodã este prãjirea minereului galena(PbS), urmatã de purificarea lui:
PbS +3/2O2 →PbO + SO2 (oxidare)
PbS + 2O2 →PbSO4 (reacţie secundarã)
PbO + C →Pb + CO (reducere)

UTILIZĂRI:
-aliaje cu aplicaţii ȋn electrotehnicã, construcţii de maşini;
-tabla de plumb serveşte la cãptuşirea utilajelor chimice, fiind rezistent la agenţii chimici;
-confecţionarea de litere de tipar;
-strat de protecţie pentru radiaţii X;
-compuşi de colorare ȋn glazuri ceramice; pigmenţi pentru vopsele cu ulei: miniul, ceruza, galbenul de crom;
-baterii de tipul plumb-acid;
-compuşi organici cu plumb, ca agenţi de oxidare ȋn chimia organicã;
-confecţionarea conductelor de apã(nu se transportã apa carbogazoasã).

TOXICITATE
Plumbul şi combinaţiile sale sunt toxice pentru organism,principala ţintã este sistemul nervos.Expunerea la plumb are loc prin inhalare,ingestie şi contact cutanat. Saturnismul este intoxicaţia cu plumb şi care se manifestã prin:anemie, slãbire,dureri reumatice,degenerarea ficatului.

REACŢII CHIMICE

Plumbul formeazã douã combinaţii cu stãrile de oxidare:+2 şi +4. Combinaţiile (II) sunt stabile faţã de combinaţiile (IV) şi nu sunt reducãtoare.Oxizii plumbului sunt: PbO (II); PbO2(IV); Pb2O3( plumbul este ȋn ambele stãri de oxidare).

1.Reacţia cu oxigenul din aer. Plumbul curat se acoperã la temperatura obişnuitã cu un strat subţire de oxid, rezistent la atacul oxigenului, protector. Când este topit reacţioneazã cu oxigenul şi formeazã oxidul de plumb (PbO).

2.Apa curatã nu atacã, ȋn absenţa aerului plumbul; când apa conţine oxygen, cum este czul apei potabile transportatã prin ţevi de plumb, are loc o reacţie la suprafaţã, prin care se formeazã hidroxidul de plumb; acesta cu sulfaţii, carbonaţii acizi de calciu şi magneziu reacţioneazã formând carbonat şi sulfat de plumb-insolubil, dur ce ȋmpiedicã dizolvarea plumbului.Dacã apa conţine cantitãţi mari de bioxid de carbon se formeazã carbonat acid de plumb solubil şi toxic. Deci conductele de plumb nu se folosesc la transportul apelor carbogazoase.

3.Reacţia cu bazele alcaline este lentã la rece; se formeazã plumbiţi:
Pb+2HOH+2NaOH→Na2[Pb(OH)4]+H2

4.Reacţia cu acidul clorhidric diluat este lentã:
Pb+2HCl→PbCl2+H2

5.Reacţia cu acidul sulfuric.Fiindcã sulfatul de plumb este insolubil,este o proprietate importantã pentru construcţia de utilaje chimice ce prelucreazã acidul sulfuric.O reacţie lentã este posibilã la suprafaţã cu formare de PbSO4 insolubil şi hidrogen.

6.Reacţia cu acidul azotic este posibilã, fiindcã se formeazã sulfatul de plumb solubil.

4HNO3+Pb→Pb(NO3)2+2NO2(gaz +2H2O

7.Reacția cu acizii slabi, chiar şi cu acidul acetic este posibilã fiindcã se formeazã sãruri de plumb solubile.

PROBLEMĂ REZOLVATĂ

3.pag269
Se oxideazã un aliaj care conţine 30% Sn şi 70% Pb, formȋndu-se 564,46 g de oxizi. Ce cantitate de aliaj a fost oxidatã?

Rezolvare

Se ştie cã:
-prin oxidare Sn cu oxigenul din aer se formeazã SnO2;
-prin oxidare Pb topit cu oxigenul din aer se formeazã PbO; dar şi Pb2O4la 400-5000C. Am ales prima variantã, cu formarea de SnO2 şi de PbO.

Notãm:
a = masa aliaj de Sn şi Pb (g)
m = masa de Sn (g)
n = masa de Pb (g)
% Sn=30%
% Pb=70 %
b=masa oxizi=564,46g
x=masa SnO2(g)
y=masa PbO(g)
M SnO2=masa molecularã=151 g/mol
M PbO=masa molecularã=223 g/mol

Metoda de rezolvare propusã
a=m+n
100% aliaj= 30%Sn + 70%Pb
b=x+y

Calculãm m şi n  ȋn funcţie de “a” şi apoi masa oxizilor(x,y) şi ajungem la o ecuaţie cu o necunoscutã “a”.

1.Calculãm masa de Sn şi Pb cu regula de trei simplã:

Dacã ȋn 100% aliaj…sunt…30%Sn…..70%Pb
Atunci ȋn a (g) aliaj………..m………..n
m=30%.a/100%=0,3a(g) de Sn
n=0,7a(g) de Pb

2.Calculãm masa de oxizi (x, y), de pe reacţiile chimice:

Sn+O2 = SnO2
119g/mol Sn…….151g/mol SnO2
0,3a (g)…………….x
x=0,3a.151/119=0,38a (g) de SnO2

Pb+ 1/2 O2 = PbO
207g/mol Pb……………….223g/mol PbO
0,7a(g)…………………….y
y=0,7a.223/207=0,75a(g) de PbO
3.Introducem valorile lui x şi y suma maselor oxizilor(b), care este 564,46(g) şi calculãm “a”:
b=564,46=x+y;
564,46=0,38a+0,75a=1,13a
a=564,46/1,13=499,52

4.Calculãm masa elementelor din aliaj, adicã:m şi n:
m=0,3a=0,3.499,52=149,86 g de Sn
n=0,7.499,52=349,67 g de Pb

R: masa de aliaj este 499,52 g.