PROBLEME DE CHIMIE DATE LA ADMITERE LA FACULTATE, ÎN ANII 1978-1979

PROBLEME DE CHIMIE CARE S-AU DAT CONCURSUL DE ADMITERE ÎN ÎNVĂȚĂMÂNTUL SUPERIOR ÎN ANII 1978,1979

Bibliografie

Bibliografie

1.Probleme de matematică, fizică și chimie, date la concursurile de admiterea în învățământul superior în anii 1978-1979
2. https://www.blog.wellcome.ro/limba-romana-cum-se-scrie-corect-4
 
  ♦  În amintirea acelor vremuri! Erau și 6 concurenți pe un loc! Cu mulțumiri profesorilor de la Liceul Tehnologic Ocna Mureș și celor de la Facultatea de Chimie Industrială din Timișoara, anul 1979!
 
 

 

 

 

 

 

EXEMPLUL 1

CHIMIE ANORGANICĂ SI ORGANICĂ
(Admitere la Inginerie chimică,  Chimie, Biochimie-Iulie 1978)
  
1.La tratarea unei alame (Zn+Cu) cu NaOH se degajă11,2 L de H₂. Partea nedizolvată după filtrare se dizolvă total ĩn 40 g soluţie H₂SO₄ 49% ĩn prezenţă de aer. (oxigen)
Se cer:
a)scrierea reacţiilor chimice;b) compoziţia procentuală a aliajului;c) cantitatea de CuSO₄.5H₂O care rezultă.
Se  dau masele atomice rotunjite: A Zn=65; A Cu=64; A S=32; A O=16; A H=1.

۩Rezolvare
 
La această problemă, trebuie să fim atenţi la:
-numai Zn se dizolvă ĩn soluția de NaOH.El reacţionează cu NaOH, cu degajare de H₂
Zn + 2NaOH+2H₂O → Na₂[Zn(OH)₂]+H₂
-Cu reacţionează cu H₂SO₄ ĩn prezenţa O₂ (aer) astfel:
Cu +H₂SO₄+ ½ O₂ → CuSO₄ + H₂O
 Deci nu vom scrie reacţia chimică:
Cu +2H₂SO₄ = CuSO₄+SO₂+2H₂O
 
Varianta de rezolvare se bazează pe schema: vom calcula masa de Zn, pe baza reacţiei dintre Zn şi NaOH, unde ştim că se produc 11,2 L de H₂. Masa de Cu o vom calcula din reacţia cu masa dizolvată de H₂SO₄ din 40 g de soluţie de 49%.
 
Date cunoscute
Volum H₂ condiţii normale=1,2 L
msoluţie de acid sulfuric=40g
C sol. H₂SO₄=49%
Volumul molar ĩn C.N. de temperatură şi presiune=22,4 L
 
Date necunoscute
mZn=a(g)=?
mCu=b(g)=?
md H₂SO₄=?
m aliaj Zn,Cu=?
compoziţía procentuală a aliajului (%Zn. %Cu)=?
mCuSO₄=X(g)=?
mCuSO₄.5H₂O=Y(g)=?
 
Calcule
 ►Calculăm masa de Zn pe baza ecuaţiei chimice, de mai jos:
 a                                                        11,2L
Zn + 2NaOH+2H₂O → Na₂[Zn(OH)₂]+H₂
65                                                       22,4L
 a=65g.11,2L/22,4L=32,5 g

►Calculăm masa dizolvată (md) din 40 g de soluţie 49%:
Cp=md.100/ms
49=md.100/40
md=49.40/100=19,6 g de H₂SO₄
 
►Calculăm masa de Cu din ecuaţia reacţiei chimice, de mai jos:
 b       19,6 g
Cu +H₂SO₄+ ½ O₂ → CuSO₄ + H₂O
65      98
 b=64.19,6/98=12,8 g de Cu
 
►Calculăm masa de CuSO₄.5H₂O, care conţine 12,8 g de Cu, pe baza regulii de trei simplă formulată astfel:
 M CuSO₄.5H₂O= A Cu+A S+4AO+5.M H₂O
=64+32+4.16+5.18=250 g/mol
 Regula de trei simplă:
Dacă A Cu (64 g/mol/mol)……sunt ĩn M CuSO₄.5H₂O (250g/mol)
Atunci 12,8 g de Cu………….sunt ĩn X g de CuSO₄.5H₂O
X=12,8.250/64=50 g sulfat de cupru hidratat
 
R: 71,74% Zn, 28,26% Cu, 50 g sulfat hidratat
 
 2.Un amestec de propan (20% vol) şi butan (80%vol) arde conducând la bioxid de carbon şi apă. Să se calculeze: a) Volumul de aer necesar arderii complete a 1 m³ amestec (condiţii normale); b)Volumul de aer (condiții normale) necesar arderii complete a 1 kg de hidrocarburi. Aerul conţine 21 % volume de oxigen
Se dau masele atomice rotunjite: A C=12; A O=16; A A H=1.
 
R:29,5 m³ aer: 11,947 m³ aer: 44,2% CO₂; 55,8%H₂ (vap).
 
 
Varianta 1 de rezolvare
 Este o schemă care merge pe calcule stoechiometrice de la arderea totală a propanului și a butanului.
☺Punctul sensibil al problemei!
Trebuie să fim atenți la calcularea volumelor de propan și butan, când participă 1 m³, respectiv 1 kg de amestec de hidrocarburi cu aceeași compoziţie procentuală ĩn volume. Pentru 1 Kg de amestec gazos, vom calcula masa moleculare medie şi cu regula de trei simplă vom calcula volumul pe care-l ocupă ĩn C.N. 1 kg de amestec gazos şi apoi vom calcula volumele de propan şi butan. (VEZI CALCULE CU AMESTECURILE DE GAZE)
După, ce se află ĩn fiecare caz *a, b* aceste volume, restul de calcule pentru cerinţele date sunt simple.
 
 Date cunoscute
Compoziţia procentuală ĩn % de volum pentru propan şi butan din amestec este:
%v C₃H₈=20% V; %v C₄H₁₀=80%
Nu sunt alte gaze, fiindcă suma procentelor de mai sus este 100% v
V amestec  gaze (C.N.)=1 m³=1000L
m amestec gaze (C.N.)=1 Kg=1000 g
Volum molar =22,4 L (C.N.)
A C=12, A H=1, A O=16
Procentul de O₂ din aer=21%volum
 
Nu ştim
Volumele de propan şi butan din 1 m³ aer (C.N)
Volumul de O₂ consumat la arderea propanului=X1 (L)
Volumul de O₂ consumat la arderea butanului=X2(L)
Volumul total de O₂ = X (L) C.N.
Volum de aer (C.N) cu 21 % O₂=  ?
Masa moleculare medie a amestecului de 1 Kg=?
Volumul de amestec ocupat ĩn C.N. de 1 Kg amestec₌?
Volumul de O₂ consumat la arderea propanului=Y1 (L)
Volumul de O₂ consumat la arderea butanului=Y2(L)
Volumul total de O₂ = Y (L) C.N.
Volum de aer (C.N) cu 21 % O₂=  ?
 
Calcule pentru cerința a:
►Se calculează volumele de propan şi butan din 1 m³ amestec:
Dacă ĩn 100% amestec…sunt…20%propan……80%butan
Atunci ĩn 1000 L amestec……….?……?
V propan=1000.20/100=200L
V butan=1000.80/100=800L
 
►Se calculează volumele de O₂ consumate ĩn reacţiile cu propanul şi butanul:
 200L      X1
C₃H₈ +5O₂         =3CO₂+4H₂O
22,4L    5.22,4L
X1=200L.5=1000L de O₂
 
800L           X2
C₄H₁₀+13/2 O₂      =4CO₂+5H₂O
22,4      13/2 .22,4
X2=800.13/2=5200L
 
►Se calculează volumul total de O₂ şi apoi volumul total de aer:
X=1000+5200=6200L
 V aer=100.6200/21=29523,8 L =29,52 m³
 
Calcule la cerința b
 
♫ Se calculează masa moleculare medie a amestecului de propan şi butan. Fracţiile molare la amestecurile gazoase sunt egale cu fracţiile de volum.
Pentru cazul de faţă, fracţiile molare rezultă din procentele de volum:
20/100=0,2 pentru propan, 80/100=0,8 pentru butan
M medie a amestecului=0,2.M propan+0,8.M butan=0,2.44+0,8.58=55,2
 
♫Se calculează volumul pe care-l ocupă 1 kg de amestec în condiţii normale:
Dacă  1 mol amestec=55,2 g/mol…….ocupă 22,4 L
Atunci 1000 g……………………………..ocupă V amestec
V amestec=1000.22,4/55,2=405,797 L
 
♫Se calculează volumele de propan şi butan:
V propan=0,2.405,8=81,2 L
V butan=0,8.405,8=324,6 L
 
♫Se calculează stoechiometric (vezi a)  volumele de O₂ consumate la arderea volumelor de propan şi butan de mai sus:
Y1=81,2.5=406 L
Y2=324,6.13/2=2110,2 L
 
♫Se calculează volumul total de oxigen și de aer:
Y=Y1+Y2=406+2110,2=2516,2L de O₂
V aer/1kg amestec= 2516,2.100/21=11981,9=11,98 m³
 
Varianta 2 de rezolvare
 
Această variantă pleacă de consumul de oxigen pentru arderea totală a unui mol(1) de amestec gazos de propan și butan, condiții normale. Restul calculelor sunt simple, cu regula de trei simplă, cu număr de moli și volumul molar.
 
☺Observăm că avem:
1 mol de amestec, CARE REZULTĂ DIN ADUNAREA: 0,2 MOLI PROPAN+0,8 MOLI DE BUTAN, fractii molare. Nu există alte gaze în amestec!
♠ Din reacțiile propanului și butanului cu oxigenul vom calcula câți moli de oxigen reacționează cu 1 mol de AMESTEC gazos de propan și butan. Notam cu a1, a2, a numărul de moli de oxigen conform ecuațiilor chimice de mai jos.
 
0,2moli      a1
C₃H₈    +   5O₂=3CO₂+4H₂O
1mol         5mol
a1=0,2.5/1= 1 mol
 
0,8           a2
C₄H₁₀+13/2 O₂ =4CO₂+5H₂O
1mol     6,5mol
a2=0,8.6,5/1=5,2 mol
 
DECI:
nmoli de O₂ total=a=a1+a2=1+5,2=6.2 moli pentru 1 mol de amestec de gaze!
 
☻Calcule pentru cerința a
⸎ Se calculează câți moli are 1 m³ de amestec de gaze în condiții normale:
Nmoli=nvolume molare= V amestec (L) /22,4L
Nmoli=1000L/22,4L=44,64 moli de amestec de propan și butan
 
⸎ Se calculează câți litri de oxigen vor consuma 44,64 de moli  de amestec de gaze în condiții normale, cu regula de trei simplă:
Dacă 1mol amestec gazos……consumă..6,2 moli de O₂………6,2.22,4L de O₂
Atunci 44,64 moli amestec gazos…..vor consuma………………?
V O₂ =44,64.6,2.22,4L=6199L
 
⸎ Se calculează volumul de aer ce va conține 6199L de O₂ în condiții normale:
V aer=100.6199/21=29,52 m³ aer
 
☻Calcule pentru cerința b
Plecăm de masa moleculară medie a amestecului gazos(vezi varianta 1) și vom calcula numărul de moli de amestec și apoi după modelul de la pct a vom calcula volumul de oxigen și de aer.
M medie a amestecului=55,2
Nmoli de amestec: m amestec/M medie=1000 g/55,2=18,12 moli
 
 
 EXEMPLUL 2
CHIMIE ANORGANICĂ, CHIMIE ORGANICĂ
Admitere Inginerie chimică, Chimie, Biochimie 1979
 
 1.Să se determine compoziţia (% masă) unui amestec format din fier-aluminiu-cupru, dacă prin acţiunea unei soluţii de hidroxid de sodium asupra a 13 g din acest amestec se degajă 6,72 L de gaz , iar prin acţiunea unei soluţii de acid clorhidric asupra aceleaşi cantităţi de amestec se degajă 8,96 L de gaz.
Notă: Calcul se efectuează pentru condiţii normale; cuprul nu reacţionează cu hidroxidul de natriu și acidul clorhidric.

Reacții ale metalelor (Al,Fe, Cu) cu soluții de NaOH și HCl

Liceul Tehnologic Ocna Mureș, România!

EXEMPLUL 3

ADMITERE SUBINGINERI _CHIMIE_IULIE 1978

SUBIECTE

1.Dintre substanțele chimice de mai jos să se arate care sunt electroliți slabi în soluții apoase: CH₃COONa; H₂S; CH₃COOH; NH₃; KI; H₃PO₄; HF.

2.Metoda industrială de obținere a aluminiului.

3.Metode de preparare ale acizilor monocarboxilici și dicarboxilici.

4.Se supun fermentației alcoolice 360 Kg de glucoză pură. Se cer: a) scrierea reacției chimice; b) cantitatea de etanol 80% (procente gravimetrice) care s-ar obține, dacă randamentul de transformare este 80%. Se dau masele atomice la H, O,C.

Varianta de rezolvare propusă la cerința 4

a)Reacția chimică care are loc la fermentația alcoolică a glucozei este:
*Fermentația alcoolică este procesul prin care se formează alcool etilic, sub acțiunea diferitelor organisme (Saccharomyces sp, Bacillus macerans), asupra diferitelor substrate, mai ales glucide.* https://ro.wikipedia.org/wiki/Fermenta%C8%9Bie_alcoolic%C4%83
C₈H₁₂O₆ →2CO₂+2CH₃CH₂OH

b)Cantitatea etanol 80% (procente gravimetrice≡ procente de masă) se referă la masa de soluție de alcool etilic cu 80 % alcool etilic. Din 360 kg glucoză pură, doar 80% se transformă în alcool etilic.

Calculele propuse sunt:

► Prima dată calculăm, masa de glucoză pură(X), care se transformă în etanol, conform reacției chimice de mai sus. Ne folosim de regula de trei simplă:
Dacă din 100 % masă glucoză……………80% masa de glucoză se transformă
Atunci din 360 kg glucoză…………………X (Kg) se transformă
X= 360 Kg.80%/100%=288 Kg de glucoză, care se transformă

►Calculăm cu ajutorul ecuației reacției chimice, cantitatea de alcool (Y) ce se obține din 288 Kg de glucoză. Aceasta va fi masa de alcool dizolvată în soluția de 80% alcool.

288  Kg                            Y
C₈H₁₂O₆ →2CO₂+2CH₃CH₂OH
1mol                         2 mol
180                          2.46

Y=288 Kg.2.46 /180=147,2 Kg

 ►Calculăm masa de soluție de alcool etilic de 80%, care se obține din 147,2 Kg de alcool etilic, cu ajutorul expresiei matematice a concentrației procentuale:

C%=md.100/ms; ms=md.100/Cp
Deci:
ms=147,2.100/80=184 Kg de soluție de 80%.
R:184 Kg de soluție de 80%.

ADMITERE INGINERIE CHIMICĂ, CHIMIE, BIOCHIMIE-IULIE 1979

1.Se dau 214 g de amestec format din hidrocarburi: A-o alchenă și B-un alcan. La hidrogenarea amestecului, A se transformă în B, iar masa amestecului crește cu 6 g. La arderea produsului obținut în urma hidrogenării se formează 336 L de bioxid de carbon (condiții normale). Să se indice formulele hidrocarburilor din amestecul inițial și concentrația lor procentuală în amestec.

În urma citirii enunțului înțelegem și trebuie să fim atenți la următoarele:
-numai alchena reacționează cu H₂ și trece în alcanul B- reacția se numește hidrogenare;
-din 214 g de amestec de alcan B și de alchenă A prin hidrogenare se obțin: 214g+6 g=220g de B. Dacă se spune, că masa amestecului inițial de 214 g crește cu 6 g, atunci vom aduna la 214, cele 6 g.
-220 g de B se arde cu O₂ formând 336 L de CO₂ (C.N.)

Varianta de rezolvare propusă

Se prezintă schema reacțiilor.

Calculul pleacă de reacția de ardere a 220 g de alcan B (C_nH_2n+2)  cu O₂, din care rezultă 336 L de CO₂ (C.N.), de unde vom afla n.

Date cunoscute și necunoscute
-alchena A: C_nH_2n
-alcanul B: C_nH_2n+2
–m amestec A+B=214 g
-m creștere a amestecului prin hidrogenare A+B=6 g
-m amestecul final, după hidrogenare=214+6=220g
-V de CO₂=336L (C.N.)
-formulele chimice ale alcanului B și ale alchenei A=?
-Concentrațiile procentuale ale lui A și ale lui B în 214 g de amestec=?

---

C_nH_2n+H₂→ C_nH_2n+2 (hidrogenare)
C_nH_2n+2+(3n+1)/2O₂→nCO₂+(n+1)H₂O (ardere totală)

Calcule
a)Se calculează formulele chimice ale lui A și ale lui B.
►Se calculează n, de pe ecuația chimică de ardere a alcanului B:
220 g                           336L
C_nH_2n+2 +(3n+1)/2O₂→nCO₂ + (n+1)H₂O
1 mol                            n mol
(12n+2n+2)g                 n.22,4L

220 g.(n).22,4L=336L.(14n+2):22,4
220n=15(14n+2)
220n-210n)=30
10n=30; deci n=30/10=3
►Se calculează formulele chimice ale lui A și ale lui B, pentru n=3:
A=C_nH_2n; rezultă C₃H₆. Este propena.
B=C_nH_2n+2=C₃H_8. Este propanul.

b)Se calculează compoziția procentuală a lui A și a lui B:
Varianta propusă are la bază un calcul de moli.
♫Astfel 220 g de propan, din reacția de oxidare are:
M propan=44 g/mol
220g/44g/mol=5 moli  de propan
♫Calculăm numărul de moli de propenă(X) din reacția de hidrogenare:
M H₂=2
6g
X        3 moli
C₃H₆+ H₂=C₃H₈
1mol    1mol

X moli de propenă=1.3moli/1mol=3 moli
M propenă=42 g/mol
Deci amestecul conține: 3 moli de propenă și 5-3=2 moli de propan.
☻Compoziția procentuală a hidrocarburilor în 214 g de amestec este:
% Propan=2moli.44 g/mol.100%/ 214 g=41,12%
% Propenă=3moli.42g/mol.100%/ 214 g=58,88%

R: 41,12% masă propan; 58,88%masă propenă.

 
 
 
 
 

 

 

 

METODE TERMICE DE ANALIZĂ

Metodele termice aplicate în chimia analitică studiază schimbările fizice și chimice pe care le suferă o substanță la încălzire, servind astfel la identificarea și determinarea compoziției acesteia.
Analiza termogravimterică (TG) se bazează pe variația masei de substanță analizată cu variația temperaturii. Curbele termogravimetrice sau termogramele sunt reprezentări grafice ale variației masă-temperatură, când încălzirea se face cu un gradient de temperatură constant. Funcția de dependență este dată de relația:
m=f(T)
Analiza termogravimetrică diferențială (ATDG-DTG) oferă informații suplimentare asupra comportării la încălzire a substanțelor solide. Pentru a  crește sensibilitatea metodei se utilizează derivarea curbei TG. Experimental acest lucru se poate realiza cu un aparat bazat pe inducție magnetică.https://www.scribd.com/doc/124041178/Analiza-Termica

Probleme propuse și o variantă personală de rezolvare

1.Se precipită ionii de potasiu și amoniu din 5 g de sol sub formă de hexacloroplatinat de potasiu și respectiv hexacloroplatinat de amoniu. Se trasează termograma precipitatului obținut (figura de mai jos). Masa precipitatului la 400⁰ C este de 0,5000g și la 800⁰C este 0,1005g. Se colectează clorul degajat în intervalul de temperatură 600-800⁰C . Acesta are volumul de 0,03L la 700⁰C și presiunea de 1,2 atm.
Care este concentrația de ioni de potasiu și amoniu din proba de sol?
Se dau:
A Mg=24; A Cl=35,5; A K=39; A Pt=195

 

 Rezolvare

Pas 1.
Prima dată citim termograma. Termograma ne oferă date despre comportarea amestecului de precipitate la încălzire, privind variația masei fiecărui precipitat din amestec și reacțiile chimice ce le suportă. Astfel observăm că avem două curbe de variație a masei precipitatelor cu temperatura, de forma m=f(t) și că apar substanțe noi pe diferite porțiuni ale curbelor, din cauza reacțiilor chimice de descompunere a acestor precipitate la diferite temperaturi.

1.Curba 1 este pentru variația masei precipitatului (NH₄)₂PtCl₆ cu temperatura. Observăm trei forme ale curbei:

• până la temperatura de 200⁰C avem o porțiune în care masa substanței este constantă și nu se modifică, dacă crește temperatura. Este o dreaptă paralelă cu axa temperaturii;
• de la 200⁰C până la 350⁰C (am aproximat) avem o porțiune descendentă, masa scade brusc cu creșterea temperaturii. Are loc o reacție de descompunere a substanței, fiindcă apare după acest interval Pt (este notată pe curbă) și se degajă clor.

(NH₄)₂PtCl₆ ↔Pt+2NH₄Cl+2Cl₂↑

• de la 350⁰C până la peste 800⁰C avem o porțiune dreaptă, paralelă cu axa temperaturii, în care există substanța Pt și masa este constantă și nu se modifică, dacă crește temperatura.

2. Curba 2 este pentru variația masei precipitatului K₂PtCl₆ cu variația temperaturii. Observăm două forme ale curbei:

• până la temperatura de 600⁰ C avem o porțiune în care masa substanței este constantă și nu se modifică, dacă crește temperatura. Există doar precipitatul;
• de la 600⁰C până la 900⁰C (am aproximat) avem o porțiune descendentă, masa scade brusc cu creșterea temperaturii. Are loc o reacție de descompunere a substanței, fiindcă sunt trecute pe curbă substanțele Pt și KCl și se degajă clor.

K₂PtCl₆ ↔Pt+2KCl+2Cl₂↑

Pas 2. ⊗.Problema are o capcană!  Se vorbește numai de clorul degajat în intervalul de temperatură (600-800)⁰ C și nu se spune nimic despre amoniac și acidul clorhidric. Din datele de specialitate știm:
“Clorura de amoniu (Salmiac, țipirig, NH4Cl) pe măsură ce crește temperatura se descompune  în amoniac NH₃ și clorură hidrică (acid clorhidric) HCl sub formă gazoasă:
NH₄Cl =NH₃↑ + HCl↑
La temperatura de 338°C se topește și sublimează.
Pt se topește la peste 1700⁰C și  KCl la 770⁰C.”

Dar, din termogramă aflăm că la acest interval de temperatură (600-800)⁰C, există pe curba 1 numai Pt și pe curba 2 observăm o porțiune descendentă, în care există substanțele: Pt și KCl. Deci, clorul colectat în acest interval provine din descompunerea precipitatului K₂PtCl₆.
Pas 3. Varianta de rezolvare pe care o propun pe baza acestor date este: cu ajutorul volumului de clor dat (la care aflăm masa lui) vom calcula masa de K₂PtCl₆; o vom scădea din masa amestecului de 0,5000 g (la 400⁰ C), și vom afla masa de Pt, care a fost produsă de (NH₄)₂PtCl₆ (la această temperatură, observăm din termogramă că există Pt și K₂PtCl₆). Mai departe, prin calcule stoechiometrice (pe bază de ecuație chimică de la descompunere) calculăm masele de ioni de K și NH₄ din precipitate și apoi cantitatea procentuală din proba de sol.

Date cunoscute:

• m proba de sol=5g
• m amestecului de precipitate la 400⁰ C = 0,5000g
• m amestec de precipitate la 800⁰C = 0,1005g
• V clor = 0,03L la 700⁰C și presiunea de 1,2 atm
• Reacțiile de descompunere a substanțelor K₂PtCl₆ și (NH₄)₂PtCl₆
• Ecuația de stare a gazelor perfecte:

pV=n.R.T
p=presiunea (atm); V=volumul(L, dm³); n=numărul de moli;
T=temperatura (grade K)
R=constanta universală a gazelor=0,082atm.L/mol.K

• A Mg=24; A Cl=35,5; A K=39; A Pt=195

Date necunoscute:

• mCl₂=?(g)
• a=masa de K⁺(g)=?
• b=masa de NH₄⁺(g)=?
• x=masa de K₂ PtCl₆ (g)=?
• y=masa de Pt(care ține de curba1)g=?
• a^*=% de ion K
• b^*=% de ion NH₄

Calcule

Am lucrat cu 4 zecimale și semnul “.” este pentru înmulțire.
►Calculăm masa de clor cu ecuația de stare a gazelor perfecte:
p.V=n.R.T
1,2 atm.0,03L=(m/35,5.2).0,082(atm.L/mol.K).(273+700)K
0,036=(m/71).0,082.973
0,036.71=m.79,786
m=2,256/79,786=0,028275=0,0283 g Cl₂

►Calculăm masa de K₂PtCl₆ ce produce 0,0283 g de Clor:
x                                 0,0283
K₂PtCl₆ ↔Pt+2KCl+2Cl₂↑
M=486                       2M=2.71
x=486.0,0283/2.71=0,09685=0,0969g

►Calculăm masa de platină existentă în 0,5000 g de precipitat:
m precipitat(400⁰C)=m Pt +m K₂PtCl₆
m Pt=0,5000g-0,0969g=0,4031g
►Calculăm masele de ioni de potasiu și de amoniu din cele două reacții de descompunere:
Avem:
1atom-g de Pt……………provine din 2 moli de ioni amoniu
Dacă la 1.195g Pt……………….2.(14+4)g HN₄
Atunci la 0,4031 g Pt…….avem……………b(g)
b=0,4031g.2.18g/195g=0,0744 g de amoniu

Avem:
2 moli de Cl₂…provin din 1 mol de K₂PtCl₆….provin din 2 atomi-g de K
2.71 g de Cl₂……………2.39 g de K
Atunci 0,0283….avem……a(g)
a=0,0283g.2.39g/2.71g=0,0155g de potasiu

►Calculăm cantitățile procentuale de ioni de potasiu și de amoniu din 5 g de sol:
Dacă în 5 g sol…..avem 0,0744 g de amoniu……0,0155g de potasiu
Atunci în 100% sol…..avem b^* % amoniu………..a^* % de potasiu
 
% de amoniu=100.0,0744/5=1,488%
% de potasiu =100.0.0155/5=0,31%

 R:1,488% amoniu; 0,31% potasiu.

 

      2.  O metodă de analiză a magneziului dintr-o probă de sol este precipitarea lui sub formă de fosfat de magneziu și amoniu, urmată de analiza termogravimetrică a precipitatului în aer uscat. Se dau curbele TG și DTG în figura de mai jos.

Se cunosc următoarele date experimentale:
-masa probei de oxid de magneziu=1,2000g
-volumul gazului (amestec de vapori de apă, amoniac și aer) degajat în intervalul de temperatură (100⁰C -500⁰C) este 500 mL la temperatura de 500⁰C și presiunea de 1500 torr.
-amestecul gazos după răcire este barbotat în 20 mL soluție de H₂SO₄ 0,1N și excesul de acid sulfuric se titrează cu 2 mL soluție de NaOH 0,1 N, factorul de corecție este 0,9982. Are loc reținerea amoniacului (NH₃).

Se cer: a) conținutul procentual de magneziu din probă; b)conținutul procentual de amoniac  (procente de  volum). Masele atomice se iau din tabel.

♦Varianta de rezolvare propusă♦

Pasul 1. Citim termograma!
Termograma este curba de variație a masei substanței MgNH₄PO₄.H₂O cu temperatura și prezintă transformările chimice (reacții chimice) ale ei în timpul încălzirii.
Curba are următoarele porțiuni:

• până la temperatura de 200⁰C se prezintă o porțiune dreaptă, paralelă cu axa temperaturii. Există MgNH₄PO_4, vapori de H₂O din umiditatea precipitatului și aer;
• de la 200⁰C până la 500⁰C, curba este descendentă; au loc reacții de descompunere a fosfatului de magneziu și amoniu cu degajare de amoniac și a fosfatului monoacid de magneziu cu formare de vapori de apă și pirofosfat de magneziu. Continuă eliminarea apei de cristalizare. Gazele în acest domeniu de temperatură conțin: amoniac, vapori de apă și aer. Reacțiile conform termogramei sunt:

MgNH₄PO₄.H₂O ↔ MgNH₄PO₄ +H₂O↑
MgNH₄PO₄ ↔ MgHPO₄ +NH₃↑
2MgHPO₄↔Mg₂P₂O₇ + H₂O↑-calcinare
Reacția totală este:
2MgNH₄PO₄.H₂O↔Mg₂P₂O₇ +2NH₃ ↑+3H₂O↑

• peste 600⁰C curba prezintă o porțiune relativ dreaptă, masa este constantă; există substanța Mg₂P₂O₇ și aer.

Pasul 2. Varianta de rezolvare propusă este:
Pe baza datelor propun: prima dată vom calcula volumul de amoniac în condiții normale de temperatură și presiune, care reacționează cu H₂SO₄ (după ce s-a scăzut excesul de acid sulfuric, neutralizat de soluția de hidroxid de natriu, la titrare); știind volumul de amoniac se poate calcula masa de magneziu și conținutul procentual din proba de oxid. Apoi se calculează volumul de gaze la temperatura de 273 K⁰ și presiunea de 1 atm, după care vom calcula procentul de volum al amoniacului din acest amestec.
Este și o capcană în problemă! Fiindcă avem și aer (într-o cantitate neprecizată) nu vom putea calcula cantitățile componenților din amestecul gazos pe baza raportului:
2 moli de NH₃ corespund la 3 moli de H₂O (din reacția totală de descompunere termică a precipitatului).

Date cunoscute

• m probă=1,2000g
• Volum gaze= 500 mL la temperatura de 500⁰C și presiunea de 1500 torr
• 1torr=1 mmHg=1,31579.10^-3 atm
• Volum soluție de acid sulfuric=20 mL soluție de H₂SO₄ 0,1N
• Concentrația normală a soluției de acid sulfuric=0,1N(adică 0,1 Eg de H₂SO₄ dizolvați într-un litru soluție (1dm³)
• Volum de soluție hidroxid de natriu de la titrarea excesului =2 mL soluție de NaOH, 0,1 N, factorul de corecție este 0,9982 (F)

• Concentrația normală a soluției de hidroxid de natriu=0,1N(adică sunt 0,1 Eg de NaOH dizolvați într-un litru de soluție(1L=1dm³)
• Reacții chimice principale din timpul analizei:

2MgNH₄PO₄.H₂O↔Mg₂P₂O₇ +2NH₃ ↑+3H₂O↑ (descompunere termică)
2NH₃(gaz) + H₂SO_{4 sol}↔(NH₄)₂SO_{4 sol} (barbotare)
2 NaOH + H₂SO₄↔Na₂SO₄ + 2H₂O (reacția de neutralizare a excesului de acid, din timpul titrării)

• Legea generală a gazelor perfecte (Clapeyron):

p₀V₀/T₀ = p.V/T

• A Na =23; A _Mg=24; A _H=1; A _N=14; A O=16; A S=32
• Știm ce este calculul stoechiometric
• Știm ce este calculul cu echivalenții gram; legea echivalenților; formule matematice pentru calcularea echivalenților chimici pentru acid sulfuric, hidroxid de natriu.

Date necunoscute

• • Număr de Eg de H₂SO₄ dizolvați în 20 mL soluție 0,1N=n _t Eg (g)=?
  • Număr de Eg de H₂SO₄ care au reacționat cu NaOH și care reprezintă excesul de acid =n_exc Eg(g)=?
  • Masa de H₂SO₄ care reacționează cu NH₃=m _r (g)=?
  • Volumul de amoniac în condiții normale de temperatură și presiune (L)=Va=?
  • Masa de Mg (g)=x=?
  • Procentul de Mg din probă (%)=% Mg=?
  • Volum de amestec gazos (aer, H₂O vap., NH₃) la 273 grade K și 1 atm= V₀(L)=?
  • Procentul de amoniac în procente de volum și de masă=%v =?

  Calcule
  ►Aflăm numărul de Eg de acid sulfuric total  dizolvat în 20 mL soluție 0,1N, pe baza definiției concentrației normale:
  Astfel:
  1L soluție=1000mL  soluție 0,1N H₂SO₄……..are dizolvați  0,1Eg de H₂SO₄
  20mL soluție 0,1 N H₂SO₄…….are dizolvați n_t Eg
  n_t Eg de H₂SO₄=20mL.0,1Eg/1000mL=2.10^-3 Eg de H₂SO₄

  ►Aflăm numărul de Eg de acid sulfuric în exces. Calculăm numărul de Eg de H₂SO_{4 ,} care  reacționează cu un număr de Eg de NaOH din 2 mL soluție, în timpul titrării, utilizând legea echivalenței și definiția concentrației normale:
  2NaOH+H₂SO₄↔Na₂SO₄ + 2H₂O

  Astfel:
  1000 mL(cm³) sol.NaOH 0,1N. F…are 0,1 Eg.F de NaOH…care reacționează cu 0,1Eg.F de H₂SO₄
  Atunci 2 mL sol. de NaOH 0,1 N……………………………..reacționează cu n_tEg de H₂SO₄
  n_t Eg=2mL.0,1Eg.F/1000mL=2.0,1.0,9982/1000=0,1996.10^-3 Eg de H₂SO₄

  ►Aflăm numărul de Eg de acid sulfuric care reacționează cu amoniacul, prin diferența dintre numărul total de Eg de acid sulfuric și numărul de Eg de acid sulfuric în exces:
  nr Eg de acid sulfuric=n_t Eg acid sulfuric- n e_xc.Eg acid sulfuric
  n_r Eg=2.10^-3-0,1996.10^-3= 10^-3(2-0,1996)=1,8004.10^-3 Eg

  ►Aflăm masa a 1,8004. 10^-3 Eg de acid sulfuric
  Echivalentul gram reprezintă masa de substanță, care acceptă, cedează sau substituie un echivalent-gram de hidrogen, adică 1,008 g H. Echivalentul-gram al acidului, când nu participă la reacții redox se calculează cu relația:
  Eg acid=Masa moleculară acid / nH⁺ (număr de protoni cedați de un acid sau acceptați de o bază)
  Eg la H₂SO₄ în reacția cu NaOH (de mai sus) este:
  Eg=M/2; Eg= 98/2=49 g

  Avem regula de trei simplă:
  Dacă 1 Eg H₂SO₄………………………………are 49 g H₂SO₄
  Atunci 1,8004.10^-3 Eg. H₂SO₄…….…au……m r H₂SO₄
  mr=1,8004.10^-3.49
  mr=1,8004.10^-3 Eg .49g/1Eg=0,0882 g de H₂SO₄

  ►Aflăm volumul de NH₃ (L), care reacționează cu 0,0882 g de H₂SO₄, pe bază de calcul stoechiometric:
  Va           0,0882g
  2NH₃ + H₂SO₄ ↔ (NH₄)₂SO₄
  2.22,4L  98
  Va=2.22,4L.0,0882g/98 g/mol=0,04032 L NH₃

  ►Calculăm masa de magneziu din precipitat, care produce 0,04032L NH₃, pe bază de calcul stoechiometric:
  2MgNH₄PO₄.H₂O↔Mg₂P₂O₇ +2NH₃ ↑+3H₂O↑
  Dacă 2mol de MgNH₄PO₄.H₂O…are 2 atom-g de Mg…….formează 2 Volume molare de NH₃
  2.24 g Mg………………………..2.22,4L
  x (g)………………………….0,04032L
  x=2.24g.0,04032L/2.22,4L=0,0432 g de Mg

  ►Calculăm procentul de magneziu din probă:
  Dacă 1,2 g de probă……are………..0,0432 g de Mg
  Atunci în 100% probă……avem……% de Mg
  % de Mg=100%.0,0432 g/1,2 g=3,6 %

  ►Pentru a afla procentul de volum al amoniacului din gazele de reacție, trebuie să calculăm volumul de gaze în condiții normale de temperatură (T) și presiune (p), apoi cu relația de trei simplă calculăm procentul de amoniac din acest volum de gaze.
  ╚Avem relația pentru calcularea volumului V₀ de gaze:
  p₀V₀/T₀ = p.V/T
  unde:
  T₀=273 K; p₀=1 atm;
  T=500⁰ C+273=773 K; V=500mL=0,5L; p=1500 torr=1500.1,31579.10^-3=1,9737 atm

  1atm.V₀/273 K=1,9737atm.0,5L/773K
  V₀/273=0,9869L/773=0,0013L
  V₀=273.0,0013=0,3549 L gaze(amoniac,vapori de apă, aer)

  ╚ Calculăm procentul de volum al amoniacului în volumul de gaze de mai sus:
  Dacă în 0,3549 L amestec gazos…………..sunt……….0,04032 L de amoniac
  Atunci în 100% amestec gazos…………sunt………..%v de amoniac
  %v NH₃=100%.0,04032 L/0,3549L=11,3609%

• R:3,6% Mg; 11,3609% NH₃ 

CALCULAREA REZULTATELOR ÎN ANALIZA GRAVIMETRICĂ

Gravimetria este o metodă de analiză cantitativă, prin care componentul de analizat din probă se precipită și apoi se măsoară masa lui. Precipitatul rezultat are o compoziție chimică cunoscută, ceea ce permite ca din masa probei de la care s-a plecat și din masa precipitatului  să se poată calcula conținutul procentual al componentului precipitat. La calcul se poate utiliza o relație matematică, în care intră produsul dintre masa precipitatului și factorul gravimetric:
x=a.f_g  
Unde:
x=masa de component (proba) de analizat (g)
a=masa precipitatului componentului urmărit (g)
f_g = factor gravimetric
Factorul gravimetric este raportul dintre masa moleculară (atomică) a componentului determinat (Md) și masa moleculară a formei cântărite, după precipitare și separare (Mc):
f_g =Md/Mc
 
Probleme propuse
Vasilica Croitoru, Dan Anghel Constantinescu, Aplicații și probleme de Chimie analitică, Editura tehnică, București, 1979
1.Ionul de bariu (Ba²⁺) a fost determinat gravimetric ca sulfat de bariu (BaSO₄). Care a fost mărimea probei luată în analiză, dacă fiecare miligram de sulfat de bariu reprezintă 0,50% bariu din probă? Se dau: A _Ba=137,34; M _BaSO4=233,54

Varianta de rezolvare propusă
Vom nota masa de Ba cu “x” mg și masa de BaSO₄ cu “a” mg și fiecare mg din “a” este egal cu 0,50% din x. Este deci, o problemă cu două necunoscute: x și a și vom căuta prin datele problemei să scăpăm de o necunoscută, adică de “a”, prin exprimarea ei în funcție de “x”.
Calculăm pe baza reacției de precipitare a bariului, masa de sulfat de bariu, ajungând la o relație matematică între “a” și “x”; vom înlocui pe “a” cu procentul de 0,50% din x /la 1 mg de sulfat și vom rezolva ecuația de gradul 1, care are necunoscuta x. Va trebui să înțelegi, că dacă înmulțim pe fiecare mg din masa de “a” sulfat de bariu, cu 0,5%.x vom obține masa de Ba (x).  Am folosit semnul. pentru înmulțire.

Date cunoscute:
☺reacția de precipitare a ionului de bariu la sulfat de bariu:
Ba²⁺ + H₂SO₄ ↔ BaSO₄↓ + SO₄^2-
☺1 mg din masa de sulfat de bariu=0,50% din masa de bariu
☺masa atomică la Ba și masa moleculară la sulfat de bariu
Date necunoscute
☺masa de Ba= x (mg)=?
☺masa de sulfat de bariu=a(mg)=?

Calcule
♫ Calculăm cu ajutorul reacției chimice de precipitare, masa de sulfat de bariu, “a” în funcție de “x”:
x                                     a
Ba             ↔                BaSO₄
A=137,34                M=233,34
a = 233,34 .x / 137,34 = 1,699.x (g) de sulfat de Ba
a =1,699.x       (1)

  ♫ Calculăm cantitatea de “a”, cu ajutorul procentului de 0,50% din masa de bariu, pentru fiecare mg de sulfat de bariu:
Dacă 1 mg de BaSO₄  reprezintă  (0,50 %/100 %) . x (mg)de Ba, atunci:
Atunci la “a” mg de BaSO₄……………..m (mg) de Ba, care este x
(a.x. 0,5/100)mg =(1mg).x / se împarte la x
a.0,5/100 = 1      (2)

  ♫ Exprimăm pe “a” din relația (2), în funcție de “x”:
1,699.x.0,5/100 = 1
0,849 x=1.100; x=100/0,849;
x=177,7 mg de Ba
R: 177,7 mg de Ba

 

Problema 2

O probă de azotat de magneziu este impurificată cantitativ cu bromură de sodiu și clorură de sodiu. Soluția obținută prin dizolvarea unei cantități de 1,1260 g din această probă a fost tratată cu o soluție de azotat de argint. S-au obținut 0,0980 g de precipitat, care la analiză, s-a constatat că are un conținut de 65,80% de clorură de argint. Care este conținutul procentual de NaBr din proba analizată?
 

Problema reprezintă o analiză gravimetrică a impurităților de bromură de sodiu și clorură de sodiu dintr-o probă de azotat de magneziu; acestea se izolează prin precipitare cu azotat de argint, rezultând un amestec de clorură și bromură de argint.

Schema de lucru în această analiză este:

Varianta de rezolvare propusă, pentru aflarea conținutului procentual de NaBr, din proba de analizat este: plecăm de la 34,20% AgBr din 0,0980 g de precipitat și vom calcula masa de AgBr; apoi vom calcula masa de NaBr, ce produce această cantitate de AgBr și în final vom calcula procentul de NaBr din 1,1260 g de probă.
Nu voi lucra cu factorii gravimetrici, fiindcă nu toată lumea studiază Chimia Analitică și vreau să fie utilă rezolvarea tuturor. Este o problemă de nivel mediu și implică calcul procentual și calcul stoechiometric (pe bază de ecuație chimică de precipitare dintre NaBr și AgNO₃).

Date cunoscute

• m probă=1,1260g
• Impurități: NaCl și NaBr
• m precipitat de AgCl și AgBr=0,0980 g (considerăm că nu conține alte substanțe)
• procentul de AgCl din precipitat=65,8%
• procentul de AgBr din precipitat=100%-65,8%=34,2%
• A_Br=80; A_Ag=108; A_Na=23

 Date necunoscute

• mAgBr=x(g)=?
• mNaBr=y (g)=?
• Procentul de NaBr=z(%)=?

 Calcule
ↇ Se calculează masa de AgBr, pe bază de calcul procentual:
Dacă în 100% de precipitat….avem…..34,20% AgBr
Atunci 0,0980 g de precipitat….are……..x g de AgBr
x=0,0980 g .34,20% / 100%=0,03356=0,0336 g de AgBr
ↇ Se calculează masa de NaBr, care produce 0,0036 g de AgBr, cu ajutorul calcului stoechiometric (calcul pe baza ecuației chimice):
M AgBr= 108+80=180
M NaBr=23+80=103
m=y(g)                                 m=0,0336g
NaBr + AgNO₃ ↔ NaNO₃+AgBr↓
M:103                                   M: 188
Avem de rezolvat proporția:
y/103=0,0336/188
y=103.0,0336/188=0,0184 g de NaBr
ↇ Se calculează conținutul procentual de NaBr din 1,1260 g de probă:
Dacă  în 1,1260g de probă (azotat de magneziu) ….sunt ..0,0184 g de NaBr
Atunci 100% probă ………conține………..sunt………………..z
z=100%.0,0184g/1,1260g=1,634% de NaBr

R: 1,634% NaBr

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 m_p mai mică decât masa evaluată teoretic, m_t”. Randamentul are simbolul matematic  ᶯ. Formula de calcul matematic este:
ᶯ % produs=(m_p.100)/m_t/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:
m_p=m_t
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; A_H=1;
-M la NH₃ = A_N+3A_H = 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= 2NH₃ 
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; A_H=1;
-M la NH₃ = A_N+3A_H=14+3.1=14+3=17
Nu știm:
-masa de NH₃ teoretică= m_t= x(g)=?
-masa de NH₃ obținută practic=m_p=?

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

m_t (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=(m_p.100)/m_t/produs
60= m_p.100/2040; 60.2040=m_p.100
m_p=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(m_p)
-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=m_t=?(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=(m_p.100)/m_t /produs
95=120.100/m_t ; m_t = 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

Problema propusă

Este un calcul bazat pe reacția chimică dintre aluminiu pur și o soluție de acid sulfuric în exces, la care se cer masa de acid sulfuric nereacționat (exces) și concentrația procentuală a soluției finale, după terminarea reacției.

În 10 tone de soluție de acid sulfuric de 49% se introduc 540 kg de aluminiu pur. Se cer:a) cantitatea de acid sulfuric rămasă după consumarea aluminiului; b) concentrația procentuală a acidului sulfuric în soluția rămasă după terminarea reacției.

Varianta de rezolvare propusă

Date cunoscute
►Reacția chimică dintre Al și H₂SO₄ :
                  2Al + 3H₂SO₄→Al₂(SO₄)₃ +3H₂↑
►masa de aluminiu pur=540 Kg; adică nu există impurități și avem numai Al
►masa soluției de acid sulfuric=10t =10.1000=10000 kg soluție
►concentrația procentuală a soluției de acid sulfuric introdus=Ci=49%
►definiția concentrației procentuale de masă: cantitatea de solvat(g,%) dizolvat în 100 g(%) de soluție; solvat sau substanța dizolvată.
►A _Al=27; M _H2SO4 =98; M _Al2(SO4)3 =342;
►se specifică în problemă că aluminiul se consumă și rămâne acid sulfuric nereacționat. Deci, se introduce în reacție un exces de soluție de acid sulfuric, față de cantitatea stoechiometrică.(cantitatea calculată ce corespunde la 540 kg de Al).

Nu știm:
►masa de acid sulfuric dizolvat în 10000 Kg soluție=md total=?(kg)
►masa de apă din 10000 kg soluție de 49% acid= mH₂O=? (kg)
                     Masa de apă= masa soluției de 49% – md total de H₂SO₄  (1)
►masa de acid sulfuric care reacționează  cu 540 kg de Al=X (kg)
►masa de acid sulfuric nereacționat, adică este în exces=md exces=? (kg)
                     md exces= md total-X (m de H₂SO₄ reacționat cu Al)  (2)
►masa de Al₂(SO₄)₃ =Y=? (kg)
►concentrația procentuală a acidului sulfuric (H₂SO₄) nereacționat (exces), în soluția rămasă după terminarea reacției=Cr=?
Aceasta se calculează cu relația matematică:
                     Cr=md exces.100 / ms rămasă după reacție   (3)
Masa hidrogenului format nu se adună, fiindcă el se degajă din reacție și nu este solubil în soluția apoasă.
►masa soluției existente după reacția chimică=ms rămasă =? (kg)
 Masa soluției ce există, după reacția chimică este  suma maselor:
                 m H₂SO₄ nereacționat + mH₂O (din 10000 kg soluție 49%)+ mAl₂(SO₄)₃ (4)

                           Calcule
Am folosit notațiile: “. ” pentru înmulțire; “/ ” pentru împărțire;
Am lucrat cu 2 zecimale și am rotunjit.
a)Calculăm masa de acid sulfuric după terminarea reacției chimice-md exces:
 ♣Masa de acid sulfuric din 10000 kg de soluție 49% este:
Dacă în 100%  soluție……sunt….49% H₂SO₄
Atunci în 10000 kg soluție….sunt ….md total
md total= 10000 kg.49 % /100%=4900 kg de H₂SO₄
♣Se calculează masa de H₂SO_4, care reacționează cu Al, cu ajutorul reacției chimice:
540Kg       X                  Y
2Al      + 3H₂SO₄→Al₂(SO₄)₃ +3H₂↑
2.27            3.98         342
X=540 kg. 3.98/ 2.27 = 2940 kg H₂SO₄
♣ Se calculează md exces, cu relația 2:
md exces= 4900 – 2940= 1960 kg  H₂SO₄
b)Calculăm concentrația de acid sulfuric în soluția rămasă, după terminarea reacției chimice
Etape:
♣ Se calculează masa de sulfat de aluminiu (Y), de pe reacția chimică:
Y = 540 kg . 342 / 2.27= 3420 kg de Al₂ (SO₄)₃
♣ Se calculează masa de apă din 10000 kg soluție de acid sulfuric 49%  cu relația 1:
mH₂O = 10000 kg soluție-4900 kg H₂SO₄=5100 kg de H₂O
♣Se calculează masa soluției existente după terminarea reacției cu relația  4:
ms rămasă= 1960 Kg de H₂SO₄+ 5100 kg H₂O+3420 kg Al₂(SO₄)₃=10481 kg
♣ Se calculează concentrația procentuală a acidului sulfuric nereacționat în cantitatea de 10481 kg soluție cu relația 3:
Cr=1960kg .100 % / 10481 kg= 18,70 %

R: 18,70%

Problema propusă

O cantitate de 7 g de aliaj de Cu-Al-Fe și 1 % impurități este tratată cu soluție de HCl. Dacă, rezultă 1,023.10²³ atomi de hidrogen și cantitatea de cupru din aliaj consumă 0,1 moli de AgNO₃ (azotat de argint) să se calculeze compoziția procentuală a aliajului. Reacțiile sunt totale.
  
Varianta de rezolvare propusă

Date cunoscute:
►masa de aliaj=7 g
►componenții aliajului sunt metalele: Cu, Al, Fe și impurități
►procentul de impurități din aliaj=1%
►reacția chimică dintre HCl cu Al și reacția chimică dintre HCl și Fe:
2Al +6HCl = 2AlCl₃ +3H₂↑                                                   (1)
Fe+ 2HCl= FeCl₂ + H₂↑                                                       (2)

►Cuprul nu recționează cu soluția de HCl diluat/concentrat
►reacția dintre Cu și soluția de AgNO₃:
Cu(s) +2 AgNO₃ (sol) = Cu(NO₃)_{2 (sol)} +2Ag↓                      (3)

►numărul de atomi de hidrogen din reacțiile Al, Fe cu HCl este 1,023.10²³
►masa de AgNO₃ = 0,1 mol (în reacția cu Cu)
►știm ce este calculul stoechiometric( calcul pe baza reacției chimice)
► știm Numărul lui Avogadro (N): 1 mol de substanță conține 6,023.10²³ particule(atomi, ioni, molecule)
► A _Cu=64; A _Al= 27; A _Fe=56; A _H=1;

Nu știm:
►masa impurități=?
►masa de aliaj fără impurități(aliaj pur, format din Cu, Al,Fe)=?
►m aliaj pur=m aliaj-m impurități                                        (4)
►m aliaj pur =x+y+z                                                            (5)
►masa de Cu = x(g)=?
►masa de Al=y(g)=?
►masa de Fe=z(g)=?
►masa de Al-Fe=m aliaj pur-m Cu= y+z                             (6)
►masa de H₂ degajat în reacția HCl cu Al=a(g)=?
►masa de H₂ degajat în reacția HCl cu Fe=b(g)=?
►masa de H₂ rezultat(g)=a+b                                               (7)
►procentele de Cu, Al, Fe din 6 g de aliaj=?

Calcule
Masa de Cu se află din reacția lui, cu 0,1 moli de AgNO₃. Masa de Al și Fe se află prin rezolvarea unui sistem cu două ecuații cu necunoscutele x, y; necunoscutele a și b se exprimă în funcție de x, y. Am folosit notațiile: “. ” pentru înmulțire; “/ ” pentru împărțire. Am lucrat cu 2 zecimale și am rotunjit.

a)Calculăm masa de impurități din 7 g de aliaj cu 1% impurități:
dacă în 100% aliaj…………….sunt…1% impurități
atunci în 7 g aliaj…………..sunt…..m impurități
m impurități=7.1/100=0,07 g
b)Calculăm masa de aliaj pur:
m aliaj-m impurități=m aliaj pur
7g-0,07g=6,93 g aliaj pur

c) Calulăm masa de Cu din aliaj, pe baza reacției cu 0,1 moli de AgNO₃ (3):
dacă 1 mol de atomi de Cu…..reacționează cu 2 moli de AgNO₃
atunci x moli de Cu…..reacționează cu 0,1 moli de AgNO₃ 
x moli=1 mol.0,1 mol/2 moli=0,05 moli de Cu
masa de Cu=x=n moli. A Cu=0,05.64=3,2 g Cu

d) Calculăm suma maselor de Al, Fe din aliaj:
m (Al-Fe)=m aliaj pur-m Cu=6,93-3,20=3,73 g
d) Calculăm cu ajutorul numărului lui Avogadro, masa de H₂ rezultat:
dacă 1 mol=2 g de H₂………are 6,023.10²³ atomi
atunci       m H₂   are……1,023.10²³ atomi
m H₂ =2g.1,023.10²³atomi/6,023.10²³atomi
mH₂=0,34 g

e)Ajungem la sistemul de ecuații (din relațiile 6,7), fiindcă a și b sunt produse de  y, z:
a+b =0,34
y+z=3,73
f) Exprimăm pe a și b, în funcție de x și y cu ajutorul calculelor pe baza reacțiilor 1,2:
y                                     a
2Al +6HCl = 2AlCl₃ +3H₂↑
2.27                              3.2
a=3.2.y/2.27=y/9=0,11y

z                                b
Fe+ 2HCl= FeCl₂ + H₂↑
56                            2
b=2z/56=z/28=0,036z
g) Rezultă sistemul de ecuații și rezolvarea de mai jos:

0,11y+0,036z=0,34
y+ z=3,73     (înmulțim toți membrii cu -0,11)
0,11y+0,036z=0,34
-0,11y-0,11z=-0,41
-0,074z=-0,41+0,34= -0,07; z= -0,07/-0,074=0,95 g de Fe
z=0,95 g Fe
Iar y este:
y+0,95=3,74;   y=3,74-0,95=2,79 g de Al
h) Calculăm procentele de Cu, Al, Fe din 7 g aliaj cu 1% impurități, adică 6,93 aliaj pur:
dacă în 7 g aliaj….. 3,2gCu….2,79g Al….0,95gFe….0,07g impurități
atunci în 100%……….% Cu…….% Al……..% Fe
% Cu=100.3,2 /7= 45,71%
% Al=100.2,79/ 7= 39,86%
% Fe=100.0,95/ 7= 13,57 %
% impurități         =1 %
Obervație:
3Cl₂ +2 Fe = 2 FeCl₃
 
R: 45,71% Cu; 39,86% Al; 13,57% Fe

Problema propusă

Pentru obținerea negrului de fum se ard 100 m³ de gaz metan cu 98% _v CH₄ (condiții normale de temperatură și presiune). Să se calculeze: a) cantitatea de negru de fum obșinută cu randament de 60%; b) volumul de aer folosit (condiții normale de temperatură și presiune), cu 20% oxigen, dacă se lucrează cu un exces de 5%v aer.
Negrul de fum este constituit din particule foarte fine de carbon și se obține prin descompunerea termică a compușilor organici sau prin arderea incompletă a hidrocarburilor. Este utilizat: sub formă de material de umplutură la fabricarea anvelopelor; pigment în industria cernelurilor, a lacurilor, a vopselelor; la fabricarea hârtiei de copiat, la fabricarea electrozilor, a cartușelor pentru imprimanta de la calculator; colorant pentru rășini electroizolante.
“Este un posibil carcinogen pentru oameni, iar expunerea pe termen scurt la concentrații mari poate produce disconfort la nivelul tractului respirator superior, producând iritație mecanică.
În trecut, se producea negru de fum în România la nivel industrial în localitatea Copșa Mică.” https://ro.wikipedia.org/wiki/Negru_de_fum
 
 
Varianta de rezolvare propusă
Date cunoscute:
►reacția chimică de obținere a negrului de fum, din metan:
2CH₄ + 3O₂ →C +CO₂+4H₂O  (1)
►volum gaz metan=336m³ (condiții normale de temperatură și presiune)
►puritatea gazului metan=conținutul de CH₄=98%
►randamentul în C=ᶯ =69%
►formula matematică de calcul pentru randament:
Randamentul în C=cantitatea practică de C obținută.100/cantitatea teoretică
►știm ce este calculul stoechiometric( calcul pe baza reacției chimice)
►știm ce este volumul molar, introdus de legea lui Avogadro:
La 0⁰ C și 1 atm, volumul molar al oricărui gaz este 22,4 l(dm³)
1 kmol de gaz are 22,4 m³.
1 kmol de C =12 kg
►Conținutul procentual de O₂ din aer=20%v=procente de volum
►Excesul de aer=5%v din volumul de aer consumat în reacție
► A _C=12; A _O=16; M_O2=2.A_O=2.16=32

Nu știm:
►V de CH₄ din 336 m³ de aer=? (m³) / se află prin calcul procentual
►masa de C (kg) teoretică care rezultă din V CH₄=ct=?(kg)=se află prin calcul stoechiometric
►masa de C (kg) practic obținută în condiții industriale, din cauza pierderilor=cp=?
►V de O₂ pentru reacția cu V de CH₄ =? (m³) se află prin calcul stoechiometric
►V aer reacție, care conține volumul de oxigen de mai sus=? (m³)/se află prin calcul procentual
►V aer exces=? (m³) se află prin calcul procentual
►V aer total=?(m³)
V aer total=V aer reacție chimică+ V aer exces

Calcule
⊕ Calculăm volumul de CH₄:
Dacă în 100% v de gaz metan…sunt 98%v CH₄
  Atunci 100 m³ gaz metan…au……..V CH₄
V CH₄ = 100 m³.98%v/ 100% v=98 m³ CH₄
 ⊕ Calculăm Ct de carbon cu ajutorul reacției chimice:
98 m³            ct              
2CH₄        →  C
2.22,4m³      12 kg
ct=98 m³.12 kg/2.22,4 m³ = 26,25 kg

⊕ Calculăm cantitatea practică de C (cp)
ᶯ =cp.100/ct ; 60= cp.100/22,5;  60.22,5 = cp.100
cp=60.22,25/100= 15,75 kg de C; restul 26,25-15,75=10,50 kg sunt pierderi
⊕Calculăm volumul de oxigen consumat în reacția cu 98 m³ CH₄
       98m³         V O₂
      2 CH₄      +  3 O₂
      2.22,4 m³      3.22,4 m³
V de O₂ = 98 m³ .3.22,4 /2.22,4 = 147 m³ de O₂
 
⊕ Calculăm volumul de aer pentru reacție, ce conține 147 m³ de O₂
Dacă 100%v aer…are………..20%vO₂
Atunci V aer reacție….are….147 m³ de O₂
V aer reacție= 100%v.147 m³ / 20 % v
V aer reacție= 735 m³ aer

⊕Calculăm volumul de exces de aer:
Dacă la 100%v de aer…..avem……5% v aer în plus
Atunci la 735 m³…….avem…………V aer exces
V aer exces = 735 m³.5%v aer /100 %v
V aer exces = 36,75 m³

⊕Calculăm volumul total de aer:
V total aer= 735+36,75=771,75 m³

R=15,75 kg C; 771,75 m³ aer

PROBLEME – CONCURSURI NATIONALE

Sursă: PROBLEME – CONCURSURI NATIONALE

CALCULE STOECHIOMETRICE CU CONCENTRAŢIA SOLUŢIILOR

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

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

 Rezolvare

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

R: 140 g de soluţie de acid sulfuric

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

 Bibliografie:

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

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

Varianta de rezolvare propusã

a) Ce ştim:

duraluminiul este un aliaj al Al cu principalele metale Cu şi Mg;
Al reacţionează cu HCl, H₂SO₄, cu formare de H₂ şi săruri; nu reacţionează cu HNO₃ diluat şi concentrat(pasiv).
Mg reacţionează cu HCl, H₂SO₄, cu formare de H₂ şi săruri;
Cu reacţionează numai cu acizii care-l pot oxida (acid sulfuric concentrat şi acid azotic concentrat). Cu H₂SO₄ concentrat (98%) formează SO₂, apă şi sulfat de cupru.
Notãm cu m 1 = masa probei ĩn reacţia cu HCl= 20 g de aliaj
Notãm cu m 2 = masa probei ĩn reacţia cu H₂SO₄ concentrat = 20 g de aliaj
c% de H₂SO₄= 98 %
V1 de gaz = volumul de gaz, degajat ĩn reacţia cu HCl, care este H₂ = 23,80 L (condiţii normale)
V2 de gaz= volumul de gaz degajat ĩn reacţia cu H₂SO_4, care va conţine H₂ şi SO₂ = 24,08 L (condiţii normale)
V m = 22,4 L/ mol gaz = 22,4 m³/ kmol gaz= volumul molar, ĩn condiţii normale (t=0⁰C şi P=1 atm)
Masa molară H₂SO₄=98 g/mol
A_Al = 27 g/mol atomi
A _Cu = 64 g/mol atomi
A _Mg = 24 g/mol atomi

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

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

c) Etapele rezolvării

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

23,8 = a+ b

24,08= a’ + b’ + c

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Mulțumesc persoanei, care mi-a sugerat acest exercițiu!

3/  Se dizolvă 1,5 moli de HCl în apă distilată, obținându-se 250 ml soluție. 20 ml din soluția rezultată, neutralizează total 50 ml de soluție de NH₄OH (hidroxid de amoniu). Calculați: a) Concentrația molară și normală a soluției de NH₄OH;b)Titrul soluției de NH₄OH.

 Rezolvare

Știm:
-numărul de moli de HCl=1,5 moli – este vorba de substanța de HCl, nu de soluție;
-Volumul soluției obținute prin dizolvare celor 1,5 moli de HCl=250 mL
-Volumul soluției de HCl, care se ia din balonul cotat pentru reacție=20 mL
-Volumul soluției de hidroxid de amoniu, care reacționează=50 mL
Sunt două soluții, una de 250 mL (apoi 20 mL) soluție de HCl și alta de 50 mL soluție de NH₄OH.
-concentrația molară este egală cu concentrația normal a NH₄OH, fiindcă avem o reacție de neutralizare și masa moleculară  a H₄OH   este egală cu echivalentul chimic al acestuia. Nu se modifică numerele de oxidare.

HCl + NH₄OH = NH₄OH + H₂O     pH=7
1 mol     1 mol
-Masa moleculară la HCl= 36,5 g/mol (rotunjită)
-Masa moleculară la NH₄OH=35 g/mol

Nu știm:
-numărul de moli de HCl din 20 mL soluție=x=? (moli) “este o cantitate de substanță”
-numărul de moli de NH₄OH care reacționează cu x moli de HCl=y=?( moli)
El se va găsi în 50 ml soluție de hidroxid de amoniu
-concentrația molară (mol/L);
-concentrația normală (nEg/L)
-titrul soluției de hidroxid de amoniu (g/mL)

Calcule

La baza aflării concentrațiilor cerute, stă calcularea numărului de moli de hidroxid de amoniu din 50 ml soluție, care reacționează cu un număr (pe care-l vom calcula prima dată) de acid clorhidric din 20 ml de soluție, care se iau din cei 250 mL soluție obținută prin dizolvarea celor 1,5 moli de HCl.

► Se calculează numărul de moli de HCl din 20 mL,cu regula de trei simplă:
Dacă în 250 mL soluție….sunt….1,5 moli de HCl
Atunci în 20 mL soluție ….sunt……x moli de HCl
x=20mL.1,5 moli/250 mL =0,12 moli/20 mL soluție

► Se calculează numărul de moli de NH₄OH, care reacționează cu 0,12 moli de HCl cu regula de trei simplă, pe baza reacției chimice:
Dacă  1mol de HCl  ..reacționează cu 1 mol de NH₄OH
Atunci 0,12 moli de HCl..reacționează cu…0,12 moli de NH₄OH=y
y=0,12 moli de NH₄OH/50 mL soluție

► Se calculează concentrația molară și concentrația normal de NH₄OH, pe baza definiției concentrației molare, respectiv normale:
1L=1000mL=1000cm³
C_M= n moli/V soluție(L)= 0,12 moli/ 0,05 L=2,4 M
C_N = nEg/ V soluție(L)= 0,12 Eg / 0,05 L=2,4 N (număr de Echivalenți/L)
nEg=m/Eg;  nEg NH₄OH= (0,12 mol. 35g/mol) : 35 g/Eg =0,12 Eg
Eg NH₄OH = M la NH₄OH/ număr de grupări HO^– (la baze)= 35/1 =35 g/Eg

► Se calculează  titrul (T) soluției de NH₄OH, pe baza definiției titrului soluției:
Dacă 50 mL soluție de NH₄OH….are……..0,12 moli .35g/mol de NH₄OH
Atunci 1 mL……………………..are………titrul (T)
T = 1mL.4,2 g / 50mL=0,084 g/mL

R: C_M =2,4; C_N=2,4; T=0,084 g/mL

ADUCEREA PROBELOR IN SOLUTIE- PROBLEME DE CHIMIE ANALITICA

Name(obligatoriu)

Email(obligatoriu)

Website

Comment(obligatoriu)

Trimite

Δ

Este o activitate de voluntariat in cadrul Liceului Tehnologic din Ocna Mures. Pot fi si alte variante pentru rezolvare. Sper sa ajute studentii de la inginerie chimica, chimie. Si eu am lucrat cu bibliografia propusa.

MODELE DE PROBLEME REZOLVATE LA CALCULAREA CANTITATII DE REACTIVI DE DIZOLVARE 

Sunt modele de probleme de chimie analiticã , cu exces de reactiv şi au  nivel de dificultate peste mediu.

I. Bibliografie:

A.A. Iaroslavtev,Exerciţii şi probleme de chimie analiticã, Editura Tehnicã, Bucureşti, 1958  

1 /1.pag.71 Câţi mililitri soluţie 1n de acid clorhidric sunt necesari pentru a dizolva 1 g de cretã, dacã trebuie sã se foloseascã un exces de 100 % acid?  

Observãm, cã la dizolvarea cretei-este CaCO3, în HCl, are loc o reacţie chimicã. Algoritmul ( schema) de rezolvare este: se calculeazã de pe reacţia dintre HCl şi CaCO3 masa de HCL consumat la dizolvare şi care este md, în soluţia 1n; se calculeazã masa de HCl(g) exces; se calculeaza masa totalã de HCL; se calculeazã din concentraţia normalã, volumul soluţiei de HCl.

Se cunosc: Masa cretã= m CaCO₃ = 1 g- se considerã cã existã 100% CaCO₃ Cn HCL = 1n ( nEg/ L ) Exces HCl= 100 % M HCl= 36,5 M CaCO₃ = 100  

Nu se cunosc: Masa HCl= md =X=? (g) Vs HCl fãrã exces=? (g) Vs exces de HCl=? (g) Vtotal HCl =?  (g)  

Rezolvare 1.Se scrie reacţia chimicã dintre HCl şi CaCO3 . Sub formule chimice se trec masele moleculare; pe formule se pun: masade 1 g CaCO3 şi necunoscuta-X. Se calculeazã cu ajutorul proporţiei formate, X:   

X                1

2HCl  +   CaCO₃   =  CaCL₂ + CO₂  + H₂ O  

2×36,5        100  

X= 2 x 36, 5 x1 / 100 = 0,73 g HCl  

2.Se calculeazã masa de HCl în exces:  masa de HCl exces= 100 / 100 x 0,73 = 0,73 g  

3. Se calculeazã masa totalã de HCl: Masa totalã de HCl = m HCl reacţie + m HCl exces = 0,73 + 0,73 = 1,46 g

4. Se calculeazã Vs de HCl cu ajutorul expresiei Cn:

Cn = md / Egx Vs  Egde HCl = M / nH                          Eg HCl = 36,5 / 1 = 36,5  1= 1,46  / 36,5 xVs

Vs = 1,46  / 36,5 = 0,04 L=40 ml 

R: 40 ml

 

2/4.pag.71 Câţi ml soluţie 4n de HCl sunt necesari pentru a dizolva 0,1 g sârmã de Fe; se lucreazã cu exces de 100 % acid.  

Observãm cã la dizolvarea Fe cu HCl are loc o reacţie chimicã. Algoritmul de rezolvarea este: se calculeazã cu ajutorul reacţiei chimice, masa de HCl, fiindcã cunoştem masa de Fe; masa de HCl este md din concentraţia normal 4n; se calculeazã V s de HCl; fãrã exces; se calculeazã Vs de exces şi apoi Vt de HCl.  se cunosc: Cn HCl= 4n ( nEg / L ) Masa de Fe= 0,1 g; M HCL =36,5                                          A Fe = 56  

Nu se cunosc: m d HCl = X = ? Vs de HCl fãrã exces = ? ml V exces de HCl = ?  ml  V t de HCl = ? ml  

Rezolvare  

1.Se calculeazã X de HCL din proporţia de mai jos. Se scrie reacţia chimicã dintre Fe şi HCl; se pun sub reacţie masa molecularã la HCl şi A Fe; pe reacţie se trece masa de Fe şi necunoscuta X:  0,1          X

Fe   + 2 HCl  =   H₂  +    Fe Cl₂

56          2x 36,5                      X = 0,1 x 2 x 36,5 / 56 = 0,13 g de HCl  ( md)  

2.Se calculeazã Vs de HCl 4n ce conţine 0,13 g de HCl  

Cn = md / Eg xVs ; Eg HCl = M HCl / nH ;  Eg = 36,5 / 1 = 36,5 4 = 0,13 / 36,5 x Vs Vs = 0,13 / 4 x 36,5  = 8,9 x 10^-4 L = 0,89 ml  

3. Se calculeazã Vexces de HCl :  V exces = 0,89 x 100 / 100 = 0,89 ml

4. Se calculeazã V t de HCl : Vt = Vs + V exces = 0,89 + 0,89 = 1,78 ml   

R = 1,78 ml

3/ 6 / pag 71  Câţi ml soluţie 2n de NaOH va dizolva total 0,5 g de Al; excesul de hidroxid este 100 %.  Observaţie: La dizolvarea Al în NaOH are loc o reacţie chimicã. Algoritmul de rezolvare este asemãnãtor modelelor de mai sus.  

Se cunosc: Masa de Al = 0,5 g Cn de NaOH = 2n M NaOH = 40 A Al =  27

Nu se cunosc: Masa de NaOH = X = md= ? Vs de NaOH fãrã exces= ? ml Vs de NaOH exces = ? ml  V t de NaOH = ? ml

Rezolvare 

1.Se scrie reacţia chimicã dintre Al şi NaOH; se pun sub reacţie masa molecularã şi atomicã, ţinând cont de coeficienţi, la NaOH şi Al; pe reacţie se pun 0,5 g de Al, respectiv X g de NaOH:

0,5            X       

2Al   +   2NaOH   + 6 H₂O  =  2Na [ Al ( OH) ₄ ]  +  3 H₂

2×27         2x 40                  X = 0,5 x2 x 40 / 2×27 =0,74 g  

2. se calculeazã masa de exces de NaOH (g):  

100 % NaOH ………..avem ………..exces 100%

La 0,74 g NaOH……..avem…………….Y

Y = 0,74 g x100 % / 100 % = 0,74 g  

3. Se calculeazã masa totalã de NaOH (g):  

Masa totalã de NaOH = m din reacţie + m exces = 0,74 + 0,74 = 1,48 g  

4. Se calculeazã Vs de NaOH din Cn şi masa de 1,48 g NaOH:

Cn = md / EgxVs ( nEg / L);   Eg NaOH = M NaOH / nOH = 40 /1 = 40  

2= 1,48 / 40 x Vs ;  Vs = 1,48 / 2×40 = 0,0185 L = 18,5 ml  

R=18,5 mL

II. Bibliografie

Vasilica Croitoru, D.A. Constantinescu, Aplicaţii şi problem de chimie analiticã, Editura Tehnicã, 1979  

1/ 1. Pag 206 Proba analizatã conţine 30 % carbonat de bariu şi 70 % carbonat de calciu. Dupã aducerea în soluţie, ionii de bariu şi de calciu se precipitã cu o soluţie de acid sulfuric 10-1 n , obţinîndu-se 0,2000 g amestec de sulfaţi. a) Ce dizolvant s-a folosit? b ) Care este mãrimea probei? c) Ce volum de soluţie de acid sulfuric a fost necesar pentru precipitare, ştiind cã s-a adãugat un exces de 50 %?

M BaCO3 = 197, 36; M CaCO3 = 100; M BaSO4 =  233, 36; M CaSO4 = 136; M H2SO4 = 98  

Se cunosc:

% CaCO 3 = 70 % % BaCO3  = 30 %

Cn H2SO4 = 0,1 n la precipitare

Exces acid sulfuric = 50 %

m sulfaţi = 0,2000g

Nu se cunosc:

Masa de carbonaţi = m = ? proba

Masa de carbonat de calciu = a=?

Masa de carbonat de bariu = b= ?

Masa de sulfat de calciu = X = ?

Masa de sulfat de bariu = Y = ?

m d acid sulfuric = ?

masa de exces acid sulfuric = ?

masa totala de acid sulfuric =?

Volumul solutiei (Vs) de acid sulfuric = ? ml  

Rezolvare

a)La dizolvare se foloseşte HCl:  

CaCO₃ + 2 HCL = CaCl₂ + H₂O + CO₂

BaCO₃  + 2 HCL = Ba Cl₂ + H₂O + CO₂

b)Se calculeazã masa probei cu ajutorul unui sistem şi dupã modelul de mai jos, plecând de la reacţiile chimice, de la dizolvare şi precipitare:  

mCaCO3 + m BaCO3  =  m  CaSO4  + m BaSO4  = 0,2 a  +  b =  m X + Y = 0,2

Se exprimã X şi Y în funcţie de a şi b, din reacţiile chimice de la dizolvare şi precipitare:  a                                                    X

CaCO₃ ––––––––––Ca SO₄

100                                              136                 X = 136 a / 100 = 1,36 a  

b                                                       Y

BaCO₃ –––––––––––BaSO₄

197,36                                            233,36            Y = 233,36 b / 197,36 = 1,18b  

Inlocuim în ecuaţia: X +Y = 0,2 ;    1,36 a + 1,18 b = 0,2  

Exprimãm a şi b în funcţie de mãrimea probei “m” şi înlocuim în aceastã expresie de mai sus;

 a = 70 / 100 m ;    b =  30 /100 m;   1,36 x 0,7m + 1,18 x 0,3 m = 0,2 0,95 m + 0,35 m = 0,2 1,3 m = 0,2 ; m  =  0,2 / 1,3 = 0,1538 g   

c)  Se calculeazã Vs de H2SO4:

Algoritm de rezolvare: se calculeazã masa de H2SO4 consumatã în reacţiile de precipitare; apoi masa de exces de acid sulfuric şi apoi masa totalã de acid sulfuric; din Cn şi masa de acid sulfuric se calculeazã Vs:  Se are în vedere schema:

CaCO₃–––––CaCL₂ –––––––––––-CaSO₄ BaCO₃ ––––-BaCl₂––––––––––––-BaSO₄  

0,7x 0,153                                                   t

CaCO₃  ––––––––––––––H₂SO₄                  

100                                                              98  

t  =  0,7 x 0,1533 x 98 / 100 = 0,105  

0,3 x 0,153                                                v

BaCO₃ –––––––––––––H₂SO₄

197,36                                                      98  

v  =  0,3 x 0,1533 x 98 / 197,36 = 0,022 g  

m de acid consumat stoechiometric = t + v = 0,105 + 0,022 = 0,128 g

m de acid exces = 0,128 x 50 / 100 = 0,064 g m de acid total = 0,128 + 0,064 = 0,192 g  Vs de acid = 0,192 / 49 x 0,1 = 0,03912 L = 39,12 ml  

R = 39,12 ml

2/ 5 pag 207 Se analizeazã 0,2000 g dintr-un aliaj cupru-zinc cu 60 % cupru şi 40 % zinc. Câţi ml dintr-o soluţie de hidroxid de sodium 1,5 m şi câţi ml dintr-o soluţie de acid sulfuric 3 m sunt necesari pentru dizolvarea aliajului, ştiind cã în ambele cazuri s-a folosit un exces de 25 % ? Se dau: A Cu = 63,54; A Zn = 65, 37; MNaOH = 40; M H₂SO₄ = 98

Rezolvare:  

Se considerã cã în acidul sulfuric 3 m se dizolvã Cu şi în NaOH se dizolvã Zn.

0,12         X

Cu     +  2 H₂SO₄  =   Cu SO₄ +  SO₂  +    2 H₂O

63,54      2×98  

X = 0,12x 2x 98 / 63,54 =  0,37 g acid  

Masa totalã de acid = 0,37 + 0,37x 25 % / 100%  =  0,46  

Vs acid = (0,46 / 3 x 98) x 1000 = 1,57 ml  

0,08          Y    

Zn +  2 NaOH   +  2 H₂O  =  Na₂ [ Zn (OH) ₄ ] + H₂

65,37     2×40  

Y = 0,08 x2x 40 / 65,37 =  0,097 g

Masa totalã de NaOH = 0,097 + 0,097 x25% / 100 % = 0,12 g  

Vs hidroxid de sodiu = (0,12 / 1,5×40 ) x 1000= 2,0  

R = 2,02 ml de NaOH ; 1,57 ml H₂SO₄