LEGILE GAZELOR

 O POVESTE DESPRE “GAZ”
A STORY ABOUT GAS

„Gas” is a notion that is hardly understood, studying it, people memorate definitions and calculations with the laws of the perfect (ideal) and real gases. We resumed middle level notions about gas in order to understand this state of materia shape, a problematic and abstract thing. I have wondered as a child what is gas, what is the consistency of a gas, how and what makes it invisible, but indispensable for life? How important is to know about gas in order to understand life better and also improve it, be aware of the pollution.. I think these are legitimate questions that make a person not only curious, but responsible.

At the beginning there were the Chaos, an indefinite mass of everything, a term provided by ancient Greek. Chaos was before the creation of the world and the existence of the Gods… an unfinished, unlimited and moving space being the clay used by the Creator to modelate the world… gas also is born from the Chaos.

Ana-Maria Spinu
Teacher

 

Noţiunea de gaz nu este înţeleasã pe deplin şi se memoreazã definiţii şi calcule cu legile gazelor perfecte (ideale) şi reale. Am fãcut un rezumat cu noţiuni de nivel mediu despre gaze, pentru înţelegerea acestei stãri de organizare a materiei (iar un cuvânt greu accesibil), ce dã atâta bãtaie de cap.
Poate ne-am întrebat: de unde provine cuvântul „gaz”?; „ce caracteristici are”?; „ce legãtura are cu solidul şi lichidul”?; „gazul este un fluid?”; „au vreun rol aceste gaze, în viaţa noastrã”?.
Iatã, aerul este un gaz. Aşa ne-au spus, prima datã pãrinţii; noi am întrebat „dar, de ce se numeşte aşa?”; rãspunsul era de multe ori „De aia!”. Unii au rãspuns: ”Üite, aerul este ceva din naturã, care nu se vede, nu se poate prinde cu mâna, dar existenţa lui se vede prin vânt, prin viaţa noastrã-fiindcã corpul nostru trãieşte cu aer”.
Aerul este un înveliş alcãtuit din gaze, potrivit sursei: https://ro.wikipedia.org/wiki/Aer:

78.084% Azot (N2)

20.947% Oxigen (O2)

0.934% Argon (Ar)

0.03% Dioxid de carbon (CO2)

Urme de:

Neon (Ne)

Heliu (He)

Kripton (Kr)

Dioxid de sulf (SO2)

Metan (CH4)

Hidrogen (H2)

El are multe roluri pentru viaţa de pe Pãmânt, printre care face posibilã respiraţia, dar ne şi ocroteşte. Stratul superior al atmosferei are ozon(O3) care absoarbe peste 99 % din radiaţiile ultraviolete. Atmosfera ne ocroteşte şi de milioanele de fragmente meteorice, unele de mãrimea unor grãunte de nisip, altele cât un bolovan. Astãzi în multe zone de pe glob nu se trãieşte într-o atmosferã sãnãtoasã, din cauza poluãrii, adicã intrã în aer substanţe chimice, microorganisme din activitãţile umane: industrie în special industria chimicã, abandonarea deşeurilor în naturã, etc.

Ĩncãlzim locuinţa şi preparãm mâncarea cu ajutorul gazului metan. Simplu! Aşa cum se vede în fotografia de mai jos http://giucristglobal.ro/metanul-si-alte-gaze-folosite-in-romania/.images gaz metan

Oare, câţi ne-am întrebat cum de ajunge acest gaz, de la zãcãmânt, aflat la sute, mii de kilometri de noi? Asta, ar însemna, cã el curge prin conducte trimis de pompe.

Exemple de gaze
Gazele sunt alcãtuite din atomi sau molecule şi se poate clasifica (potrivit studiilor în domeniu):
-monoatomice: gaze rare: He, Ne, Ar, etc.;
-diatomice: F2; Cl2; CO; NO etc.;
-poliatomice: CO2; H2Ovapori; O3 etc.;

Originea cuvântului „gaz”
Am gãsit aceastã explicaţie interesantã, plecând de la caracteristicile lui: nu are formã palpabilã, ocupã tot spaţiul unde se aflã, fiindcã între moleculele componente nu sunt atracţii mari, nu se vede (sunt şi gaze colorate).
„Cuvântul „gaz” a fost inventat de Jan Baptist van Helmont, probabil ca o pronunțare din neerlandeză a cuvântului „chaos” din greaca veche. Haos (sau Chaos) era personificarea haosului, a spațiului nelimitat care, în concepția grecilor, ar fi existat înainte de crearea lumii. Divinitate străveche, Haos era considerat de către unii drept fiul lui Cronos, şi se poate explica ca o lume neformată, dezordonată, care, după Hesiod, a existat înaintea zeilor.” https://ro.wikipedia.org/wiki/Gaz
Se poate înţelege cã „haosul”este un spaţiu nemãrginit, mişcãtor, ce nu poate fi cuprins cu mintea; lutul din care Creatorul creeazã forme definite.

Sã citim poezia Luceafãrul, de Mihai Eminescu.

eminescu-prezentare-bibl-mares-crina-41-728

Cuvântul Haos este utilizat în mass-media pentru a desemna stãrile sociale de dezordine, confuzie.

Definiţii ale gazului
O definiţie empiricã este aceea prin care gazul este o stare de agregare a materiei de pe planeta noastrã, alãturi de alte forme: solid, lichid. S-a introdus şi a patra stare, plasma, care abundã în univers. Aceste patru stări de agregare sunt descrise prin proprietățile de „volum” și „formă”:
miscarea in gaze

  • în stare solidă materia are volum și formă fixe;
  • în stare lichidă materia are volum fix, dar ia forma vasului în care este ținută;
  • în stare gazoasă materia ocupă întregul volum disponibil, luând forma corespunzătoare;
  • în stare de plasmă, materia nu are nici formă, nici volum propriu, și este ionizată, răspunde la forțe electromagnetice și emite radiații electromagnetice. https://ro.wikipedia.org/wiki/Stare_de_agregare

O altã definiţie puncteazã mişcarea haoticã a moleculelor unui gaz şi interacţiunile slabe dintre molecule, care genereazã principalele proprietãţi ale gazelor. Mişcarea moleculelor de gaz dintr-un spaţiu este haoticã, adicã dezordonatã, fiindcã dupã fiecare ciocnire cu o altã moleculã sau cu peretele vasului îşi schimbã direcţia mişcãrii. Conform studiilor forţele de atracţie dintre moleculele de gaz sunt slabe, de tip: van der Waals pentru moleculele nepolare; forţe de tip dipol-dipol pentru molecule polare şi uneori legãturi de hidrogen. Astfel gazele se caracterizeazã prin:

  • nu au volum propriu şi nici formã proprie (ocupã tot spaţiul ce-l au la dispoziţie şi iau forma vasului în care se aflã);
  • difuzeazã unele în altele;
  • se amestecã în orice proporţie;
  • strãbat orificii foarte fine ale materialelor poroase;
  • se pot comprima uşor;
  • exercitã presiune mare asupra pereţilor vasului în care se gãsesc.

Fizicianul englez James Clark Maxwell introduce un model de gaz şi anume gazul ideal (perfect) cu ajutorul cãruia sã se poatã studia mai uşor comportarea unui gaz, în diferite condiţii de temperaturã, presiune, volum. El nu existã în naturã.
Gazul ideal se caracterizeazã, în mare, prin: distanţe mari dintre molecule, faţã de dimensiunile acestora; forţele de interacţiune sunt neglijabile; presiunea gazului este datã numai de ciocnirile dintre molecule şi pereţii vasului.
Ĩn realitate moleculele de gaz au volum bine determinat care nu se poate neglija şi ciocnirile dintre ele modificã presiunea pe care o exercitã asupra pereţilor vasului în care se aflã.

Parametrii de stare ai gazului ideal
Sunt proprietãţi fizice, care determinã la un moment dat starea gazului, precum: presiunea (p); temperatura (T); volumul (V).
Ĩntre ei existã relaţia:
p0V0/ T0 = p1V1/ T1= …pnVn/ Tn = constant

Probleme rezolvate
Am folosit manualul de Chimie, de la şcoala IES BAIX CAMP din Reus, pe care am vizitat-o, în cadrul unui proiect şcolar Comenius 1.1., cu titlul „Trãind şi muncind în Europa”, în anul 2003. Şcoala respectivã a fost coordonatorul de proiect.
Bibliografie
M.D.Masjuan, J.M. Dou. 1 Quimica, Cassal 1989

1.(8/ pag. 47) O masã de gaz ocupã un volum de 200 dm3 la presiunea de 102 Pa. Care este presiunea necesarã pentru reducerea volumului la 50 dm3 fãrã variaţia temperaturii.

Rezolvare

T=temperatura=constantã, nu se modificã în timpul modificãrii presiunii şi a volumului.

Stare                        Presiunea(Pa)                 Volum(dm3)  

Iniţial (1)                      1×102                              200

Final (2)                       p2=?                               50

Se aplicã legea Boyle-Mariotte pentru calcularea presiunii p2 şi înlocuim datele în relaţie:

p1V1 = p2V2

1×102 Pa x 200 dm3= p2 x 50 dm3

p 2 = 1×102 Pa x 200 dm3 / 50 dm3 = 4×102 Pa

R: 4×102 Pa

 

2.Un rezervor de 10 m3conţine bioxid de azot la presiunea de 105Pa şi la temperatura de 200C. Cât va fi presiunea, dacã temperatura creşte la 2800C ?

Rezolvare

Volumul se considerã constant, adicã nu se modificã în timpul modificãrii presiunii şi temperaturii. Se aplicã legea Gay-Lussac:

p1 / T1 = p2 / T2

Stare                     Presiune(Pa)                Temperatura(K)

Iniţialã (1)               1×105                            (273 + 20)

Finalã (2)                 p2=?                            (273 + 280)

Ĩnlocuim datele în expresia matematicã de mai sus:

1×105 Pa / 293 K = p2 / 553 K

p2 = 1×105 Pa x 553K / 293 K = 1,89×105 Pa

R: 1,89×105 Pa

 

3.(10/pag.48) O masã de gaz ocupã un volum de 500 cm3 si la temperatura de -200 C. Calculaţi volumul gazului când temperatura creşte la 1000 C, dacã presiunea nu se modificã.

Rezolvare

Presiunea nu se modificã în timpul modificãrii temperaturii şi a volumului. Ea este constantã. Se aplicã legea Charles şi Gay-Lussac:

V1/T1 = V2/T2

Stare                    Volum(cm3)                               Temperatura(K)

Iniţialã(1)               500                                         (273+(-20))= 253

Finalã(2)                V2 =?                                     (273+100)=373

 

Ĩnlocuim datele în expresia matematicã de mai sus:

500 cm3/ 223K = V2x 373K

V2= 500 cm3x 373/ 253 = 737 cm3

R: 737 cm3

 

4.(pag.39) O masã de gaz ocupã un volum de 3 dm3 la presiunea de 1×103Pa şi la temperatura de 2000C. Calculaţi volumul pe care-l va ocupa acest gaz la -500C şi presiunea de 1×105 Pa.

Se observã cã variazã presiunea, temperatura şi volumul. Se aplicã legea generalã a gazelor perfecte (ideale), pentru a calcula volumul final.

P1 V1 / T2 = p2V2 / T2

Rezolvare

Ĩnlocuim datele în expresia de mai sus şi calculãm volumul final.

Stare             Presiune(Pa)         Volum(dm3)         Temperatura(K)

Iniţialã            1×103                       3                      273+200=473

Finalã            1×105                       V2=?                273-50=223

1×103Pa x 3dm3/ 473K = 1×105Pa x V2 / 223K

V2 = 1×103 x3 dm3 x 223 / 1×105 x 473

V2 = 1,41×10-2 dm3= 1,41×103x10-2cm3=14,1 cm3

R: 14,1 cm3

 

LEGILE GAZELOR

 Se oferã tipurile de probleme rezolvate:

  1. Probleme simple cu legile: Boyle-Mariotte; Gay-Lussac; Charles;  ecuaţia de stare a gazelor perfecte; Avogadro;
  2. Probleme complexe de calcul stoechiometric, când se cunoaşte volumul gazului şi randamentul în produs de reacţie;
  3. Probleme pentru bacalaureat şi concursuri;
  4. Analiza cuprului din aliajele sale, fiindcã se propun la concursuri reacţiile dintre cupru, sãrurile lui cu acidul azotic, sulfuric, hidroxidul de amoniu. Un alt aspect este utilizarea medicinal a alamei, conform cercetãrilor ştiinţifice actuale.

I.   BIBLIOGRAFIE

Luminiţa Vlãdescu, Olga Petrescu, Ileana Cosma, Chimie, manual pentru clasa a IX-a, Editura Didacticã şi Pedagogicã, R.A., Bucureşti-1998

1/2 La ce presiune se aflã oxigenul gazos într-un cilindru de oţel de 40 dm3, ştiind cã la t=00C s-au introdus în cilindru 6000 dm3 oxigen?

  1. 6000 L de oxigen se aflã la presiunea P1 = 1 atm şi temperatura de 00 C;
  2. Se introduc în cilindru 6000 L de oxigen;  presiunea creşte la P2
  3. Volumul cilindrului este egal cu volumul gazului, la temperatura de 00 C şi presiunea P2
  4. 1l= 1 dm3
  5. Observãm cã temperatura rãmâne constantã (t=00C), variazã presiunea şi volumul.
  6. Trebuie sã aflãm P2.
  7. Ce trebuie sã cunoaştem:

Legea lui Boyle-Mariotte:

La temperaturã constantã, volumul ocupat de o masã determinatã de gaz variazã invers proporţional cu presiunea la care se aflã gazul.

P1V1= p2V2

Rezolvare

 Inlocuim în expresia de mai sus datele şi calculãm P2:

P2. 40 l= 1atm . 6000 L

 R: P2 = 150 atm

 2/3 Ce volum va ocupa la 2000 C o cantitate de hidrogen, ştiind cã la 10 0 C aceeaşi cantitate, ocupã un volum de 12 dm3 la p=constant ?

  1. Ştim cã la temperatura  ( T1 grade Kelvin) de 10 0 C, hidrogenul are volumul (V1) de 12 dm3 ( litri) şi o anumitã masã;
  2. Observãm cã aceeaşi masã are la temperatura ( T2 grade Kelvin) un volum ( V2).
  3. Observãm cã presiunea este constantã, în timpul variaţiei volumului şi a presiunii
  4. Trebuie sã aflãm V2.
  5. Ce trebuie sã cunoaştem:

 Legea Gay-Lussac

La presiune constantã, volumul ocupat de o masã determinatã de gaz variazã direct proporţional cu temperatura absolutã.

V1/ T1 = V2/ T2

Rezolvare

Calculãm Temperaturile absolute ale gazului cu expresia:

T grade K = 273 + t ( grade C)

T1= 273 + t1 = 273+10= 283

T2= 273+ t2= 273+200 = 473

 Inlocuim datele în expresia matematicã a legii Gay-Lussac:

12/ 283 = V2 / 473

V2 = 12 x473 / 283 = 13 L

R: 13 L

 3/ 4 Cunoscîndu-se cã la 200 C presiunea unei cantitãţi de azot dintr-un recipient este de 2 atm, sã se afle la ce temperaturã azotul din recipient va avea presiunea de 6 atm?

  1. Ştim cã la temperatura (T1 grade Kelvin ) de 20 0 C o cantitate de azot are presiunea (P1) de 2 atm;
  2. Aceeaşi cantitate de azot va avea la presiunea (P2) de 6 atm, temperatura T2 grade Kelvin
  3. Observãm cã volumul rãmâne constant, când variazã temperatura şi presiunea.
  4. Trebuie sã aflãm T2
  5. Ce trebuie sã cunoaştem:

Legea lui Charles:

La volum constant, presiunea unei mase determinate de gaz variazã direct proporţional cu temperatura absolutã.

P1/ T1 = P2 / T2 

Rezolvare

  1. Calculãm Temperatura absolutã T1 a gazului cu expresia:

T grade K = 273 + t ( grade C)

T1= 273 + t1 = 273+20= 293 grade K

  1. Inlocuim datele în expresia matematicã a legii lui Charles:

2/ 293 = 6 / T2

T2 = 6x 293 / 2 = 879 grade K

t 2  = 879-273= 606 0 C

R: 606 0 C

 4/ 5  Densitatea hidrogenului la 00 C şi 1 atm este egalã cu 0,0899 g / dm3 . Sã se afle densitatea hidrogenului la 00 C şi 4 atm. ( Inlocuiţi în relaţia  P1 V1 = P2 V2, V = m/ ρ ). 

  1. Observãm cã temperatura este constantã şi variazã numai presiunea şi volumul hidrogenului.
  2. Observãm cã masa gazului este constantã.
  3. Avem la presiunea P1= 1 atm, densitatea hidrogenului (ρ1= 0,0899 g / dm3 )
  4. Avem presiunea P2 =4 atm
  5. Trebuie sã aflãm   ρ2 (g / dm3 ) 

Rezolvare 

  1. Scriem relaţia de variaţie a presiunii cu volumul, la temperature constantã:

                       P1 V1 = P2 V2                              (1)

  1. Scriem relaţia de calculare a densitãţii:

Ρ = m / V ;

                                      V = m/ ρ                                 (2)

  1. Masa este constantã; deci masa la P1= masa la P2 = m (g)
  2. Inlocuim expresia 2 în expresia 1:

P1 ( m/ ρ1 ) = P2 ( m / ρ2 )

                                  P1 / ρ1 = P2 / ρ2                       (3)

  1. Inlocuim datele în relaţia (3):

1/ 0,0899 = 4 / ρ2

ρ2 = 4x 0,0899 / 1 = 0,2796 g / dm3

R: 0,2796 g / dm3

5/ 6 Intr-un cilindru de oţel de 20 dm3 se aflã oxigen la 120 atm. Se consumã o parte din oxigen pentru sudurã şi presiunea în cilindru scade la 50 atm. Ce volum de oxigen în condiţii normale, a mai rãmas în cilindru ? 

1.      Observãm cã temperatura este constantã şi variazã presiunea şi volumul.

2.      Ştim cã în situaţia de condiţii normale de temperaturã şi presiune, un gaz are presiunea de 1 atm, deci P2 = 1 atm.

3.      Cunoaştem: volumul gazului şi presiunea gazului înainte de sudurã: V1=20 dm– volumul cilindrului;

4.       Observãm cã dupã sudurã, presiunea oxigenului din cilindru ajunge la P2 = 50  atm.

5.      Trebuie sã calculãm V2, volumul gazului rãmas în cilindru, la 1 atm- condiţii normale de presiune şi temperaturã.

  Rezolvare

  1. Scriem relaţia de variaţie a presiunii cu volumul, la temperaturã constantã:

                       P1 V1 = P2 V2

  1. Inlocuim în aceastã relaţie datele: V1= 20 dm3, care este volumul cilindrului; P2 =50 atm, presiunea dupã sudurã; P2 = 1 atm, presiunea în condiţii normale:

50 x 20 = 1x V2

V2 = 1000 dm3

  1. Dacã vrem sã calculãm volumul de oxigen consumat, ne raportãm la condiţii normale de presiune şi temperature, astfel:

a)      Calculãm volumul de oxigen în condiţii normale (Va) , când presiunea lui în cilindru este 120 atm. Volumul oxigenului este volumul cilindrului.

120 atm x 20 dm3= 1 atm x Va

Va = 240 dm3

b)      Am calculat la pct.2, Volumul de oxigen dupã sudurã, pe care-l notãm cu Vb şi este 1000 dm3.

c)      Diferenţa dintre cele douã volume este volumul de oxigen consumat la sudurã:

Va-Vb = 2400-1000= 1200 dm3

6/ 9  La temperatura de 54 0 C şi presiunea de 10 atm un gaz ocupã un volum de 15 dm3. De câte ori se mãreşte volumul gazului, dacã acesta este adus în condiţii normale?

 

  1. Ştim cã la temperatura ( T grade Kelvin) 54 0 C, gazul are presiunea (P) de 10 atm şi volumul (V1) de 15 dm3
  2. Ştim cã în condiţii normale, acest gaz are presiunea (P0) de 1 atm, temperatura ( T0) de 273  grade Kelvin  şi volumul V0 dm3
  3. 1dm3 = 1 l
  4. Trebuie sã calculãm Vo

Rezolvare

Se aplicã relaţia matematicã dintre presiune, volum şi temperaturã, pentru o masã de gaz, care se aflã în condiţii normale: T=273 K, p=1 atm şi V0 , care îşi modificã parametrii la V=15 l, p=10 atm şi T= 273+54=327

Po Vo/ To = PV/ T

  1. 1.      Se calculeazã cu ajutorul relaţiei de mai sus volumul Vo:

1 x Vo / 273 = 10 x 15 / 327

Vo = 150 x 273 / 327 = 125, 23 l

  1. 2.      Se calculeazã de câte ori Vo este mai mare faţã de V:

Vo : V = 125,23 : 15 = 8,34 ori

R: 125,23 L ; 8,34

7 / 10 Ce volum ocupã 14,2 kg Cl2 la temperature de 273 0 C şi p= 6 atm ?

  1. Ştim:

Masa clor = 14,2 Kg

Temperatura = 2730 C

T grade K = 273 + 273 = 546

Presiunea=6 atm

A cl= 35,5

M cl2 = 2×35,5 = 71

  1. Trebuie sã calculãm volumul de clor la parametrii de mai sus.

Rezolvare

Aplicãm ecuaţia de stare a gazelor perfecte;

pV=ϒ RT

ϒ = numãrul de moli = m / M; m (g)

R= constanta generalã a gazelor perfecte=0,082 l atm / K mol

1l= 1 dm3

  1. Se înlocuiesc datele în aceastã relaţie şi se calculeazã V de clor (l):

6atm x V l  = 14,2 x 1000 / 71 x 0,082 l atm / K mol x 546 K

 V = (14,2 x 1000/ 71 x 0,082) / 6 = 1492,4 l

R:    1, 492 m3

10/ 11 Sã se determine masa a 300 dm3 CO2 în condiţii normale.

  1. Ştim cã volumul V este 300 dm3
  2. 1 dm3 = 1l
  3. Condiţii normale de temperature şi presiune se referã la: T=273grade K şi p= 1 atm
  4. M CO2 = Ac + 2 Ao = 12 + 2 x16 = 44

Rezolvare

Aplicãm legea lui Avogadro :

1 mol din orice gaz, indiferent de natura lui chimicã, conţine acelaşi numãr N de particule; înseamnã cã 1 mol din orice gaz, în aceleaşi condiţii de temperaturã şi presiune, ocupã acelaşi volum- numit volum molar (Vm)

La 00 C şi 1 atm, volumul molar al oricãrui gaz este de 22, 4 dm3(l)

  1. Se scrie regula de trei simplã:

1 mol de CO2 = 44 g ………..ocupã……………..22,4 l

                          m g …………………………….300 l

                                 m = 44×300 / 22,4 = 589, 29 g

R: 589,29 g

11/ 12. 11,2 dm 3 dintr-un gaz necunoscut, la 00 C şi 1 atm, are aceeaşi masã ca şi 22,4dm3 oxigen, în aceleaşi condiţii. Stabiliţi: a) Care este raportul între masa moleculelor din gazul necunoscut şi masa moleculelor de oxigen ? Câţi moli de gaz necunoscut sunt prezenţi?

 

  1. Ştim cã masa gazului necunoscut mx este egalã cu masa oxigenului în condiţii normale de temperaturã şi presiune;
  2. Cunoaştem la gazul necunoscut: V gaz =11,2 l; p=1 atm; t = 00 C;
  3. Ştim la oxigen: p=1 atm; t = 00 C; A o = 16;

Mo2 = 2 A o = 2x 16= 32

  1. Trebuie sã calculãm masa molecularã a gazului necunoscut, pentru a afla raportul maselor moleculere dintre gaz şi oxygen
  2. Trebuie sã calculãm numãrul de moli de gaz necunoscut

Rezolvare

  1. Calculãm masa de oxigen ocupatã de 22,4 l, în condiţii normale, cu expresia matematicã a volumului molar:

1 mol de O2 = 32 …………………………………….22,4 l

Deci 22,4 l din problemã au 32 g.

  1. Calculãm masa molecularã a  gazului  necunoscut, în condiţii normale de temperature şi presiune, cu ajutorul expresiei matematice a volumului molar:

masa oxigen = masa gaz = 32 g

daca 1mol de gaz necunoscut = M gaz……..ocupã…………….22,4 l

atunci                                            32 g………ocupã…………..11.2 l

                                                        Mgaz = 32x 22,4 / 11,2 = 64

  1. Raportul dintre Mgaz : M oxigen =64 : 32 = 2 : 1
  1. Numãrul de moli de gaz necunoscut se calculeazã cu relaţia matematicã

ϒ = m / M

ϒ = 32/ 64 = 0,5

R: 2:1;    0,5

12/ 17  Intr-o camera de 48 m3 se arde sulf. Sã se calculeze cantitatea de sulf necesarã pentru a obţine o concentraţie de 2 % în volume SO2 în camerã. 

Cunoaştem:

V camera = V gaz final, dupã arderea sulfului = 48 m3

% SO2 = 2 % din V camera

As = 32

Ao = 16

Mso2 = As + 2 Ao = 64

Trebuie sã aflãm:

V SO2  = ?

Masa S = ?

Rezolvare 

  1. Calculãm volumul de SO2  ştiind compoziţia procentualã:

Dacã în 100 % de gaz …….sunt…….2% SO2

Atunci   în 48 m3 …………sunt……..V SO2

V SO2 = 48 x2 / 100 = 0,96 m3 = 960 dm3 = 960 l 

  1. Se calculeazã masa de bioxid de sulf, pe care o ocupã 960 l de bioxid de sulf în condiţii normale, cu ajutorul expresiei volumului molar:

Dacã 22,4 l de SO2 …………ocupã………………1 mol= 32 g

Atunci960 l …………………au……………………………m SO2

m SO= 960 x 32/ 22,4 = 2742, 85 g

  1. Scriem reacţia de ardere a sulfului. Prin calcul stoechiometric al reacţiei se aflã masa de sulf.

x…….………….2742,85 g

S  + O2   =       SO2

32……………….64

1 mol…………….1mol

X = 32 x 2742,85 / 64 = 1371, 42 g S

R: 1371,42 g S

 II. Bibliografie

Luminiţa Ursea, Rodica Mareş, Monica Palade, Serviciul Naţional de Evaluare şi Examinare, Bacalaureat, Subiecte propuse , Chimie anorganicã şi generalã, Editura Humanitas Educaţional, 2000

VII/ Varianta 4

Cuprul reacţioneazã cu acidul sulfuric şi formeazã un gaz, care ocupã un volum de 7,8 L la 273 K şi 4 atm. Ecuaţia reacţiei este:

Cu + 2 H2SO4  =  CuSO4  +   SO2 +  2 H2 O

  1. Determinã prin calcul masa de cupru (g) care a reacţionat, dacã aceasta are puritatea 80% iar randamentul reacţiei este 90 %
  2. Calculeazã volumul (L) soluţiei de acid sulfuric 4 M necesar reacţiei cu un mol de cupru( randamentul reacţiei seconsiderã 100%).
  3. Noteazã compoziţia şi utilizãrile aliajelor:bronz şi alamã.

Ştim la cerinţa 1:

La SO2 : V=7,8 L; T=273K; p= 4 atm; M= 64 ( As=32; Ao=16);η produs =90%

La Cu : puritatea=80%;  A cu = 64

Trebuie sã aflãm:

La SO:

a.       Masa pe care o ocupã 7,8 L la temperature şi presiunea de mai sus; aceasta este masa teoreticã din randamentul de 90%

b.      Masa practicã corespunzãtoare la randamentul de 90%, care rezultã dintr-o masã de cupru pur, conform reacţiei de mai sus;

c.       Masa ce reacţioneazã cu acidul sulfuric- notatã cu X. Se calculeazã de pe reacţie, cu masa practicã de SO2 ;

La Cu: Masa de cupru introdusã în reacţie cu puritatea de 80%

Rezolvare

1.      Calculãm masa de SO2 pe care o ocupã 7,8 L, la T= 273 K, p = 4 atm, cu ecuaţia de stare a gazelor ideale. Aceasta este masa teoreticã.

pV = ( m / M ) R T

R= 0,082 L atm / K mol

4atm x 7,8 L = (m g/ 64)x 0,082L atm / K mol x 273 K

m = 4×7,8 x64 / 0,082×273 = 89,19 g

2.       Se calculeazã din definiţia randamentului, masa practicã de SO2 care se obţine cu randament de 90 %, din cupru.

Randamentul în produs de reacţie se calculeazã cu relaţia matematicã:

η  = [ mp / mt]produs x 100

mp = masa practicã de produs obţinutã (g); este mai mica din cauza pierderilor

mt  = masa evaluatã teoretic de produs (g)

90 = mp x100 / 89,19

m p = 90×89,19 /100 = 80,27 g  SO2

3.      Se calculeazã masa de cupru pur ce reacţioneazã cu 80,27 g SO2, cu ajutorul calcului stoechiometric ( de pe reacţie). Trebuie sã cunoaştem masele moleculare ale SO2 , Cu şi masa de SO2 ; masa de Cu  o notãm cu  X; pe reacţie se pun numai mãrimi fizice de acelaşi fel.

X                                                80,27

Cu +   2 H2SO4  =  CuSO4  +   SO2 +       2 H2 O

A= 64                                     M=64

X = 64x 80,27 / 64 = 80,27 g Cu pur

4.      Se calculeazã masa de cupru cu impuritãţi, dacã puritatea este 80%:

100% cupru…………….sunt…………………….80% cupru  pur

a cupru (g)……………..are…………………….80,27 g cupru pur

a= 100x 80,27 / 80= 100, 34 g cupru impur introdus în reacţie

          R= 100,34 g cupru

Cerinţa 2

Ştim:

La Cu: masa= 1 mol; η = 100%

La H2SO4  = CM =4 M;

Trebuie sã calculãm:

Masa teoreticã de Cu ce reacţioneazã cu randament de 100 %

Numãrul de moli de acid sulfuric

Vs de acid sulfuric cu CM= 4 M

Rezolvare

1.       Se calculeazã masa teoreticã de cupru ce reacţioneazã, când randamentul este 100%:

η  = [ mp / mt]produs x 100

In acest caz, mp = mt = 1 mol de Cupru

2.      Cu ajutorul reacţiei chimice dintre cupru şi acid sulfuric se calculeazã numãrul de moli de acid sulfuric, ce reacţioneazã cu 1 mol de Cu:

Avem din reacţie:

1mol Cu………..reacţioneazã cu ……1 mol de H2SO4

Deci, masa de acid sulfuric exprimatã în moli este 1 mol. Ea reprezintã masa dizolvatã de acid sulfuric din CM= 4 M

3.      Cu ajutorul formulei de calcul concentraţie molarã se aflã volumul soluţiei de acid sulfuric 4 M:

CM = md / M Vs = ϒ / Vs

4 = 1/ Vs ;      Vs = 1 / 4 = 0,25 L = 250 ml

R = 0,25 L soluţie 4 M de H2SO4 

Cerinţa 3;

Bronz = aliaj Cu-Sn; se obţin din el obiecte decorative, bucşe, robineţi;

Alama = aliaj Cu-Zn;  se obţin tevi, elice nave, etc.

 

III Bilbliografie

Aurica Şova, exerciţii şi problem de chimie pentru licee şi admitere în învãţãmântul superior, Editura Junimea, Iaşi, 1978

 

11.55/ pag 132 Pentru elaborarea oţelului un convertizor a fost încãrcat cu 13,5 tone de fontã cu un conţinut de 3,25 % C şi 1,2 % P.Ştiind cã din cantitatea de carbon se oxideazã 90,62 % se cere:

1.Cantitatea de carbon care se oxideazã;

2. Câţi m3 de aer cu 21 % oxygen sunt necesari pentru oxidarea carbonului, de la pct.1, ştiind cã 1/3 arde la CO2, iar restul la CO;

3. Care este volumul de aer la temperatura de 270 C şi presiunea de 760 mmHg?

4. Ce cantitate de fosfat tricalcic rezultã în convertizor?

                                                 (Concurs final 1967)

Ştim:

Masa fontã= 13,5 t = 13,5 x 103 kg

% C / fontã = 3,25

%C / carbonul existent în fontã-  care reacţioneazã cu O2 ( se oxideazã) = 90,62

% P/ fontã= 1,2

Masa carbon ce trece în CO2    = 1/3 din toatã masa de carbon ce reacţioneazã cu O2

Masa carbon ce trece în CO   = 2/3( restul = 3/3-1/3) din toatã masa de carbon ce reacţioneazã cu O2

% O2 din aer = 21 % v

La aer avem douã situaţii: a) este în condiţii normale de P şi T; b) este la t= 270 C şi

p= 760  mm Hg= 1 atm

A c = 12

A P =31

A o =16

Trebuie sã calculãm:

  1. Masa de C şi P din fontã;
  2. Masa de C care se oxideazã;
  3. Masa de C care trece în CO2 şi masa de C care trece în CO
  4. Masa de O2 care reacţioneazã cu C, când se formeazã CO2 şi CO
  5. Volumul de O2 , în condiţii normale, corespunzãtor masei de la pct.4
  6. Volumul de aer, în condiţii normale, ce conţine volumul de O2 de la pct.5
  7. Volumul de aer, la t=270 C şi P=1 atm, când în condiţii normale are valoarea de la pct.6
  8. Masa de fosfat tricalcic rezultatã din P de la pct.1

Rezolvare

 Cerinţa 1

  1. Calculãm pe baza compoziţiei procentuale de C şi P din fontã, masele lor, cu regula de trei simplã:

100% fontã …..sunt………….3,25 % C…………………1,25%P

13,5 x103 Kg……………………….a………………………..b

 a = 13,5×103 x3,25 / 100= 438,75 Kg C

b= 13,5 x 1000 x 1,25 / 100 =168,75 Kg P

  1. Calculãm masa de carbon care se oxideazã, cu regula de trei simplã- calcul procentual:

Din 100 % carbon………….se oxideazã……..90,62%

Atunci din 438,75 kg…………………………….c

C= 438,75×90,62 / 100 = 397,59 kg = 397,60 kg C

R= 397,6 Kg

Cerinţa 2

  1. Se calculeazã masa de carbon care trece în CO2  şi masa de carbon care trece în CO:

mC / CO2 = 1/3 x 397,6 = 132,5 Kg

mC / CO = 2/3 x 397,6 = 265 Kg

  1. Se calculeazã de pe reacţie masele de O2 consumate pentru formarea oxizilor de carbon, pe care le notãm cu X, Y :

132,5     X

C   +      O2         =    CO2

                                                                                                        A=12         M=32

X = 132,5 x32 / 12 = 353,3 Kg O2

265              Y

C          + ½  O2             = CO

                                                                                                       A=12        ½ din32

Y = 265 x 16/ 12= 353,3 Kg O2

  1. Se calculeazã masa totalã de oxygen, prin adunarea lui x cu Y şi apoi se aflã volumul de oxygen în condiţii normale de p, t.

X +Y = 353,3 + 353,3 = 706,6 Kg

                       1 kmol O2 = 32 Kg …….în condiţii normale are………..22,4 m3

Atunci                 706,6 Kg…………………………………………….   t

t =706,6 x 22,4 / 32 = 494,62 m3 O2

  1. Pe baza de calcul procentual se aflã volumul de aer în condiţii normale, ce conţine 21 % O2 :

21 % O2  ……………se aflã în…………………..100% aer

494,62 m3 ……………………………………….. z

Z= 494,62 x 100 / 21= 2355,33 m3 aer

Cerinţa 

  1. Se calculeazã volumul de aer în condiţiile când se modificã  temperature de la 00 C la t=270 C şi p este constantã =1 atm, cu relaţia :

Vo/ To =  V / T

To= 273 k;

T = t grade C + 273 = 27 + 273 = 300 K

2355,33 / 273 = V / 300

V = 2355,33 x 300 / 273 = 2588,22 m3 aer

Cerinţa 4

  1. Se calculeazã de pe semireacţia de trecere a P în Ca3 (PO4)2 masa de Ca3 (PO4)2 :

A P = 31

M Ca3 (PO4)2 = 3 Aca + 2 AP + 8 A O = 3×40+2×31+8×16 = 310

168,75          m

2 P    =     Ca3 (PO4)2

2×31         M= 310

m  =  168,75×310 / 2 x31= 843,75 Kg

 

SUPLIMENTAR

ANALIZA CUPRULUI DIN ALIAJELE SALE 

A.    ANALIZA CALITATIVA A CUPRULUI DIN ALIAJE

Cuprul formeazã sãruri uşor solubile, precum: sulfaţii, clorurile, azotaţii. Oxizii, hidroxizii, fosfaţii, sulfura, carbonaţii, fero şi fericianurile de cupru ( mono şi bivalent),cromaţii, etc. sunt insolubile în apã. Sãrurile de cupru în general sunt colorate în albastru, verde, roşu, etc. In chimia analiticã, cuprul intrã în grupa hidrogenului sulfurat, alãturi de stibiu, cadmiu, aur, arsen, selen, telur, fiindcã formeazã sulfuri insolubile în acizi.

Mod de analizã general

Dupã recoltarea şi solubilizarea probei cu cupru- prin tratare cu acizi concentraţi, amestec de acizi, sau dezagregare, se pot face urmãtoarele reacţii de identificare:

1.      Reacţia cu reactivul de grupã H2S ( hydrogen sulfurat, acid sulfhidric) se formeazã sulfura de cupru neagrã, insolubilã în acizi diluaţi, solubilã în acid azotic 20 %

CuSO4 + H2S = Cu S  + H2 SO4

2.       Reacţia cu NH4OH

Cationul de cupru (II), cu o cantitate mică de hidroxid de amoniu, formează o sare bazică verde, care în exces de reactiv se dizolvă cu formarea unui complex cuproamoniacal de culoare albastru-azuriu  ( licoarea lui Schweitzer)

Cu SO4  + 2NH3 + 2H2O = Cu(OH)2   + (NH4)2SO4

Excesul de amoniu conduce la obtinerea unei combinatii complexe:

Cu(OH)2   + 4 NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2

Hidroxid ce tertaamonio cupru (II)

„reactiv Schweizer” (dizolvant pentru celuloza)

sau:

4NH3  + CuSO4  =[Cu(NH3)4]SO4

4NH4OH + CuSO4  =[Cu(NH3)4]SO4 =4H2O

Sulfat tetraamoniocupric (II)

3.      Reacţia cu NH4 I

Cationul de cupru formează cu iodura de amoniu, iodură de cupru (II), care se descompune cu formare de iodură cuproasă (I) şi iod molecular, întregul precipitat fiind de culoare maroniu-gălbui :

2Cu+2 + 4(NH4 I) = 2CuI + I2 + 4NH4+

B.   ANALIZA CANTITATIVĂ A CUPRULUI

DIN BRONZURI ŞI ALAME

I.Metoda electrogravimetricã

Principiul metodei:

Proba de aliaj se dizolvã în acid azotic soluţie ( 1: 1); cuprul şi plumbul trec în soluţie, iar staniul şi stibiul precipitã sub formã de acid metastanic, respectiv metastibic ( H2 SnO3 ; HsbO3 ).

Reacţia dintre cupru şi acid azotic este o reacţie redox.

3Cu + 8HNO= 3 Cu(NO3 )2 +2 NO +4 H2 O

Soluţia de azotaţi de cupru şi de plumb se separã prin filtrare şi se supune electrolizei. Cuprul se separã pe catod sub formã de metal, iar plumbul se separã pe anod sub formã de PbO2.

 

II.Metoda spectrofotometricã de absorţie atomicã

 

http://lori.academicdirect.org/works/?f=108

 LEGILE GAZELOR

 

 

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s