PROBLEME – CONCURSURI NATIONALE

 TITULARIZARE CHIMIE 2015

1.  20 mL de soluţie de hidroxid de potasiu se introduc peste 80 mL de soluţie de acid clorhidric 0,1 M;  se obţine o soluţie cu pH=3. Determinaţi concentraţia molarã a soluţiei de hidroxid de potasiu.

CLF-02486-3

DE REŢINUT!  sapunuri-si-detergentivarianta-corecta-4-728

Varianta de rezolvare propusã

Dupã citirea textului, observãm şi deducem:

-a) cã avem o reacţie între KOH şi HCl, numitã de neutralizare;
-b) pH-ul soluţiei finale- dupã terminarea reacţiei este 3, deci avem un mediu acid. Aceasta înseamnã cã HCl este în exces – el este o substanţã acidã.

tabel_ph

-c) Soluţia de KOH se consumã total în reacţia cu HCl, conform stoechiometriei reacţiei https://ro.wikipedia.org/wiki/Stoechiometrie
HCl + KOH = KCl + H2O
H+ + HO = H2O
De pe reacţie se observã cã:
1mol HCl ………reacţioneazã cu 1 mol de KOH
1mol H+ …………reacţioneazã cu 1 mol HO

-d) Calcularea concentraţiei molare a KOH presupune calcularea masei dizolvate de KOH în volumul final, care este suma volumelor soluţiilor de HCl şi KOH. Aceastã masã dizolvatã de KOH este egalã cu masa dizolvatã de KOH din 20 mL de soluţie KOH.

REZOLVAREA merge de la coada la cap! Se calculeazã masa de HCl (moli) reacţionat cu KOH, din diferenţa dintre masa totalã HCl şi masa de exces de HCl şi apoi de pe reacţie se calculeazã masa de KOH (moli). Ĩn final se calculeazã concentraţia molarã a KOH. Trebuie sã fim atenţi la volumele de soluţii pe care le luãm în lucru. Astfel:

V final= volumul dupã terminarea reacţiei de neutralizare= Vsol HCl + V sol KOH
V final= 80mL + 20mL =100mL= 0,1 L
La acest volum se mãsoarã pH-ul, nu la 80mL sol.HCl

Calcule

 ◄Se calculeazã masa initialã de HCl(moli) din 80 mL soluţie0,1M, cu expresia matematicã a concentraţiei molare:
cM= nd/Vs

Unde:
cM=0,1 M = 0,1 mol/L
nd = numãr de moli HCl din 80 mL soluţie 0,1 M
Vs = volumul soluţiei (L)
nd = cM.Vs = 0,1mol/L .80.10-3L= 8.10-3 mol

◄Se calculeazã cantitatea de HCl (mol) în exces din 100mL soluţie finalã, cu expresia matematicã a pH-ului soluţiei finale, care este 3:
pH= -lg [H+] ;
pH-ul = exponentul cu semn schimbat al concentraţiei ionilor de oxoniu(hidroniu) mãsuratã în mol/L
[H+] = 10-pH;
[H+] = 10-3 mol/L (mol într-un litru de soluţie finalã)
Deci:
1L soluţie finalã………are………10-3 mol
0,1 Lsoluţie finalã……….are……”a” moli
“a” = 0,1.10-3 = 10-4 moli H+

◄Se calculeazã masa de HCl(mol) care reacţioneazã, din diferenţa:
mHCl reacţionat = mHCl initial- mHCl exces
mHCl reacţionat = 8.10-3 – 10-4= 0,008-0,0001=0,0079= 79.10-4mol

◄Se calculeazã masa de KOH(mol) ce reacţioneazã cu 79.10-4mol, pe baza reacţiei chimice:
Dacã 1 mol HCl……reacţioneazã cu……..1 mol KOH
Atunci 79.10-4mol….reacţioneazãcu………”b” mol KOH
“b” = 79.10-4mol KOH

◄Se calculeazã concentraţia molarã a KOH în 20 mL soluţie, cu expresia matematicã de mai sus:

cM = 79.10-4 mol/ 20.10-3L = 0,395 mol/L

R: 0,395 mol/L

BACALAUREAT CHIMIE 2015

LICEE INDUSTRIALE

Problema 1.Clorul reacţioneazã complet cu 4,6 g de sodium. a) Scrie ecuaţia reacţiei chimice dintre clor şi sodiu; b) Calculaţi volumul de clor, exprimat în litri, mãsurat în condiţii normale de temperature şi presiune, necesar reacţiei.

DESPRE CLOR

Clorul este un element chimic cu numarul atomic 17, masa atomica 35,453 si este notat cu simbolul Cl; originea cuvântului este ‘χλωρóς’, khlôros, ce înseamnă verde pal. Descoperirea lui este legatã de descoperirea acidului clorhidric.Clorul a fost descoperit în 1774 de chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele, în urma reacţiei dintre acidul clorhidric cu dioxid de mangan.Noul gaz a avut,în conformitate cu Scheele,un miros foarte perceptibil și în aer capătă o culoare galbenă. Numele i-a fost dat de Sir Humphrey Davy.

În 1904 clorul a devenit metoda standard de dezinfecţie a apei. Clorul a fost astfel considerat o minunată binecuvantare iar clorinarea apei cel mai mare act de prevenire a bolilor mortale din întregul mileniu.

800px-Chlorine_liquid_in_an_ampoule

„Chlorine liquid in an ampoule” by Alchemist-hp (talk) (www.pse-mendelejew.de) – Own work. Licensed under FAL via Wikimedia Commons – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorine_liquid_in_an_ampoule.jpg#/media/File:Chlorine_liquid_in_an_ampoule.jpg

Principalele utilizãri ale clorului sunt:

„Clorul este folosit în purificarea apei, dezinfectanți, înălbitori fiind un gaz asfixiant este folosit și la producerea gazului de luptă gazul de muștar. Clorul se regăsește și în utilizările de zi cu zi:

  • Sub formă de acid hipocloros(HClO), obținut prin hidroliza hipocloritului de sodiu(NaClO). Se utilizează pentru eliminarea bacteriilor și a altor microbi din apa de băut și piscine.
  • Folosit în cantități mari în: produse de hârtie, produse antiseptice, coloranți, mâncare, insecticide, vopsele, produse petroliere, produse plastice, medicină, textile, solvenți, precum și multe alte produse de larg consum.

În chimia organică se folosesc proprietățile oxidante ale clorului pentru a substitui atomi de hidrogen din componența moleculelor, conferindu-le diferite proprietăți superioare(de exemplu în copolimerii din cauciucurile sintetice). Soluțiile perfuzabile, denumite ser fiziologic sunt soluții de 0,9% NaCl. Alte utilizări includ: producerea de clorați, cloroform, tetraclorură de carbon și extragerea bromului.” https://ro.wikipedia.org/wiki/Clor

Varianta de rezolvare propusã

a.Reacţia dintre Cl2 şi Na. Trebuie sã cunoşti:

substanţele care intrã în reacţie-reactanţii – clor şi natriu; produsul de reacţie, care este clorura de natriu; formulele chimice- în reacţie nu intrã Cl- atom ci Cl2-moleculã (explicaţia este stabilitatea clorului elementar); diferenţa dintre reacţia chimicã, ecuaţia chimicã, coeficientul de reacţie; legea conservãrii masei pentru egalarea reacţiei chimice. Ĩn final avem ecuaţia reacţiei chimice:

Cl2 + 2 Na → 2NaCl

b) Volumul de clor consumat în condiţii normale de temperaturã şi presiune- notat cu X.

Se aplicã calculul stoechiometric ( pe bazã de reacţie chimicã), cunoascând masa de Na=4,6 g şi masa atomicã a Na ( ANa=23) şi volumul molar(22,4L). Regula de trei simplã este:

X       4,6
Cl2 + 2 Na → 2NaCl
22,4L 2.23

Dacã 1 mol Cl2(1 volum molar)……reacţioneazã cu 2 moli Na
22,4L Cl2…………reacţioneazã cu……2.23 g Na
Atunci X (L)……..reacţioneazã cu……4,6 g Na

X = 22,4 L.4,6g / 2,23 g = 2,24 L

R: 2,24 L

Problema 2. Acetilena C2H2 este utilizatã pentru aparatele de sudurã autogenã a metalelor. a) Scrieţi ecuaţia termochimicã a reacţiei de ardere a acetilenei, ştiind cã rezultã bioxid de carbon şi apã; b) determinaţi masa de acetilenã, exprimatã în grame, care prin ardere degajã 16026 KJ, cunoscând entalpia standard de combustie ∆H0c C2H2 (g) = -801,3 KJ/mol.

Varianta de rezolvare propusã

Este o problemã de TERMOCHIMIE, care se defineşte „partea chimiei ce studiazã cantitatea de cãldurã absorbitã sau dezvoltatã în timpul reacţiei”. Face parte din termodinamicã. Energia chimicã eliberatã în organismele vii ajutã la realizarea funcţiilor vitale ( mişcare, creştere, menţienerea temperaturii constante,etc.https://dexonline.ro/definitie/termochimie/paradigma

.1.Ecuaţia termochimicã a reacţiei de ardere a acetilenei ?

Reacţia de ardere. Se spune în enunţ, cã acetilena suferã o reacţie de ardere, aceasta înseamnã cã reacţioneazã cu oxigenul. Se mai precizeazã în enunţ, produşii de reacţie: bioxid de carbon şi apã. Trebuie sã cunoşti formulele chimice ale substanţelor chimice amintite şi sã ai noţiuni despre scrierea unei reacţii chimice(ecuaţia chimicã; legea conservãrii masei pentru egalarea numãrului de moli).

Ecuaţia termochimicã. Este ecuaţia reacţiei chimice în care se trece şi entalpia de reacţie. Trebuie sã înţelegi termenii: termodinamicã; cãldura; cãldura de reacţie; entalpia (H)-cuvântul provine din limba greacã şi înseamnã a încãlzi; entalpia de reacţie; entalpia de formare; sistemul şi starea standard; energia de legãturã; legea lui Hess; legea conservãrii energiei…Nu sunt termeni abstracţi.

Simbolul ∆H0c C2H2 (g) = -801,3 KJ/mol include termenii:
-∆H0c = variaţia entalpiei standard de combustie

unde:
(∆=variaţie; H= entalpie; cifra 0 din partea de sus dreapta indicã starea standard , adicã este o stare în care reactanţii sunt stabili, puri la temperatura de 250C şi 298 0K şi presiunea de 1 atm; litera c din partea de jos, dreapta a literei H simbolizeazã combustia ( ardere); C2H2 = formula chimicã a acetilenei; (g)= gaz
Are semnul „minus”, pentru a indica cã este o reacţie exotermã, adicã se degajã cãldurã în exterior.

Ĩn final avem:
C2H2 (g) + 5/2 O2 (g) → 2CO2(g)  + H2O(g)     ∆H0c C2H2 (g) = -801,3 KJ/mol
Se citeşte:
26 g (masa molecularã) de acetilenã gaz reacţioneazã la presiune constantã cu 80 g de oxigen gaz( 5/2.32(masa molecularã a oxigenului) pentru a produce 88g de bioxid de carbon (2.44(masa molecularã a bioxidului de carbon) şi 18 g de apã (masa molecularã a apei) degajând(producând) o cãldurã de reacţie de 801,3 KJ/mol. Fiindcã se lucreazã cu gaze la temperatura de 00 C şi presiunea de 1 atm se poate folosi volumul molar, în locul maselor moleculare, ţinând cont de coeficienţii de reacţie.
 2. Masa de acetilenã, care prin ardere produce o cantitate de cãldurã de 16026KJ?
Ştim cã entalpia de combustie (adicã ardere) este ∆H0 C2H2 (g) = -801,3 KJ/mol. Acest termen se explicã, cã 1 mol de acetilenã prin ardere produce (dezvoltã) la presiune constantã o cantitate de cãldurã egalã cu 801,3 KJ.
Date cunoscute
Q= caldura produsã în reacţia de ardere= 16026 KJ
∆H0 C2H2 (g) =entalpia de combustie= 801,3 KJ/mol
AC = 12; AH=1
Date necunoscute
X= numãrul de moli de acetilenã
Y= masa de acetilenã ce corespunde la X moli

Calcule

◄Se calculeazã X – numãrul de moli.Pentru rezolvare se aplicã regula de trei simplã, de mai jos:
Dacã 1 mol C2H2…..produc prin ardere…….801,3 KJ
Atunci X moliC2H2….produc prin ardere….16026 KJ
X = 16026KJ.1 mol/ 801,3 KJ
X=20 moli.

◄Se calculeazã Y – masa de acetilenã cu regula de trei simplã, de mai jos:
1 mol C2H2   = Masa molecularã C2H2 =2AC + 2AH=2.12+2.1=26
Dacã 1 mol acetilenã………..are………..26 g
Atunci20 moli acetilenã……are………..Y
Y = 20moli.26g/1 mol = 520 g

R= 520 g

Problema 3 .Calculaţi cãldura exprimatã în Jouli, care se degajã la rãcirea a 18 kg de apã, de la temperatura t1=520C la temperatura t2=220 . Se considerã cã nu au loc pierderi de cãldurã.

Varianta de rezolvare propusã

Trebuie sã cunoşti:
Cantitatea de cãldurã degajatã la rãcirea unei mase de apã de la t1 la t2 se calculeazã cu expresia matematicã:

Q = mH2O .cH2O .∆t
Unde:
mH2O = 18 kg= 18.1000 g= 18000g
cH2O =1cal/(g. 0C) = 4,186 J/(g. 0C)
∆t = t1-t2= 52-22=300C

Deci:
Q = 18000g. 4,186 J/(g. 0C). 300C = 2257200J= 2257,2 KJ

R: 2257200J

Problema 4. Combustibilul GPL conţine pentan lichid C5H12. Se cer:

a) ecuaţia termochimicã de ardere a pentanului, ştiind cã rezultã dioxid de carbon şi vapori de apã;

b) determinaţi cãldura, exprimatã în KJ, degajatã la arderea a 2,5 moli de pentan, utilizând valorile entalpiilor molare de formare standard:

∆H0f C5H12 (l) =-173,5 kJ/mol; ∆H0f H2 O (g) = -241,8 kJ/mol; ∆H0f CO2 (g) = -393,5 kJ/mol.

Varianta de rezolvare

Este o problemã de „TERMOCHIMIE”. Recomand link-ul https://cognitivsystem.files.wordpress.com/2013/03/lectia11.pdf,   pentru înţelegerea acestei pãrţi din disciplina „CHIMIE”.

a)Ecuaţia termochimicã la arderea pentanului. Ştim cã reacţiile de ardere ale combustibililor sunt exoterme, adicã se degajã cãldurã (Q) în mediul înconjurãtor (exteriorul reactanţilor). Ecuaţia termochimicã este ecuaţia chimicã a reacţiei dintre pentan şi oxigen, rezultând bioxid de carbon şi apã şi în care se trece cãldura de reacţie (Q) la produşii de reacţie – ea rezultã şi nu intrã în proces. Se trec şi stãrile de agregare, ale substanţelor. Vom scrie:

Reactanţi                       Produşi de reacţie

C5H12 (l) + 8 O2(g)   =  5 CO2(g) + 6 H2O (g) + Q (kJ) ; – ∆ H (kJ/mol)

1mol           8 moli         5 moli          6 moli

1mol           8×22,4 L     5×22,4L       6×22,4L

Explicaţii:

+Q (kJ) = Cãldura de reacţie şi în acest caz se noteazã cu +, fiindcã se considerã un produs (rezultat) al reacţiei;

-∆ H (kJ/mol) = Entalpia de reacţie = cãldura de ardere a unui mol de pentan şi se noteazã convenţional cu – , adicã prin aceastã reacţie de ardere se produce cãldurã;

Deci la reacţia exotermã avem notaţiile:

Q > 0 (este pozitivã) ; – ∆ H (kJ/mol) < 0 (este negativã).

b) Pentru calcularea cãldurii de ardere la 2,5 moli pentan, se calculeazã prima datã entalpia standard de reacţie din entalpiile standard de formare ale celor patru substanţe din reacţia chimicã de ardere; valoarea obţinutã a entalpiei se va înmulţi cu 2,5 moli de pentan şi va rezulta cãldura de reacţie. ecuaţia aplica relaţia:

∆H0r = ∑np H0 f (p) – ∑nr H0f( r)

În care:

np = numãrul de moli ai produşi de reacţie;

H0f( p) =entalpiile standard de formare ale produşilor de reacţie;

nr = numãrul de moli ai reactanţilor;

H0f (r) = entalpiile standard de formare ale reactanţilor.

∑ = simbol pentru sumã (adunare)

Deci:

∆H0r = [ 5.( -393,5) kJ/mol CO2 +6.( -241,8) kJ/mol H2O]-[1.(-173,5) kJ/mol C5H12 +8.0 kJ/mol O2]

∆H0r = -1967,5 kJ/mol- 1450,8 kJ/mol + 173,5kJ/mol= -3244,8 kJ/mol

Q = n pentan. ∆H0r =2,5moli x 3244,8 kJ/mol= + 8112 kJ semnul este +, fiindcã este o notare convenţionalã pentru reacţia exotermã.

R: 8112 kJ

Problema 5. Ecuaţia de ardere a propanului este:

R1: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) ∆rH=?

Calculaţi variaţia de entapie în reacţia de ardere a propanului, cu ajutorul ecuaţiilor termochimice:

R2: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

r H1=-2219,9 kJ

R3: H2O(g) → H2O(l)

r H2= -44 kJ

  Rezolvare

Este o problemã de TERMOCHIMIE” şi se referã la aditivitatea cãldurilor de reacţie şi la legea lui Hess. Ecuaţiile termochimice suportã calcule algebrice.

Se observã cã starea de agregare a apei diferã în reacţiile (1), (2) şi (3); dacã scãdem ecuaţia reacţiei 2 din ecuaţia reacţiei 3 înmulţitã cu 4 ( fiindcã avem 4 moli de apã lichidã în reacţia 2), vom ajunge la reacţia 1.

Deci:

R2: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

R3: H2O(g) → H2O(l)x(-4)

R2-4R3

C3H8(g) + 5O2(g) – 4 H2O(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)-4 H2O(l)

Rezultã:

C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g)

Deci entalpia de reacţie este:

∆rH = -2219,9 kJ -4(-44 kJ) = -2219,9+176 =-2043,9 kJ

R: -2043,9 kJ

Problema 6. Pentru reacţia A →2B, s-au înregistrat urmãtoarele date experimentale:

Timp (s) 0 10 20
[A] concentraţia molarã (mol/L) 1,0 0,833 0,714

Determinaţi viteza medie de consum a reactantului (A) exprimatã în mol.L-1.s-1 în intervalul de timp 0-20 secunde.

Este o problemã despre VITEZA DE REACŢIE. https://ro.wikipedia.org/wiki/Ecua%C8%9Bia_vitezei_de_reac%C8%9Bie

Ea se noteazã cu „v” şi se calculeazã cu expresia matematicã:

v = ∆C:∆t

unde:

∆C= variaţia concentraţiei reactantului A, într-un interval de timp (mol/L)

∆t = intervalul de timp, în care variaza concentraţia lui A (s); se calculeazã: t2-t1

Varianta de rezolvare propusã

Se calculeazã prima datã vitezele de reacţie pentru: intervalul de timp (0-10)s şi intervalul de timp (10-20)s şi apoi viteza de reacţie medie.

◄Viteza de reacţie v1 pentru intervalul de timp(0-10)s:

v1= ∆C/∆t = (1-0,833)/ (10-0) = 0,167/ 10= 0,167.10-1 mol/L.s

◄Viteza de reacţie v1 pentru intervalul de timp(10-20)s:

V2= ∆C/∆t = (0,833-0,714)/ (20-10) = 0,119/ 10= 0,119.10-1 mol/L.s

◄Viteza de reacţie medie v  medie:

V medie = (v1+v2)/2= 0,167.10-1+0,119.10-1 = 0,143.10-1mol/L.s

V medie= 14,3.10-3 mol/L.s

R: 14,3.10-3 mol/L.s