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.

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