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/

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.

METALE_ PROBLEME DE CHIMIE_AURICA SOVA

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

Aurica Sova, Exercitii si probleme de chimie, pentru licee si admitere in invatamantul superior

1./ 10.12, pag 105
Cu ajutorul reacţiei dintre 0,318 g de Na2CO3 cu acid sulfuric se determinã masa atomicã a sulfului. Ştiind cã rezultã 0,426 g sulfat de sodiu şi masele atomice ale C=12, O=16, Na=23 sã se calculeze masa atomicã a sulfului.

REACŢIA DINTRE CARBONATUL DE SODIU ŞI ACIDUL SULFURIC ESTE O METODĂ DE FABRICARE A SULFATULUI DE SODIU.
“Sulfatul de sodiu – E514
Sulfatul de sodiu este un aditiv alimentar obţinut prin extracţie din diferite minerale sau prin sinteză chimică. Acesta a fost descoperit în 1625 de Johann Rudolf Glauber şi datorită efectului său laxativ a primit denumirea de sare miraculoasă.
Sulfatul de sodiu este utilizat în principal la fabricarea detergenţilor, hârtiei şi ca aditiv alimentar. Sulfaţii sunt prezenţi în toate celulele organismului, cu concentraţiile cele mai mari în oase şi cartilagii. Aceştia participă la diferite procese metabolice, inclusiv la detoxifierea organismului. Sulfatul de sodiu nu este considerat un compus cu efecte secundare grave, însă în diferite cazuri poate produce greaţă, vomă, diaree, crampe abdominale şi poate irita mucoasele tractului digestiv. Acest aditiv este o sursă suplimentară de sodiu, iar persoanele ce urmează o dietă restrictivă în acest sens sau care suferă de afecţiuni ale ficatului şi rinichilor trebuie să evite consumul de alimente şi suplimente ce îl conţin.” http://cesamancam.ro/sulfat-de-sodiu-e514.html

Sulfatul de sodiu şi carbonatul de sodiu sunt hidraţi bogaţi în apã: Na2SO4x 10 H2O şi Na2CO3 x 10H2O, care lãsaţi la aer pierd o parte din apa de cristalizare. Cristalul lor se distruge, transformându-se în pulbere. Fenomenul se numeşte eflorescenţã.

Rezolvare

Cunoaştem

  1. reacţia dintre carbonat de calciu şi acid sulfuric
  2. m Na2CO3 = 0,318 g
  3. m Na2SO4 = 0,426 g
  4. masele atomice ale elementelor: Na, C, O

Nu cunoaştem:

  1. Masele moleculare ale Na2CO3 , Na2SO4
  2. Masa atomicã a sulfului (A S )

Varianta propusã pentru rezolvare

Se pleacã de la calcul stoechiometric, pe bazã de reacţie chimicã, din care rezultã o proporţie, de unde se aflã A s. Stoechiometria este partea de Chimie, care ne învaţă să determinăm prin calcul, pe baza formulelor şi a ecuaţiilor chimice, masa şi volumul reactanţilor şi pe cele ale produşilor de reacţie

M Na2CO3 = 2A Na + A C + 3 A O =2x 23+12+3×16=106
M Na2SO4 = 2 A Na + AS + 4 A O = 2×23+A S + 4×16 = 110 + A S

0,318                            0,426
Na2CO3 + H2SO4   =   Na2SO4     +  H2CO3
106                               110 + A S

0,426 x 106 = 0,318x (110 + A S)
45,156 = 34,98  + 0,318 A S
0,318 A S = 45,158-34,98 = 10,176
A S = 10,176 : 0,318 = 32
R: 32

2./11.40 pag.129
Ĩntr-o uzinã clorosodicã pentru prepararea Na2CO3 prin metoda amoniacalã, sunt necesare 1600 Kg de CaCO3. Se  cere:

  1. Cantitatea de calcar din care provine CaCO3, dacã are 15% impuritãţi;
  2. Cantitatea de CO2 obţinutã în Kg şi în m3;
  3. Cantitatea de amoniac (NH3) recuperata;
  4. Cantitatea de soda calcinatã.

PROCEDEUL SOLVAY  (procedeul amoniacal) de fabricare soda calcinatã

Materiile prime sunt: calcarul şi sarea ( saramura), iar materia auxiliarã este amoniacul. Reacţiile ce au loc sunt:

CaCO3 = CaO + CO2  ( reacţie de descompunere la 1100 0C)
CO2 + H2O + NH3 = NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O ( reacţie de descompunere 180-2000 C)
CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2NH4Cl = 2NH3 + 2H2O + CaCl2 (recuperarea amoniacului)

Soda este utilizata în:

  • Industria sticlei, unde soda este una din materiile prime folosite la producerea sticlei;
  • Industria chimica, in albire, industria colorantilor, la tãbãcirea pieilor;
  • Industria producerii detergenţilor şi dezinfectanţilor;
  • Industria metalurgicã, pentru indepartarea sulfului din fier;
  • Industria hârtiei;
  • Produs de curãţire în gospodãrie;
  • La  neutralizarea aciditãţii şi la albirea hârtiei,etc.

“In natura poate fi gasit în lacurile de soda (Lake Natron) din Egipt, Africa de Sud, California, Mexic si ca Trona ( Na(HCO3)•Na2CO3•2H2O) in Wyoming (SUA) si în Sahara”. http://www.soda-calcinata.ro/

Rezolvare
Cunoaştem:

  1. Reacţiile ce au loc
  2. masa de CaCO3 = 1600 Kg
  3. % impuritãţi din calcar =15 ; % CaCO3 din calcar=100%-15%impuritãţi=85
  4. Masele atomice ale: H=1; C=12, N=14; O=16, Na=23; Ca=40.

Nu cunoaştem:

  1. masa de calcar;
  2. masa şi volumul (C.N.) de CO2;
  3. masa de ammoniac recuperate, considerând cã nu sunt pierderi;
  4. cantitatea de soda calcinatã, considerãm cã existã 100% Na2CO3
  5. masele moleculare ale substanţelor: CaCO3, CO2, NH3, Na2CO3

Varianta propusã pentru rezolvare

Se pleacã de la calcul stoechiometric pe bazã de reacţie chimicã şi de la calcul de compoziţie procentualã. Se aplicã şi calcul pe bazã de volum molar.

1.Masa de calcar (Kg)

100% calcar……15 % impuritãţi………..85% CaCO3
X kg calcar………………………………1600 kg

X = 100×1600 / 85 = 1882 ,35 Kg calcar

2.Masa (kg) şi volumul (m3) de CO2
a) masa de CO2
MCaCO3 = 40+12+3×16=100
M CO2 = 12+2×16 = 44
1600kg……………X
CaCO3  =  CaO +  CO2
100……………….44
X= 1600×44/100= 704 kg
b) volumul de CO2
1 kmol de CO2…………………………22,4 m3 CO2 (C.N.)
44 kg………………………………… …22,4 m3
704 kg……………………………………Y

Y= 704 kg x 22,4m3 / 44 kg = 358,4 m3
3.Masa de ammoniac recuperatã

Observãm din reacţiile de mai sus, cã:

1kmol de CaCO3…1kmol de CaO……1kmol de Ca(OH)2……2kmolide NH3
100 de CaCO3…………………………2×17 NH3 ( Masa molecularã a NH3)
1600 kg……………………………………X
X= 1600kg x 2×17 / 100 = 544 Kg NH3

4.Masa de soda calcinatã – am considerat cã ea conţine 100% Na2CO3

Observãm din reacţiile de mai sus,cã:

a. 2 Kmol de CaCO3…………produce……………..1 kmoli de Na2CO3
2x100kg……………………………………..106 (Masa molecularã a Na2CO3)
1600 kg……………………………………X
X = 1600 kg x 106 / 200 = 848 kg

Dacã Ţinem cont de prezenţa impuritãţilor din calcar, care micşoreazã conţinutul în CaCO3  şi în a2CO3 , atunci vom avea calculul:

b. Considerãm 1882 kg de calcar, de la punctul 1, cã are 100 % de CaCO3

2×100 kg CaCO3….……produce……………..106 kg Na2CO3
1882 Kg  CaCO3……………………………….Y kg

Y = 1882 x 106 / 200 = 997,46 kg
c. Diferenţa dintre Y şi X reprezintã masa de Na2CO3 care se pierde, din cauza impuritãţilor din calcar:

997,46-848= 149,5 Kg
d. Masa realã de Na2CO3 este diferenţa:
848-149,5 = 698, 5 kg

R: 1882 ,35 Kg ; 704 kg; 358,4 m3; 848 kg – 698,5

3./11.41.pag.129
Pentru a fabrica cianamidã de calciu se folosesc 10 t de CaCO3 cu 10 % impuritãţi. Sã se calculeze:

  1. Cantitatea de cianamidã rezultatã ştiind cã randamentul este 90% a întregului proces;
  2. Dacã un teren agricol necesitã 75 kg azot la hectar, câtã cianamidã de calciu trebuie folositã în acest scop?
  3. Câte tone de ammoniac se pot obţine din aceeaşi cantitate de cianamidã;
  4. Câţi cilindri cu capacitatea de 200 l la 10 at şi 270 C se pot umple cu bioxidul de carbon, rezultat din piatra de var iniţialã?

DATE DESPRE CIANAMIDA DE CALCIU

Cianamida de calciu CaCN2 este cel mai vechi îngrasamânt mineral care se fabrica la noi în ţarã; se obţine în cuptorul electric trecând azot peste carbura de calciu (carbid) la 8000  C.
CaC2 + N2 = CaCN2 + C
Structura:
Ca2+ [ N=C=N ]

Cianamida de calciu este o substanţã solidã, de culoare albã; de obicei are culoarea cenuşie din cauza impuritãţilor.
Azotul pe care-l conţine cianamida de calciu (15%N) îl poate ceda solului, deoarece în contact cu apa si sub actiunea unor bacterii din sol, ea se descompune, punând în libertate ammoniac.

CaCN2 + 3 H2O = CaCO3 + 2 NH3
Reacţia a fost utilizatã la obţinerea industrialã a amoniacului, dar a fost abandonatã, fiind nerentabilã.
Cianamida se foloseşte pe solurile acide, ca îngrãşãmânt de bazã..
http://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_cyanamide

Rezolvare

Cunoaştem:

  1. masa de calcar cu 10% impuritãţi
  2. procentul de CaCO3 = 100% – 10 % impuritãţi=90 %
  3. randamentul de fabricaţie=90 %
  4. masa de azot/ hectar = 75 kg
  5. volum cilindru=200L; p=10 at; t=270 C / CO2
  6. Masele atomice la: Ca=40, C=12; N=14, O=16
  7. Reacţiile chimice ce au loc la fabricarea cianamidei de calciu şi la reacţiei cu apa

Nu cunoaştem:

  1. masa de  CaCN2 obţinutã cu randament de 90 %
  2. masa de CaCN2 necesarã pentru a furniza 75 kg de azot/hectar
  3. masa de NH3 rezultatã din hidrolizã
  4. numãrul de cilindrii umpluţi cu CO2
  5. masele moleculare la: CaCO3; CaCN2; NH3; CO2

Varianta propusã pentru rezolvare este calculul stoechiometric pe baza reacţiilor chimice, de mai sus; regula de trei simplã între masa de azot/ hectar, masa molecularã şi masa de azot din aceasta; legea generalã a gazelor ideale.

1.Masa de cianamida de calciu cu randament de 90%

-se calculeazã masa de CaCO3 (kg) din 10 t de calcar cu 90 % CaCO3
100 % calcar……………………………90% CaCO3
10t=10x1000kg…………………………X

X= 10x1000x90 / 100 = 9000 kg de CaCO3

-se calculeazã masele moleculare la:
M CaCO3 = A Ca + A C + 3 A O = 40+12+3×16= 100
M Ca CN2 = A Ca + A C + 2A N = 40+12+2×14= 80
M NH3 = A N + 3 A H = 14+3×1= 17

-avem reacţiile:
CaCO3 = CaO + CO2
CaC2 + N2 = CaCN2 + C
– se calculeazã masa teoreticã de CaCN2 cu ajutorul reacţiilor chimice şi apoi din randament se calculeazã masa practic obţinutã de CaCN2 conform randamentului de 90 %.

1 kmol de CaCO3……..produce……………..1kmol de CaCN2
100 kg………………………………………..80 kg
9000kg………………………………………..X
X= 9000×80 / 100 = 7200 kg de CaCN2 – masa teoreticã (mt) , pentru randament de 100 %

η  = mp x100/ mt
90= m p x100 / 7200
m p = 90×7200 / 100 = 6480 kg de CaCN2

2. Masa de CaCN2 la hectar

Dacã în M CaCN2 = 80 g ………………sunt…………. 2×14 g de N
X……………………………cuprinde………75 Kg N

X=80g x 75 kg / 2x 14 g = 214,28 kg de CaCN2

3. Masa de ammoniac rezultatã din 6480 kg de cianamidã de calciu ( vezi pct.1)

Se pleacã de la reacţia chimicã:
6480 kg………………………..X
CaCN2  + 3 H2O =  CaCO3 + 2 NH3
80……………………………..2×17

X = 6480 kg x2x17/ 80 = 2754 Kg = 2754: 1000 = 2,754 tone
1 kg = 1: 1000 tone = 10-3 tone
4. Numãrul de cilindrii umpluţi cu CO2 la 10 atm şi 270C, din 9000 kg CaCO3 şi randament de 90 %

– se calculeazã masa de CO2 rezultat din descompunerea CaCO3
9000 x 0,9…………..X
CaCO3     =   CaO + CO2
100………………….44

X = 9000×0,9×44/ 100 = 3654 kg

– se calculeazã volumul de CO2 cu legea gazelor ideale:

p.V = n.R.T

unde:
p = presiunea=10 atm ; n = numãr de moli = 3654×1000/ 44= 81000
T = temperature in grade Kelvin; T = 27 0 C + 273 K = 300 K
R= constanta universalã a gazelor = 0,082 atm. dm3 / mol.K
1L = 1 dm3
10x V = 81000x 0,082 x 300
V = 199260 L

-se calculeazã numãrul de cilindrii:
199260 L : 200 volumul unui cilindru = 996,3 cilindri

contact-form][contact-field label='Name' type='name' required='1'/][contact-field label='Email' type='email' required='1'/][contact-field label='Website' type='url'/][contact-field label='Comment' type='textarea' required='1'/][/contact-form] R: 6480 Kg; 214,2 kg; 2,754 tone; 997

4/ 11.57.pag.133
Prin tratarea aluminei cu acid sulfuric la fierbere se obţine o substanţã A care reacţioneazã cu Ca(HCO3)2 conţinut în unele ape, formeazã un gel colloid B. Se cere:

  1. Ecuaţiile reacţiilor chimice;
  2. Ce volum de gaz rezultã la formarea compusului B, dacã se folosesc 0,2 moli de alumina? a) în condiţii normale şi b) la 270 şi 627 torri;
  3. Ce cantitate de gel colloid B obţinut se dizolvã în exces de soluţie a unei baze alkaline şi se obţine compusul C;
  4. Ce substanţã rezultã prin amestecarea soluţiei concentrate de substanţã A cu soluţie concentrate de K2SO4.

DATE DESPRE ALUMINIU
Aluminiu este cel mai rãspândit metal, dupã fier.
http://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiu#Compu.C8.99ii_aluminiului
http://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid_de_aluminiu
Rezolvare
 Cunoaştem:

  1. Alumina conţine oxid de aluminiu: Al2O3;
  2. Reacţiile dintre oxid de aluminiu şi acid sulfuric, prin care se formeazã sulfat de aluminiu (A); reacţia dintre sulfatul de aluminiu şi bicarbonatul de calciu, prin care se formeazã hidroxid de aluminiu (B) şi gazul C; reacţia dintre hidroxid de aluminiu şi hidroxid de sodium ( bazã alcalinã), prin care se formeazã complexul Na 3 [Al(OH)6] – substanţa C.; reacţia dintre sulfat de aluminiu si sulfat de potasiu, prin care se formeazã alaun KAl(SO4)2*12H2O )
  3. n moli Al2O3 = 0,2 moli
  4. Presiunea, volumul, la care se aflã CO2
  5. Masele atomice: Al= 27; C=12; O=16; H=1
  6. 1 torr= 1/ 760 dintr-o atmosferã

Nu cunoaştem:

  1. volumul CO2 în condiţii normale şi la 270 şi 1 torr
  2. masa de gel B

Varianta propusã pentru rezolvarea problemei
 1. Reacţii chimice
………………………  A
Al2O3 + 3 H2SO4 =  Al2 (SO4)3 +3 H2O
Al2 (SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2  = 2Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2
………………………………….B
2Al(OH)3 +  2NaOH = 2Na+ [ Al3+ (OH)4]
……………………………….C
2. Volumul de CO2
a)      V de CO2 în condiţii normale de temperature şi presiune:
Se calculeazã volumul de CO2 cu ajutorul reacţiilor chimice de la pct.1, la care se observã cã:
1mol de Al2O3 ……1 mol de Al2 (SO4)3 ………6 moli CO2 ….6Volume molare
Atunci 0,2 moli…………………………………………………..X volume molare
X = 0,2×6= 1,2 Volume molare de CO2
1 Volum molar = 22,4 dm3 / mol gaz;  1 L = 1 dm3
Deci 1,2 Volume molare de CO2 = 1,2×22,4= 26,88 L
b)      V de CO2 la 270 şi la 627 torri. Se calculeazã numãrul de moli de CO2, din regula de trei simplã, de mai sus şi apoi se aplicã legea gazelor ideale, din care se aflã volumul de CO2, în condiţiile de temperature şi presiune date.
Dacã  1mol de Al2O3……………produc…………6 moli de CO2
Atunci 0,2 moli Al2O3…………..produc…………….X
X= 0,2 moli x6 moli/1mol = 1,2 moli
p.V = n.R.T
unde:
p = presiunea=627 torri= 627: 760 =0,825 atm ;
n = numãr de moli = 1,2 moli
T = temperature in grade Kelvin; T = 27 0 C + 273 K = 300 K
R= constanta universalã a gazelor = 0,082 atm. dm3 / mol.K
0,825 atm x V dm3 = 1,2 moli x 0,082 atm. dm3 / mol.K x  300 K
0,825 x V dm3 = 29,52
V = 29,52 : 0,825=35,78 dm3= 35,8 dm3

  1. Masa de gel B obţinutã din 0,2 moli de Al2O3 se calculeazã din punctul 1, la care se observã corespondenţa:

1mol de Al2O3………produce……..2 moli Al(OH)3
0,2 moli de Al2O3………produce………X moli Al(OH)3
X = 0,2 moli x 2 moli / 1 mol = 0,4 moli Al(OH)3
1 mol de Al(OH)3 = M Al(OH)3 = A Al + 3 A O + 3 A H= 27 + 3x 16+3×1=78 g
Atunci 0,2 moli de Al(OH)3 = 0,2x 78 = 31,2 g Al(OH)3

  1. Al2 (SO4)3 + K2SO4 +12 H2O = 2 KAl( SO4)2 x 12 H2O alaun

R: 26,88 dm3; 35,8 dm3; 31,2 g

5./ 11.51 pag.132
Din piritã ce conţine 40 % FeS2 se fabricã o tonã de acid sulfuric în concentraţie 60 %. Se cere:

  1. Sã se scrie reacţiile chimice;
  2. Ce cantitate de piritã se consumã în procesul fabricaţiei acidului sulfuric, ştiind cã randamentul este 80%;
  3. Ce cantitate de sulfat de amoniu se obţine din acidul sulfuric;
  4. Sã se determine compoziţia procentualã a sulfatului de amoniu.

DATE DESPRE PIRITĂ – MATERIE PRIMĂ PENTRU OBŢINEREA ACIDULUI SULFURIC, A FIERULUI
„Pirita este un mineral din clasa sulfurilor, cu formula chmică FeS2, de culoare gălbui-arămie cu reflexe verzui și care cristalizează în sistemul cubic. Anionul din pirită este un ion de bisulfură S2 2-, care structural este asemănător peroxizilorCristalele sunt frecvent idiomorfe, apărând sub forme de cuburi, octaedri sau dodecaedri pentagonali.
Culoarea aurie a piritei a determinat denumirea ei în limba germană Katzengold – (aurul pisicii) denumirea provine de fapt de la cuvântul Ketzer (eretic). În comparație cu aurul, pirita este însă mai plastică şi mai dură. Alte minerale cu care se poate confunda sunt marcasita şi calcopirita. Se mai numeşte şi aurul nebunilor.” ro.wikipedia.org/wiki/Pirită; http://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_sulfuric

Rezolvare
 Cunoaştem:

  1. masa de soluţie H2SO4 = 1 tonã=1000Kg
  2. concentraţia procentualã a soluţiei= 60 %
  3. randamentul de obţinere acid sulfuric=80%
  4. reacţiile chimice de la fabricarea acidului sulfuric din piritã;
  5. procentul de FeS2 din piritã=40%
  6. masele atomice: K=39; Fe=56; S=32; O=16; N=14;H=1;

 Nu cunoaştem:

  1. masa dizolvatã de acid sulfuric, care reprezintã masa practicã obţinutã cu randament de 80%;
  2. masa teoreticã de acid sulfuric, care s-ar obţine cu randamet de 100%-fãrã pierderi;
  3. masa de FeS2 (kg) necesarã;
  4. masa de sulfat de amoniu obţinutã din acidul sulfuric;
  5. compoziţia procentualã a sulfatului de amoniu.

Varianta propusã pentru rezolvare
Se pleacã de la produsul finit acidul sulfuric, la care cunoscând masa teoreticã, pe bazã de calcul stoechiometric ( calcul pe baza reacţiilor chimice) se aflã masa de piritã şi de sulfat de amoniu.
1. Reacţii chimice de la fabricarea acidului sulfuric din piritã:
4FeS2 + 11O2 = 2 Fe2O3  + 8 SO2
SO2 + ½ O2 = SO3
SO3 + H2O = H2SO4
Reacţia globalã este:
4FeS2 + 15 O2 + 8 H2O = 2Fe2O3 + 8 H2SO4
2. Masa de piritã
a)se calculeazã masa dizolvatã în 1000 kg de soluţie acid sulfuric cu o concentraţie procentualã de 60 %. Ea reprezintã masa practicã de acid sulfuric rezultatã din procesul tehnologic.
md de H2SO4 = (1000 kg x 60) / 100 = 600 kg
b)se calculeazã cantitatea teoreticã de acid sulfuric rezultat, cunoscând randamentul de obţinere şi cantitatea teoreticã ( este masa dizolvatã)
η  = mp x100/ mt
unde:
η = 60 %
mp = 600 kg deH2SO4
mt = (600×100) : 80 = 750 Kg
c)se aplicã calculul stoechiometric în reacţia globalã de obţinere acid sulfuric, din care rezultã o regulã de trei simplã cu necunoscuta, masa de FeS2
M FeS2 = A Fe + 2 A S = 56 + 2×32=120
M H2SO4 = 2AH + AS + 4AO = 2×1+32+4×16=98
X …………………………………..750Kg        /mase
4FeS2 + 15 O2 + 8 H2O = 2Fe2O3 + 8 H2SO4
4×120……………………………….8×98        / mase moleculare
X = 4x120x750 / 8×98 = 459,18 Kg de FeS2
d)se calculeazã masa de piritã cu regula de trei simplã, de mai jos:
dacã    100% piritã…………..are………………..40% FeS2 pur
atunci în Y kg piritã………….sunt……………..459,18 kg FeS2 pur
Y = 100 % x 459,18 kg / 40 % =  1147,95 kg = 1148 kg piritã
 3 . Masa de sulfat de amoniu
Se aplicã un calcul stoechiometric, pe baza reacţiei de mai jos şi la care se foloseşte masa practicã de acid sulfuric, obţinutã în procesul tehnologic. Avem nevoie de masele moleculare ale acidului sulfuric şi a sulfatului de amoniu:
M(NH4)2 SO4 = 2(A N + 4AH) + AS + 4AO = 2(14+4×1)+32+4×16= 132
M H2SO4 = 2AH + AS + 4AO = 2×1+32+4×16=98
600kg……………….X
H2SO4 + 2 NH3 = (NH4)2 SO4
98………………….132
X= 600 kg x 132/ 98 = 808 kg de sulfat de amoniu
 4. Compoziţia procentualã a sulfatului de amoniu
“Compoziţia procentualã a unui compus chimic reprezintã numãrul de pãrţi (procente) din fiecare compus, conţinute de 100 pãrţi (procente) compus”.
Marilena Şerban, Felicia Nuţã, Rezolvare de probleme de chimie, clasele VII-XII, mic dicţionar, Editura Aramis, 2004
1 mol de (NH4)2 SO4  conţine:
2 moli de atomi N; 8 moli atomi  H; 1 mol de atomi de S; 4 moli de atomi O
Masele molare atomice A s-au dat în datele cunoscute ale problemei.
132 g(NH4)2 SO4…..28gN………8g H………32 g S……….64 g O
100 %  (NH4)2 SO4…….X %N…….Y % H…….Z % S………T % O
X % N = 100 % x 28g / 132 g = 21,21%
Y % H = 100 % x 8 g / 132 g =  6,06 %
Z % S  = 100% x 32 g /132 g =  24,24 %
T % O = 100 % x64 g / 132 g = 48,49 %

R: 1148 kg piritã; 808 kg sulfat de amoniu; 21,21 % N, 6,06 % H, 24,24 % S,
48,49 % O

6/ 11.63 pag.135
O soluţie de CuSO4 se trateazã cu 1 L soluţie de NaOH 20%. Precipitatul este calcinat, iar pulberea neagrã rezultatã prin calcinare este redusã la carbune. Se cere:

  1. Scrierea ecuaţiei primei reacţii chimice sub formã ionicã;
  2. Scrierea tuturor ecuaţiilor reacţiilor chimice;
  3. Cantitatea de pulbere neagrã rezultatã din a doua reacţie ştiind cã randamentul acesteia este 80%;
  4. Cantitatea de metal rezultat din reacţia C;
  5. Volumul de gaz rezultat în condiţii normale.

DATE DESPRE CUPRU –CONDUCTOR ELECTRIC FOARTE BUN
“Cuprul (numit şi aramă) este un element din tabelul periodic având simbolul Cu şi numărul atomic 29. Cuprul este un metal de culoare roşcată, foarte bun conducător de electricitate şi căldură. Cuprul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri; arheologii descoperind obiecte din acest metal datând din 8700 î.Hr. Originea numelui vine de la cuvântul latinesc cyprium (provenit de la insula Cipru). În Asia au fost descoperite urmele unor mine de cupru ce datează din timpul Epocii Caldeene.  Se crede că elementul cupru a fost al treilea descoperit, după aur şi argint. Majoritatea cuprului scos din mină este sub formă de compuşi, cum ar fi sulfaţi sau sulfuri.  Europa (incluzând şi Rusia) a întregit 43% din necesarul de cupru prin reciclare. Reciclarea rămâne un element-cheie al acoperirii cerinței de cupru.”
http://ro.wikipedia.org/wiki/Cupru
http://www.cupru.com/utilizare

Rezolvare
Cunoaştem:

  1. volumul soluţiei de NaOH=1 l;
  2. concentraţia procentualã a soluţiei de NaOH=20%;
  3. reacţia dintre CuSO4 şi NaOH, care duce la Cu(OH)2- precipitat albastru;
  4. reacţia de calcinare a precipitatului Cu(OH)2, prin care se formeazã CuO, de culoare neagrã;
  5. reacţia CuO cu C, o reacţie redox;
  6. randamentul de formare CuO este 80%;
  7. masele atomice la: Na=23; Cu=64; O=16; C=12; H=1;
  8. considerãm cã densitatea soluţiei de NaOH = 1 g/ cm3; 1 cm3 = 1 ml

Nu cunoaştem:

  1. masa de CuO (g) obţinutã cu randament de 80%;
  2. masa de Cu (g) obţinut în reacţia cu C;
  3. volumul de gaz CO2 format în condiţii normale de temperature şi presiune.

Varianta propusã pentru rezolvare
1. Reacţii chimice

Cu2+ + SO42- +2( Na+ + OH ) = Cu (OH)2 (solid) + 2Na ++ SO42-

  1. Toate reacţiile chimice

Cu SO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
reacţie de precipitare; Cu(OH)2 este un precipitat albastru
Cu(OH)2 = CuO + H2O
reacţie de descompunere la cald, prin care se formeazã CuO, o pulbere negrã
2CuO + C = 2Cu + CO2
reacţie redox; are loc la temperature ridicatã; este reducerea CuO cu cãrbune

  1. Cantitatea de CuO

Se pleacã de la calcul stoechiometric, pe baza reacţiilor chimice de mai sus, la care se cunoaşte masa dizolvatã de NaOH şi randamentul de formare a CuO. Vom avea o proporţie între NaOH şi CuO.
a. se calculeazã masa dizolvatã din 1 L soluţie cu densitatea de 1 g/ cm3 şi concentraţia procentualã de 20%
d soluţie= ms / Vs
d soluţie= 1g / cm3 , deci ms = Vs = 1L x1000 cm3 = 1000 g
m d de NaOH = m s x cp / 100 = 1000×0,2 = 200 g de NaOH
b. se formeazã proporţia; se rezolvã.
-se calculeazã masele moleculare la NaOH şi CuO
M NaOH = A Na + A O + A H = 23+16+1= 40
M CuO  = A Cu + A H = 64+16=80
-se observã din reacţiile de la pct.1 corespondenţa:
2moli de NaOH………produc 1 mol de Cu(OH)2…..care  produce 1 mol de CuO
1 mol = masa molecularã (M)/grame/
Deci   2×40 g NaOH……………….corespunde la…………80 g de CuO
Atunci  200 g de NaOH……………corespunde la…………..X g de CuO
X = 200 x 80 / 2×40 = 200 g de CuO
Acesta reprezintã masa teoreticã de CuO, care s-ar obţine cu randament de 100 %, adicã nu sunt pierderi.
– se calculeazã masa practicã de CuO, obţinutã cu randament de 80%
η  = mp x100/ mt
unde:
η = 80 %
mt = 200 kg de CuO
mp = 200 g x 80%/ 100% = 160 g de CuO

  1. Cantitatea de Cu

Se rezolvã un calcul stoechiometric pe baza reacţiei dintre CuO şi C; se pune pe reacţie masa practicã de CuO obţinut.
160 g ..………..X
2CuO + C = 2Cu + CO2
2x80g.………..2x64g
X = 160 x2x64 / 2×80 = 128 g de Cu
 

  1. Volumul de gaz CO2 în condiţii normale

Se rezolvã un calcul stoechiometric pe baza reacţiei de mai sus, cunoscând volumul molar, astfel:
160 g… ………………X
2CuO + C = 2Cu + CO2
2x80g…………………22,4 L
X = 160 g x 22,4 L / 2×80 g = 22,4L

R: 160 g; 128 g; 22,4 L

 

PROBLEME CU CRISTALOHIDRAŢI

Ȋn acest material se prezintã o sintezã despre substanţele ce cristalizeazã cu o anumitã cantitate de apã din soluţie şi câteva modele de probleme despre stabilirea formulei chimice a cristalohidraţilor şi concentraţia procentualã ȋn sarea anhidrã a unei soluţii de cristalohidrat.Am constatat cã unii elevi nu prea ȋnţeleg rezolvarea problemelor cu hidraţi -ȋn special la calcularea masei moleculare a hidratului.Metodele de rezolvare prezentate sunt personale şi nu contrazic alte metode ȋnvãţate la şcoalã, de elevi.Prima parte a materialului se va citi din documentul atasat.PROBLEME CU CRISTALOHIDRATI

-Cum se calculeazã Masa molecularã a Na2CO3 . 10 H2O ?

M la Na2CO3 = 2 ANa + AC + 3 AO       = 106
M la 10 moli apã = 10. M H2O = 10. 18 = 180
M Na2CO3 . 10 H2O = 106 + 180 = 286

 

2.PROBLEME

2.1 DETERMINAREA FORMULEI CHIMICE A UNUI HIDRAT

Problema 1
O masã de 8 g de Pb(C2H3O2)2 . x H2O conţine 1,14 g de H2O. Calculaţi formula molecularã a hidratului.   (John Erickson, Probleme, 2006)
 

Rezolvare

  • Se calculeazã masa substanţei anhidre Pb(C2H3O2)2:

Masa substanţei anhidre Pb(C2H3O2)2 = masa hidrat – masa apã= 8g-1,14g = 6,86 g

  • Se exprimã masa substanţei anhidre şi a apei ȋn moli:

MPb(C2H3O2)2/sub>=APb+2(2AC+3AH +2AO)=207+22.12+3.1+2.16)=207+2.(24+3+32)=207+2.59=325
MH2O=2.AH+AO=2.1+16=2+16=18
Unde:
A=simbolul masei atomice şi care se ia din tabel.

Dacã 1 mol de Pb(C2H3O2)2 …….are………325 g
Atunci n moli de Pb(C2H3O2)2….are……… 6,86g
n moli Pb(C2H3O2)2 =1 mol.6,86 g∕325 g = 0,021 moli

Dacã 1 mol de H2O ……..are……..18 g
Atunci n moli de H2O……are……..1,,14g
n moli de H2O = 1 mol. 1,14 g / 18 g =0,063 moli=x din formula hidratului

  • Se calculeazã raportul de combinare al molilor de substanţã anhidrã şi apã:

n moli substanţã anhidrã: n moli apã = n:x= 0,021moli:0,063moli
=0,021/0,021 : 0,063/0021
Pentru a obţine un raport cu numere ȋntregi se ȋmpart termenii, la cel mai mic numãr de moli, adicã la 0,021.
Rezultã 1:3

  • Deci hidratul are formula chimicã:

Pb(C2H3O2)2 . 3 H2O


Problema 2
Ȋn 8,5 moli Na2CO3.10 moli H2O se gãsesc: a) 1530 g apã;b) 391 g Na; c) 1360 g apã; d) 195,5 g Na; e) 510 g sare anhidrã. Calculaţi masa de apã de cristalizare şi masa de sodiu.

Ştim:

  • Avem 8,5 moli de Na2CO3.10 moli H2O numitã carbonat de sodiu cristalizat cu 10 moli apã;
  • Cunoaştem masele atomice ale atomilor componenţi: Na, C, O şi H –vezi tabelele cu masele atomice.

Nu ştim:

  • Masa molecularã a cristalohidratului Na2CO3.10 moli H2O;
  • Masa celor 8,5 moli de cristalohidrat;
  • Masa apei de cristalizare (y) şi masa de sodium (x).

Rezolvare

Masele de apã de cristalizare şi de sodiu(natriu) se calculeazã cu regula de trei simplã, plecând de la masa molecularã a cristalohidratului şi de la masa celor 8,5 moli de cristalohidrat.

  • Se calculeazã masa molecularã a Na2CO3.10 moli H2O:

M Na2CO3.10 moli H2O = M Na2CO3 + 10 M H2O – avem 10 moli de apã
ATENŢIE: SE ADUNĂ MASELE MOLECULARE la carbonat de sodiu şi apã; nu se ȋnmulţeşte masa molecularã a carbonatului de sodiu cu 10 şi cu masa molecularã a apei.
Deci M Na2CO3.10 H2O = 106+ 10.18= 106+180=286

  • Se calculeazã masa de hidrat, corespunzãtoare la 8,5 moli, cu regula de trei simplã:

Dacã 1 mol de hidrat…..are…….286g
Atunci 8,5 moli de hidrat…are…..x g
x = 8,5 moli.286g/ 1mol = 8,5.286 = 2431 g

  • Se calculeazã masa de sodiu şi masa de apã din masa molecularã a hidratului şi masa hidratului:

Dacã 1mol de hidrat=286g………………..2.23g Na………..10.18g H2O
Atunci 8,5.286 g…………………..x g Na………….y g H2O
x g Na = 8,5.286g .2.23 g/286g = 391 g

y g apã = 8,5.286g .10.18 g/286g =1530g

 
R: a); b)

2.2 PROBLEME CU CONCENTRAŢIA PROCENTUALĂ

A SOLUŢIEI UNUI HIDRAT
 

Problema 1.
Se dizolvã 21 g MgSO4.n H2O ȋn 179 g apã şi se obţine o soluţie de concentraţie 6% exprimatã ȋn substanţã anhidrã. Sã se calculeze valoarea lui n.

R posibile: a)2;b)3;c)4; d)5;e)6

Ştim:
Masa de hidrat=21g
Masa de apã pentru dizolvare = 179 g
Concentraţia procentualã a soluţiei=6% MgSO4
Concentraţia procentualã a soluţiei ȋn MgSO4 se calculeazã cu formula:
C MgSO4 = m MgSO4 .100 / ms

Nu ştim:
Masa de substanţã anhidrã ( MgSO4) dizolvatã=md
Masa soluţiei=ms
Masa molecularã a hidratului
Masa molecularã a substanţei anhidre
Masele atomice se iau din tabele
AMg =24; AH=1; AO=16; AS =32

Rezolvare

Se calculeazã masa de substanţã anhidrã dizolvatã ȋn soluţia de 6%; apoi se calculeazã din regula de trei simplã, plecând de la masele moleculare ale cristalohidratului şi ale substanţei anhidre şi de la masa cristalohidrat (21g) şi masa anhidrã dizolvatã, n.

  • Se calculeazã masa soluţiei de 6%:

ms= masa cristalohidrat+masa apei de dizolvare
ms =21+179=200g

  • Se calculeazã masa de substanţã anhidrã dizolvatã ȋn 200g soluţie 6%, cu formula:

6 = md.100/ 200
6.200 = md.100; md=12g MgSO4

  • Se calculeazã masa molecularã la MgSO4.n H2O

M MgSO4.n H2O = MMgSO4+ n M H2O – avem “n” moli de apã
ATENŢIE: SE ADUNĂ MASELE MOLECULARE; nu se ȋnmulţeşte masa molecularã a sulfatului de magneziu cu ”n” şi cu masa molecularã a apei.
Deci  M MgSO4.n H2O = (24+32+4.16)+ n.18= 120+18n

  • Masa molecularã a sulfatului de magneziu

MMgSO4 =120

  • Se scrie regula de trei simplã, pentru a calcula “n”:

Dacã 1mol de hidrat=(120+18n)g………are.………..120 g sulfat de magneziu
         Atunci              21g…………………..are…………12 g sulfat de magneziu
(120+18n)g.12g = 21g.120g

120+18n=21.10
120+18n=210; 18n=210-120=90
n = 90: 18=5

R:d)

 
Problema2
O cantitate de 300 g soluţie de soda conţine 10% Na2CO3 anhidru. Câte grame de Na2CO3.10H2O s-au folosit la prepararea acestei soluţii?

Ştim:
Masa de soluţie=300g
Concentraţia procentualã a soluţiei=10% Na2CO3 anhidru
Concentraţia procentualã a soluţiei ȋn Na2CO3 anhidru se calculeazã cu formula:
C MgSO4 = m Na2CO3 .100 /ms

Nu ştim:
Masa de substanţã anhidrã dizolvatã=md
Masa hidratului=X
Masa molecularã a hidratului
Masa molecularã a substanţei anhidre
Masele atomice se iau din tabele.

Rezolvare

Se calculeazã masa de substanţã anhidrã dizolvatã ȋn soluţia de 10%; apoi se calculeazã din regula de trei simplã, plecând de la masele moleculare ale cristalohidratului şi ale substanţei anhidre şi de la masa masa anhidrã dizolvatã, masa de hidrat Na2CO3.10H2O.

  • Se calculeazã masa de substanţã anhidrã din 300g soluţie de 10%:

ms= masa cristalohidrat+masa apei de dizolvare
10 = md.100/300
10.300 = md.100; md=30g Na2CO3
= M Na2CO3 + 10 M H2O – avem 10 moli de apã

  • Se calculeazã masa molecularã la M 10 moli H2O (Avem problema de mai sus)

M Na2CO3.10 moli H2O = M Na2CO3 + 10 M H2O – avem 10 moli de apã=286g

  • Masa molecularã a carbonatului de sodiu

M Na2CO3 =106

  • Se scrie regula de trei simplã, pentru a calcula masa hidratului:

Dacã 1mol de hidrat=286g………are.………..106 g carbonat de sodiu
Atunci            Xg……….are………….30 g carbonat de magneziu
X= 286g.30g/106g
X =8580g /106 = 80,94 g

R:80,94 g de hidrat