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/

Anunțuri

CALCULE STOECHIOMETRICE CU RANDAMENT, PURITATE

Mulțumesc persoanei, care mi-a sugerat acest articol! Sper să ajute și elevii din clasa a VIII-a!

I CALCULE STOECHIOMETRICE CU SUBSTANȚE PURE

Am lucrat cu 2 zecimale și semnul . este pentru înmulțire.

I.1 DETERMINAREA CANTITĂȚII DE PRODUS DE REACȚIE DINTR-O CANTITATE DE REACTANT, RANDAMENTUL ÎN PRODUSUL DE REACȚIE ESTE 100%

 Randamentul în produs de reacție este o “cifră exprimată în procente”, care ne spune că,“ în timpul unei reacții chimice au loc pierderi și atunci dintr-o masă dată de reactant se obține o masă practică de produs de reacție mp mai mică decât masa evaluată teoretic, mt”. Randamentul are simbolul matematic  ᶯ. Formula de calcul matematic este:
ᶯ % produs=(mp.100)/mt/produs
sau
ῃ=(Vp/Vt)produs.100 (%)
Vp=volumul practic obținut (l); Vt=volumul teoretic de produs de reacție(l)

La reacții chimice, fără pierderi, randamentul în produsul de reacție este 100% și atunci:
mp=mt
Masa teoretică, respectiv volumul teoretic de produs de reacție se calculează cu ajutorul reacției chimice. S-a convenit să se facă calculul stoechiometric (adică pe bază de reacție chimică) cu substanțe pure și cantitățile (volumele) teoretice.
Problema propusă
Calculați masa de amoniac (NH3)  în g, care se obține din 0,06 kmoli de azot (N2) și hidrogen (H2) cu randament de 100 %. Substanțele se consideră pure. Masele atomice se iau din tabele.
 
Etape de lucru la aflarea masei de amoniac

1.Scriem ecuația reacției chimice dintre azot și hidrogen, cu formare de amoniac, în anumite condiții.
N2 +3H2=2NH3(toate substanțele sunt gaze)
 
2.Semnificația acestei ecuații chimice este:
1 mol de N2 reacționează cu 3 moli de H2 și produce 2 moli de NH3
Sau:
2.14 g N2  ….3.(2.1)g de H2…..2.(14+3.1)g de NH3
Sau:
1 volum molar de N2reacționează cu 3 volume molare de H2 și produce 2 volume molare de NH3

3.Se scriu datele problemei

Știm:
-masa de N2=0,06 Kmol= 0,06.1000 moli=60 moli
– ῃ în NH3 = 100%;  acesta înseamnă că masa teoretică de amoniac calculată (teoretica) este egală cu masa practică de amoniac obținută
-A N =14; AH=1;
-M la NH3 = AN+3AH = 14+3.1=14+3=17
Nu știm:
-masa de NH3 obținută=x(g)=?

4.Calcularea masei de NH3 (moli, g) se face cu ajutorul calcului stoechiometric (calcul pe bază de ecuație chimică):

60moli                  x
N2          +3 H2= 2NH
1mol                     2moli

 Rezultă proporția:
60/1= x/2; 60.2=x.1
X=120 moli de NH3
Masa de NH3 se calculează prin înmulțirea numărului de moli cu masa moleculară:
m(g) NH3 = 120.17 =2040 g de NH3

R : 2040 g de NH3

I.2 DETERMINAREA CANTITĂȚII DE PRODUS DE REACȚIE DINTR-O CANTITATE DE REACTANT, RANDAMENTUL ÎN PRODUSUL DE REACȚIE ESTE DIFERIT DE 100%

Problema propusă
Calculați masa de amoniac (NH3)  în g, care se obține din 0,06 kmoli de azot (N2) și hidrogen (H2) cu randament de 60 %. Substanțele se consideră pure. Masele atomice se iau din tabele.

Etape de lucru la aflarea masei de amoniac
1.Scriem ecuația reacției chimice dintre azot și hidrogen, cu formare de amoniac, în anumite condiții.
N2 +3 H2=2NH3 (toate substanțele sunt gaze)
 
2.Semnificația acestei ecuații chimice este:
1 mol de N2 reacționează cu 3 moli de H2 și produce 2 moli de NH3
Sau:
2.14 g N2  …….3.(2.1) g de H2…..2.(14+3.1) g de NH3

3.Se scriu datele problemei

Știm:
-masa de N2=0,06 Kmol=0,06.1000 moli=60 moli
– ῃ în NH3=60%;
Acesta înseamnă că masa teoretică de amoniac, care se calculează de pe ecuația chimică este mai mică, decât masa practică de amoniac obținută, diferența de 40% reprezintă pierderi.
-A N =14; AH=1;
-M la NH3 = AN+3AH=14+3.1=14+3=17
Nu știm:
-masa de NH3 teoretică= mt= x(g)=?
-masa de NH3 obținută practic=mp=?

4.Calculul masei teoretice de NH3 (g) se face cu ajutorul calcului stoechiometric, așa cum este în exemplul de mai sus:

mt (g) NH3 = 120.17 =2040 g de NH3

5.Masa practică de NH3 obținut se calculează din formula randamentului și cu ajutorul masei teoretice:

ᶯ % produs=(mp.100)/mt/produs
60= mp.100/2040; 60.2040=mp.100
mp=60.2040/100=1224 g de NH3
OBSERVAȚIE:
2040 g-1224g=816 g de NH3 pierdere

R : 1224  g de NH3

 

II CALCULE STOECHIOMETRICE CU SUBSTANȚE IMPURE

 Puritatea (p) reprezintă cantitatea sau volumul de substanță pură din 100 unitate de masă sau unitate de volum de substanță impură.

Problema propusă
Prin tratarea plumbului cu acid azotic se formează 120 g de azotat de plumb cu randament de 95%. Ce cantitate de plumb(g) cu puritate de 98% în Pb s-a folosit?

 Etape de lucru
1.Scriem reacția chimică:
2Pb(s)+8HNO3(sol)=3Pb(NO3)2 sol+2NO↑+4 H2O
2NO + O2 (din aer=2NO2

2.Semnificația acestei reacții chimice este:

 2 moli de atomi de Pb reacționează cu 8 moli de HNO3 și produce: 3 moli de Pb(NO3)2,2moli de NO și 4moli de  H2O

3.Scriem datele problemei:

Știm:
-masa de Pb(NO3)2 formată cu randament de 95%=120g = care este masa practic obținută(mp)
-randamentul în azotat de plumb=95%
-puritatea plumbului=98%=adică în 100% plumb sunt 98% Pb pur, iar restul de 2% sunt impurități.
A Pb= 207;
M la Pb(NO3)2 =A Pb+2(A N+3 A O)=207+2(14+3.16)=207+2.14+6.16=207+28+96=331
Nu știm:
-masa teoretică de Pb(NO3)2=mt=?(g)
-mPb pur=x =?(g)
-m plumb impur=y=?(g)

4.Calcule
Prima dată se calculează masa teoretică de azotat de plumb, cu ajutorul randamentului și a masei practice:
ᶯ % produs=(mp.100)/mt /produs
95=120.100/mt ; mt = 120.100/95=126,315=126,32 g de Pb(NO3)2
Se calculează masa de Pb cu ajutorul calculului stoechiometric, rezultând proporția:
Dacă  3moli=3.331 g de Pb(NO3)2 (masa teoretică) rezultă din 2moli=2.207 g de Pb
Atunci   126,32 g de de Pb(NO3)2 rezultă din…………………………………x g de Pb
x =126,32.2.207/3.331=55,665=56,67 g de Pb pur

Se calculează masa de plumb ce conține 56,67 g de Pb pur, cu ajutorul definiției purității:
Dacă în 100 % plumb..sunt……..98% Pb pur
Atunci în y (g) plumb….sunt…..56,67 g de Pb
y = 100%.56,67 g / 98% =57,82 g de plumb

R: 57,82 g de plumb

 

DETERMINAREA MASEI MOLARE A UNUI POLIMER PRIN MĂSURAREA VÂSCOZITĂȚII SOLUȚIEI SALE CU VÂSCOZIMETRUL UBBELOHDE

Măsurarea vâscozității soluției unui polimer este cea mai simplă metodă pentru a obține o valoare pentru masa moleculară a unei macromolecule.Dacă este dizolvat un polimer, într-un solvent, soluția rezultată devine vâscoasă-se observă și la soluții diluate. Temperatura trebuie să fie constantă. Pe măsură ce masa moleculară a polimerului crește, soluția devine mai vâscoasă. Acest fenomen arată că există o relație între vâscozitatea soluției de polimer și masa lui moleculară.
Astfel, cu vâscozimetrul de mai sus, se măsoară la temperatură constantă și la soluții diluate ale polimerului cercetat (g/cm3) timpii de curgere pentru solvent și pentru soluții și apoi se calculează   vâscozitatea relativă:
Vâscozitatea relativă este raportul dintre vâscozitatea soluției și vâscozitatea solventului și se calculează împărțind timpul de curgere al soluției la timpul de curgere al solventului.
h rel = ti /t0
unde:
h rel =vâscozitatea relativă
ti =timpul de curgere pentru soluție (secunde)
t0  =timpul de curgere pentru solvent (secunde)
Fiindcă vâscozitatea relativă tinde spre unitate, cu scăderea concentrației polimerului (c=0), studiile recomandă să se lucreze cu vâscozitatea specifică (h spec):
h spec = h rel-1= t1-t0/ t0   (1)
Vâscozitatea specifică crește cu creșterea concentrației polimerului în soluție la temperatura constantă.
Dacă se împarte relația matematică a vâscozității specifice la concentrația polimerului în soluție se obține relația:
h spec/C soluție polimer = t1-t0/ t0.Csoluție polimer  (2)
Se reprezintă grafic variația h spec/Cpolimer  = f( Cpolimer) și se obține o dreaptă; prin extrapolare la C=0,rezultă panta dreptei,care reprezintă vâscozitatea intrisecă(h).
Vâscozitatea intrinsecă este principalul parametru de interes în determinarea masei moleculare. Ea este legată de masa moleculară prin ecuație empirică, a lui Mark-Houwink:
h = K.Ma (3)
Unde :
K,a =coeficienți tabelați pentru perechea solvent-polimer, temperatura de lucru și unitatea de măsură a vâscozității intriseci; ei se determină experimental.
M= masa molară a polimerului

ATENȚIE LA TERMENI:

Valoarea numerică a masei moleculare relative este egală cu valoarea numerică a masei molare exprimată în g/mol sau kg/kmol. https://ro.wikipedia.org/wiki/Mas%C4%83_molecular%C4%83
Viscozitatea este proprietatea unui fluid de a se opune mișcării relative a particulelor constituente https://ro.wikipedia.org/wiki/Viscozitate

                      EXERCIȚIU  PROPUS

DETERMINAREA MASEI MOLARE A ALCOOLULUI POLIVINIC PRIN MĂSURAREA VÂSCOZITĂȚII SOLUȚIEI SALE ÎN APĂ CU VÂSCOZIMETRUL UBBELOHDE

Alcoolul polivinilic de uz industrial se obține din metanol, iar cel utilizat pentru cosmetică și industria alimentară se obține din etanol. Polyvinyl alcohol – Wikipedia
Are formula chimică aproximativă: CH2CH(OH)n.

UN MOD DE LUCRU

Se propun următoarele date, care sunt diferite de cele din practică.
Se prepară 5 soluții diluate de alcool polivinilic în apă distilată de concentrații: 0,0010g/cm3-0,0030g/cm3; se măsoară la temperatura de 300C, timpul de curgere al apei distilate și apoi timpii de curgere pentru cele cinci soluții.
Se fac calcule de vâscozitate relativă, specifică.
Se reprezintă grafic funcția
h spec/C soluție polimer= f( Csoluție polimer);
Prin extrapolare din grafic se obține vâscozitatea intrisecă și se calculează apoi masa molară (cu relația matematică, 3).
Tabel cu date:
t0=45 sec (la apa distilată)
K=0,0002 cm3 /g
a=0,76

C(g/cm3)
sol
0.0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030
t(secunde) 50 55 60 70 80
t1-t0 50-45=5 55-45=10 60-45=15 70-45=25 80-45=35
t1-t0/t0.C 5/45.0,0010=
111
10/45.0,0015=
148
15/45.0,0020
=167
25/45.0.0025
=222
35/45.0,003
=259

Reprezentăm grafic într-un sistem de axe OX și OY variația raportului:
h spec/C sol.polimer cu  Csol. polimer, astfel: pe axa OX vor fi valorile concentrației și pe axa OY vor fi valorile raportului. Este o funcție de tipul: y=f(x)
Rezultă variația din graficul de mai jos, unde:
-pe axa OY, unitatea de măsură ce corespunde la un pătrățel este 12,5 cm3/g ( distanța dintre 100-200 este de 8 pătrățele, deci diferența(100):8 =12,5)
-pe axa OX, unitatea de măsură ce corespunde la un pătrățel este diferența 0,001-0,002: 5 pătrățele (distanța dintre ele) și este egală cu:0,0002 g/cm3.

Prin extrapolare am obținut valoarea vâscozității intriseci (C sol=0). Se observă cum am prelungit dreapta albastră cu o dreaptă roșie ce intersectează axa OY într-un punct ce corespunde la aproximativ 2 pătrățele pe grafic.
Valoarea lor este: 2.12,5 g/cm3 =25 g/cm3
Calculăm M cu relația 3:
25 cm3/g = 0,0002 cm3/ g. M0,76
 M=radical de ordinul 0,76 din 25.0,0002=7476
R: M=7476

CALCULAREA CANTITĂȚII DE PROBĂ ÎN ANALIZA GRAVIMETRICĂ

          Chimia Analitică învață că, “mărimea probei analizate gravimetric depinde de: compoziția materialului analizat și în special de conținutul procentual al constituentului ce se determină, apoi de compoziția și de structura precipitatului obținut. Cantitatea de precipitat obținută trebuie să permită o filtrare rapidă, o eliminare completă a impurităților prin spălare.” Cantitatea de precipitat cristalin este mai mare decât în cazul precipitatelor coloidale.

Noțiuni de prelevarea probelor gazoase

Se practică următoarele metode de bază: prin expansiune într-un container ce poate fi ulterior evacuat; prin spălare și prin înlocuire cu un lichid. Trebuie să se cunoască volumele vaselor de colectare, temperatura și/sau presiunea.

Noțiuni de prelevare probe lichide

Luarea probelor din lichide pure sau omogene este directă cu orice dispozitiv ce nu distruge puritatea, omogenitatea.Luarea probelor din amestecuri lichide eterogene (neomogene) ridică unele probleme și metoda de recoltare diferă dacă avem:emulsie, suspensie, lichid cu reziduuri solide, amestec de lichide nemiscibile, dacă există componenți volatili.

Noțiuni de prelevarea probelor solide

Metodele de recoltarea probelor solide diferă, dacă acesta este omogen sau eterogen.Există relații matematice pentru calcularea masei de solid ce se va recolta, în funcție de structura precipitatului rezultat și în funcție de granulometria materialului solid.
Astfel, pe o rondelă de hârtie de filtru cu diametrul de 7 cm se filtrează ușor o cantitate corespunzătoare de 0,5000 g de precipitat cristalin (volum mic), iar pentru precipitatele coloidale (volum mare) aceasta se reduce la 0,1000 g formă cântărită. De aceste date se ține cont la calcularea cantității de probă pentru analiză.
O relație pentru calcularea cantității minime de probă, în care intră diametrul granulelor este:
q ≥ k. da
unde:
q=cantitatea de probă (Kg)
d=diametrul granulelor în mm
k, a=coeficienți empirici, ce depind de caracteristicile materialului;
Caz1: k=0,06; a=1,80 la materiale cu omogenitate și grad de sfărâmare mare.
Caz 2: k=0,10; a=2,00 pentru materiale cu grad de omogenitate și sfărâmare medii.
Caz3:k=0,18; a=2,25 pentru materiale neomogene.
 
Noțiuni de prelevarea probelor clinice

Probele clinice sunt constituite în mare parte din: sânge, ser sau plasmă, lichid cerebrospinal, suc gastric, lichid ascitic din cavitatea abdominală, lichid pleural din cavitatea toracică, lichid sinovial de la încheieturi, urină, țesuturi, secreții ale rănilor, etc. Trebuie reținut, că de obicei la analizele clinice, față de cele industriale, sau cele privind mediul înconjurător, medicul, asistentul medical, sora recoltează probe, iar analistul trebuie să se bazeze pe abilitatea și corectitudinea lor privind manipularea probelor.

Bibliografie
Vasilica Croitoru, Chimie Analitică.
Donald J.Pietrzyk, Clyde W. Frank, Chimie analitică, Editura Tehnică, București, 1989

PROBLEMA  REZOLVATĂ nr. 1

Ce cantitate de aliaj care conține 10,85% aluminiu se ia la analiza aluminiului, știind că acesta se determină gravimetric, prin precipitare ca hidroxid de aluminiu și calcinare la oxid de aluminiu ?
A Al=27; M Al2O3 = 102

Rezolvare

Etapele de lucru sunt:
Pregătire și recoltare probă de aliaj într-o anumită cantitate (a);
Aducerea probei de aliaj în soluție (când Al trece în ioni de Al III);
Precipitarea ionilor de Al (III) sub formă de Al (OH)3-este gelatinos, coloidal și greu de filtrat și spălat;
Calcinarea hidroxidului de aluminiu la oxid de aluminiu (Al2 O3) – forma stabilă.
2Al – 2Al3+ -2 Al (OH)3 – Al2O3

Date
Știm:
-procentul de Al din aliaj=10,85%
-masa de precipitat coloidal, care se reduce la forma cântărită = 0,1000g Al2O3 -din precizările de mai sus
-masa atomică Al și masa moleculară a oxidului de aluminiu
Nu știm:
-masa de Al care produce 0,1000g de oxid=x (g)
-masa de aliaj cu Al = a (g)

Calcule. Am lucrat cu patru zecimale; am folosit semnul . pentru înmulțire.
Calculăm masa de Al (x):
Dacă 1 mol de Al2O3(102g)rezultă din 2 atomi gram de Al (2.27g)
Atunci 0,1000 g Al2O3 rezultă din ………………………………….x (g)Al
x=0,1000g.2.27g/102g=0,0529 g Al

Calculăm masa de aliaj (a):
Dacă 100% aliaj……….are……….10,85% Al
Atunci “a” g aliaj……………..0,0529g
a=100%.0,0529 g /10,85%=0,487556 g=0,4876 g aliaj
 
                                                                       R: 0,4876 g de aliaj.
 

PROBLEMA  REZOLVATĂ nr. 2

Ce cantitate de sulfat de magneziu anhidru se ia în analiză pentru a se determina anionul sulfat din sulfatul de magneziu cristalohidrat sub formă de sulfat de bariu?
M BaSO4= 233,34; M MgSO4.7 H2O = 246,37

Etapele de lucru sunt:
Pregătire și recoltare probă de sulfat de magneziu cristalohidrat, într-o anumită cantitate(a);
Aducerea probei în soluție;
Precipitarea ionilor de sulfat SO4( II) sub formă de BaSO4 – un precipitat cristalin, stabil, care se filtrează și se spală ușor.
MgSO4 . 7 H2O – BaSO4

Date
Știm:
-masa de precipitat cristalin=0,5000g-din precizările de mai sus
-masele moleculare la sulfat de magneziu cristalohidrat și la sulfat de bariu.
Nu știm:
-masa de sulfat de magneziu cristalohidrat și anhidru, care produce 0,5000g de precipitat=a(g)
-masa moleculară de sulfat de magneziu=x(g)

Calcule. Am lucrat cu patru zecimale; am folosit semnul . pentru înmulțire.
Calculăm masa de sulfat de magneziu cristalohidrat (a):
Dacă 1 mol de BaSO4(233,34 g)rezultă dintr-un mol MgSO4 .7 H2O(246,37 g)
Atunci 0,5000 g BaSO4……..rezultă din…………………………..a
a=0,5000g. 246,37g / 233,34g=0,5279 g de MgSO4.7 H2O

Calculăm masa de Mg SO4 (x):
M Mg SO4 =2.A Mg+A(S) +4. A O=2.24+32+4.16 =144
 
Dacă  246,37 g cristalohidrat…are…….144g de sulfat de magneziu
Atunci  0,5279 g va conține…………“x” de sulfat de magneziu
x =0,5279g.144g /246,37g =0,30855g=0,3086 g
 
                                                             R:0,3086 g de sulfat de magneziu

PROBLEMA  REZOLVATĂ nr. 3

Cât trebuie să fie diametrul granulelor unui material solid neomogen, încât să permită luarea unei probe de 0,2500 g?

Rezolvare

►Căutăm relația matematică pentru calcularea cantității minime de probă SOLIDĂ.
Astfel, citim la “Noțiuni de prelevare probe solide” că relația pentru calcularea cantității minime de solid, în care intră diametrul granulelor este:
q≥ k.da

Fiindcă problema precizează, că avem un material solid neomogen, valorile matematice pentru k și a sunt (vezi enunțul):
k=0,18; a=2,25
►Calcule. Înlocuim  în relația lui q, literele q, k, a cu valorile lor numerice și facem calculele de aflarea necunoscutei “d”. Atenție la semnele mai mic și mai mare.

0,2500 ≥ 0,18.d2,25

d2,25 ≤ 0,2500 / 0,18

d2,25 ≤ 0,1389
d≤ radical de ordinul 2,25 din 0,1389,
d≤0,4159 mm
 
R: 0,4159 mm

REACTII CU FORMARE DE COMBINATII GREU SOLUBILE

CHIMIE ANORGANICA MEDITATII

REACṬII CU FORMARE DE COMBINAṬII GREU SOLUBILE

BIBLIOGRAFIE

1.Marius Andruch, Ion Baciu, Daniela Bogdan, Chimie, Manual pentru clasa a XII-a, filiera teoretică, profil real,C1,  Editura Mistral,Info Media, 2007

NOTẶ

Se prezintă câteva modele de probleme rezolvate pentru reacţii de precipitare ale unor ioni şi care se întâlnesc la teste de evaluare, examene, olimpiade şcolare. Reacţiile de precipitare ale cationilor şi ale anionilor stau la baza separării lor din amestecuri, şi sunt studiate în cadrul disciplinei Chimia Analitică, capitolul Analiza Calitativă.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Chimie_analitic%C4%83

Doresc, ca aceste modele să vă ajute la construirea unei scheme logice de rezolvare. Ele reprezintă un punct personal de abordare şi  nu anulează ce învăţaţi la şcoală.

1/2. Pag.101. Care este volumul de soluţie 0,1 M de HCl necesar pentru precipitarea totală a unei soluţii de AgNO3 0,5 M al cărei volum este 5 mL?

Cunoaştem:

-reacţia de precipitare dintre cele două substanţe

-C M soluṭie HCl…

Vezi articol original 961 de cuvinte mai mult