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

BACALAUREAT 30 IUNIE 2017

 VARIANTA DE REZOLVARE PENTRU PROBLEME DIN SUBIECTUL E

3.Determinaţi masa soluţiei de acid sulfuric, de concentraţie procentuală masică 25%, exprimată în grame, care conține aceeași cantitate de substanță dizolvată ca aceea din 200 mL soluţie de acid sulfuric de concentraţie 0,5 M.  Masa moleculară a acidului sulfuric este 98.         
 
VARIANTA DE REZOLVARE PROPUSĂ

Din citirea enunțului, aflăm următoarele:
-avem două soluții de H2SO4 de concentrație procentuală 25% și de concentrație molară 0,5M;
-masa dizolvată de H2SO4 din cele două soluții este egală, adică are aceeași valoare numerică. Este necunoscută și o notăm cu x;
-volumul soluției de acid sulfuric 0,5 M este 200 mL, adică 0,2 L;
-trebuie să calculăm masa soluției de acid sulfuric 25% (g), pe care o notăm cu y.

CALCULE

Se calculează prima dată masa dizolvată de H2SO4 din soluția molară și care se va găsi în soluția procentuală de 25%; apoi se calculează masa soluției de 25%. Se folosesc calculele corespunzătoare concentrațiilor molare și procentuale. Semnul . este pentru operația de înmulțire.
►Se calculează md din 200 mL  și concentrație 0,2 M (mol de H2SO4/L soluție), cu regula de trei simplă:
Dacă 1 L soluție 0,2 M…………are……….0,5 moli………..0,5 .98 g de H2SO4
Atunci 0,2 L soluție 0,2 M……….are………………………..x g de H2SO4
X = 0,2L.0.5.98 = 9,8 g de H2SO4
 
►Se calculează ms de concentrație 25% (25 % de acid sulfuric în 100 % soluție) ce conține 9,8 g de acid sulfuric cu regula de trei simplă:
Dacă 100 % soluție de acid…………………..are………………25% acid
Atunci y (g) de soluție de acid……………au…………………9,8 g acid
Y = 100%.9,8 g/ 25% = 39,2 g

R=39,2g soluție
 

O probă de 0,1 mol de clor reacționează complet cu bromura de sodiu.Se cer: a) Scrieţi ecuaţia reacţiei care are loc între clor și bromura de sodiu. b)Determinaţi masa de brom obținută la un randament al reacției de 75%, exprimată în grame.

VARIANTA DE REZOLVARE PROPUSĂ

a.Reacția chimică este:
Cl20 + 2Na+1 Br-1 = 2Na+1 Cl-1 + Br2-1
 

b. Masa de brom obținută cu randament de 75%, când clorul reacționează total cu bromura de sodiu.

Din citirea enunțului aflăm, următoarele:
-masa de clor ce reacționează total este 0,1 mol;
-fiindcă nu se precizează că bromura de sodiu reacționează total și se dă randamentul de obținere al bromului de 75%, înseamnă, că nu trece toată masa de ion bromură( din NaBr) în brom-sunt pierderi; deci masa de brom calculată de pe reacția chimică plecând de la 0,1 mol de clor este o masă teoretică. Masa reală, sau practic obținută este 75% din masa teoretică. Diferența de 25% din (100%-75%) reprezintă pierderi de brom;din reactor se vor extrage doar 75% din masa teoretică. Masa calculată de brom va fi masa practic obținută, când randamentul de obținere al bromului este 100%.
-masa atomică a bromului=80

CALCULE

►Se calculează de pe reacția chimică (calcul stoechiometric) masa de brom-masa teoretică(g), care se obține din 0,1 moli de clor, cu regula de trei simplă:
Dacă 1 mol de Cl2…………..produce…………1 mol de Br2 (vezi reacția chimică)
Atunci 0,1 mol de Cl2………….produc……….x moli de Br2
x moli = 0,1 moli.1 mol / 1mol=0,1 moli de Br2
m teoretică de Br2 = n moli. M Br2=0,1 .80.2 = 16 g

►Se calculează masa practică, reală de Br2 obținut cu randament de 75%:
Dacă din 100% brom calculat………….se obține din reactor……75%
Atunci din 16 g brom calculat…………se obțin………………masa practică
Masa practică = 16g.75%/100% = 12 g brom

R=12 g

 

CONCURS *TITULARIZARE* LA CHIMIE 2017

Vă propun un mod de rezolvare pentru problema de mai jos și care reprezintă un punct de vedere personal. Nu mă contrazic, cu alte vederi. 

Nu vom acționa grăbiți, problema are niște capcane de logică.

1.O probă (P) cu masa 64,8 g conține oxid de calciu impurificat cu carbonat de calciu. Peste probă se adaugă 49,348 kg de apă și se obține o soluție saturată, la 200 C. Determinați raportul molar al substanțelor din proba (P).
Indicații/ Notă: Carbonatul de calciu se consideră practic insolubil în apă.
Coeficientul de solubilitate al Ca(OH)2 la 200 C este 0,12g/100 g apă.

VARIANTA DE REZOLVARE PROPUSĂ

 Definiția solubilității este: “Solubilitatea reprezintă proprietatea unei substanțe de a se dizolva într-o altă substanță. Din punct de vedere cantitativ, aceasta este egală cu cantitatea de substanță ce se dizolvă la o anumita temperatură in 100 g solvent(apă)”.

Baza rezolvării

Fiindcă se dă coeficientul de solubilitate la hidroxidului de calciu, deducem că oxidul de calciu reacționează cu apa adăugată peste proba (P) și formează o bază-hidroxidul de calciu. Dar, privind cantitățile de probă (grame) și de apă (Kg), înțelegem că apa este în exces. Deci, trebuie să calculăm pe lângă masa de hidroxid de calciu și masa de apă, rămasă după reacția chimică. La această cantitate de apă liberă (exces) se raportează solubilitatea hidroxidului de calciu format și avem acel coeficient de solubilitate din enunț. Prin aplicarea regulii de trei simplă, la coeficientul de solubilitate și cantitatea de apă liberă vom calcula  masa de hidroxid de calciu, apoi masa de oxid de calciu. Ajungem la o ecuație cu o necunoscută. Cantitatea de carbonat de calciu (insolubil) va rezulta din diferența dintre masa probei și masa oxidului de calciu. Apoi calculăm raportul molar.

Calcule

Propun să lucrăm cu numărul de moli de CaO, fiindcă din reacția chimică, observăm că: 1mol de CaO consumă 1 mol de H2O și  produce 1 mol de Ca(OH)2 – este mai simplu la calcule.

CaO + H2O = Ca(OH)2
1 mol   1mol     1 mol

Avem datele problemei:
m proba(P)=64,8 g
n moli CaO = a
m CaO = a .M CaO
m CaCO3 =b(grame)
m Ca(OH)2 = x (g)
m H2O adăugată=49,348 kg=49348 g
m H2O care reacționează cu CaO=y (g)
m H2O care este în exces =z (g)

coeficientul de solubilitate al Ca(OH)2= 0,12g/100g apă
raportul molar CaO: CaCO3 =n moli CaO: n moli CaCO3 =?
M H2O = 18 g/mol
M CaO= 56 g/mol
M Ca(OH)2= 74 g/mol
M CaCO3 =100 g/mol
Semnul . reprezintă înmulțirea.

Cu ajutorul reacției chimice, vom calcula numărul de moli de H2O și Ca(OH)2, care corespund la “a” moli de CaO:
Dacă la 1 mol de CaO……..corespund:….1 mol de H2O .și 1 mol de Ca(OH)2
Atunci la “a” moli de CaO…….avem ……..a moli de H2O …….a moli de Ca(OH)2

Calculăm masa de Ca(OH)2 și masa de H2O reacționată, cu ajutorul definiției numărului de moli:
n (moli) = raportul dintre masa substanței și masa ei moleculară
masa substanței (g) = n (moli). M (g/mol)
x Ca(OH)2 =74.a (g)
y H2O =18.a (g) -masa de apă consumată în reacția chimică
Calculăm masa de apă rămasă (exces) prin diferența dintre masa de apă adăugată și masa de apă reacționată:
z=49348-18.a
Aplicăm regula de trei simplă plecând de la coeficientul de solubilitate al Ca(OH)2 și vom afla valoarea lui “a” moli de CaO:
Dacă în 100 g de apă……………………..se dizolvă 0,12 g de Ca(OH)2
Atunci în (49348 -18.a) apă…………….se dizolvă 74.a g de Ca(OH)2
100.74.a= 0,12.(49348-18.a)
7400.a= 5921,76-2,16.a
7400.a+2,16.a=5921,76
7402,16a =5921,76
a = 5921,76: 7402,16= 0,8 moli de CaO.

Calculăm masele de CaO și de CaCO3 :
m CaO = a.M (CaO) = 0,8 moli.56 g/mol= 44,8 g
m CaCO3 = 64,8-44,8 =20 g
n moli CaCO3= 20g/100g/mol=0,2 moli
Calculăm raportul molar CaO: CaCO3:
n moli CaO : n moli CaCO3= 0,8 moli:0,2 moli (împărțim la 0,2 pentru a avea numere întregi);
Raportul molar este: (0,8/0,2) : 0,2/0,2 =4: 1

Răspuns:
4 moli CaO: 1 mol CaCO3

O PROBLEMĂ DESPRE DETERMINAREA CĂLDURII DE NEUTRALIZARE A UNEI SOLUȚII DE KOH CU O SOLUȚIE DE HCl

 

O soluție de acid clorhidric cu volumul de 98 mL, densitatea 1,021 g/mL și concentrația procentuală de masă 7,3 % se amestecă cu 403 g soluție de KOH, de concentrație molară 1,6M și densitate 1,074 g/mL.a) Determinați căldura degajată în reacție;b) Determinați temperatura soluției finale, considerând că nu are loc schimb de căldură cu mediul exterior, temperatura inițială a celor două soluții fiind 25 0C, iar căldura specifică a soluției 4,184 J.g-1.C-1. Entalpia molară de neutralizare: ∆ H= -57,27 kJ/mol.

VARIANTA DE REZOLVARE PROPUSĂ

Suntem tentați să aplicăm repede expresia matematică, pentru calcularea căldurii degajate în această reacție de neutralizare:

Q= ∆H.n KOH

Unde:

Q= căldura de neutralizare (kJ)

n KOH = numărul de moli de KOH care se neutralizează cu un număr  egal de moli de HCl

∆ H = Entalpia molară  de neutralizare (kJ/mol)

HCl + KOH = KCl + H2O   reacție exotermă

1 mol   1 mol   1mol   1mol

DAR, dacă citim atent enunțul observăm că diferă cantitățile și volumele de soluții de KOH și HCl, care reacționează și deducem că una din substanțe-adică KOH este în exces.

Deci, vom calcula numărul de moli de HCl și KOH din fiecare soluție și vom vedea care este cel mai mic; mai departe, în funcție de acest număr de moli, vom calcula căldura de neutralizare și apoi temperatura finală a soluției (după neutralizare). Am reprezentat în desenul de mai jos, datele problemei.

O PROBLEMA DE NEUTRALIZARE SI CALDURA DE REACTIE1

Știm:

Soluția de HCl are:

Vs =98 mL

d = densitatea=1,02 g/mL

C=7,3%

t 0 = temperatura inițială=25 0C

M HCl = 36,5 g/mol

Soluția de KOH are:

ms =403 g

d =1,074 g/mL

C m= 1,6 M (mol/L)

t0 = temperatura inițială=25 0C

M KOH = 56

Entalpia molară  de neutralizare: ∆ H= -57,27 kJ/mol.

Nu știm:

m s la HCl=? (g)

n moli de HCl=?

Vs la KOH=? (L)

n moli de KOH=?

Q= căldura de neutralizare=? (k J)

m s finală la soluția rezultată după neutralizare=? (g)

t f = temperatura finală a soluției după neutralizare=? (grade C)

Semnul “. ” este pentru operația de înmulțire.

Calcule

► Calculăm numărul de moli de HCl din soluție astfel:

Prima dată se calculează masa soluție, cu expresia matematică a densității:

d = ms / V; ms =d.Vs

m soluție de HCl=1,021 g/m L . 98 m L = 100,0058 g=100 g

Calculăm masa dizolvată de HCl în 100 g de soluție, cu expresia matematică a concentrației procentuale:

m d de HCl = 100 . (7,3/100)=7,3 g de HCl

Calculăm numărul de moli de HCl conținuți în 7,3 g de HCl:

n moli de HCl = m HCl (md) / M HCl

n moli de HCl = 7,3/ 36,5 = 0,2 moli de HCl

► Calculăm numărul de moli de KOH din soluție astfel:

Prima dată vom calcula volumul soluției de KOH, fiindcă avem concentrație molară:

V s de KOH = m s de KOH /d la sol. KOH

Vs de KOH = 403 g/1,074 g/ m L = 375,23 mL = 0,375 L

Calculăm numărul de moli de KOH din 0,375 L de soluție de KOH 1,6 M, cu ajutorul expresiei concentrației molare:

Dacă 1 L soluție 1,6 M…………………..are…………….1,6 moli de KOH

Iar   0,375 L soluție…………………………vor avea…….n moli de KOH

 n moli KOH = 0,375 L.1,6 moli/1 L = 0,6 moli  de KOH

► Calculăm numărul de moli de KOH din soluție, care reacționează cu HCl, de pe reacția chimică:

Dacă 1 mol de HCl……..neutralizează  1 mol de KOH

Atunci 0,2 moli de HCl……vor neutraliza tot 0,2 moli de KOH

Deci din 0,6 moli de KOH numai 0,2 moli vor fi neutralizați, restul de 0,4 moli de KOH sunt în exces.

► Calculăm căldura de neutralizare, degajată în urma reacției dintre 0,2 moli de HCl și 0,2 moli de KOH, cu expresia matematică:

Q= n moli de KOH (HCl). ∆ H

Q = 0,2 moli . (-57,27 k J / mol) = 11, 454 kJ ( Căldura de neutralizare are “semnul + ” la reacția exotermă).

► Calculăm temperatura finală a soluției după neutralizare, din expresia matematică:

Q= m soluție. c. ∆t

Unde:

Q = căldura de neutralizare

m soluție finală = suma maselor soluțiilor de HCl și NaOH

c = căldura specifică

∆t = (t fin-t in)

Înlocuim cu datele cunoscute în această expresie și calculăm t fin:

m soluție finală = 100 g sol HCl +403 g sol.KOH =503 g

11454 J = 503 g. 4,184 J/ g.C . (t fin-25) C

(t fin -25) = 11454/ 503.4,184= 5,44

t fin = 25 + 5,44=30,44 grade C

R: 30,44 grade C

 

CONCURS *TITULARIZARE* CHIMIE INDUSTRIALĂ 2017

Problema de jos este un caz de analiză volumetrică a unui acid tribazic, care este adus în soluție, la balonul cotat de 250 mL cu apă distilată; din acesta se iau 25 mL, care se vor titra cu o soluție de NaOH, de concentrație normală. Reacția de neutralizare este totală, se formează o sare neutră. Vă propun o variantă de rezolvare. Reprezintă un punct de vedere personal. SUCCES!

1.Se dizolvă 5.10-2 mol dintr-un acid H3A în 250 cm3 soluție. Calculați volumul (în cm3) de soluție de NaOH 10-1 N, care neutralizează 25 cm3 din soluția de acid H3A, cu formarea sării neutre.

Rezolvare

Din citirea enunțului, înțelegem că avem: o reacție de neutralizare dintre acidul H3A și baza NaOH;

  • reacția de neutralizare este totală, fiindcă se formează o sare neutră, cu formula Na3A:
  • H3A + 3 NaOH = Na3A + 3 H2O , pH-ul final=7(neutru)
  • Acid       Bază       Sare      Apă
  • Cantitatea de H3A care se dizolvă=5.10-2 mol (se utilizează la preparare un balon cotat de 250 ml)= 5.10-2.M H3A (grame)
  • M H3A = masa moleculară a acidului (g/mol)
  • Volumul soluției de H3A ce conține cantitatea de 5.10-2 mol=250cm3=250 mL=250.10-3 L= 0,250 L
  • Volumul soluției de H3A, care reacționează cu soluția de NaOH=25 cm3
  • Concentrația normală a soluției de NaOH = 10-1 N= 10-1 ( Eg NaOH/ L)= 0,1 N
  •  Nu știm:
  • Concentrația normală a soluției de acid H3A=? (calculăm concentrația normală, fiindcă avem concentrația normală la soluția de NaOH)
  • Volumul soluției de NaOH de concentrație 0,1 N, care reacționează cu 25 cm3 de acid (mL) =?
  •  Baza rezolvării
    Calcularea volumului de soluție NaOH, 0,1 N se bazează pe legea echivalenței: numărul de echivalenți-gram de substanță analizată este egal cu numărul de echivalenți gram de substanță reactiv. În cazul de față avem:
    nEg de H3A = nEg de NaOH
    Numărul de Echivalenți gram rezultă din definiția concentrației normale:
    Cn H3A (Eg/L). V H3A (L) = Cn NaOH (Eg/L) .V NaOH (L)

     Calcule:
    Am notat cu semnul . operația de înmulțire.
    Se calculează concentrația normală a soluției de acid, cunoscând volumul soluției de 250 mL și masa dizolvată, de 5.10-2 mol cu relația:
    Cn = md/ Eg. V (nEg/L)
    Unde:
    Cn=concentrația normală (nEg/L)
    md = masa dizolvată (g)
    Eg= echivalentul gram (g/Eg)
    V=volumul soluției (L)
    Eg la acidul H3A, care participă la o reacție de neutralizare și nu se modifică numărul de oxidare, se calculează cu relația:
    Eg H3A =M/ numărul de H+ =  M/ 3
    Cn H3A = 5.10-2 . M / M. 250.10-3/3= 0,05/ 0,083=0,602

    Se calculează volumul soluție de NaOH, cu legea echivalenței:
     0,602 n. 25 mL (H3A) = 0,1 n. V (NaOH)
    V (NaOH) = 0,602.25 mL/ 0,1 = 150,60 mL
                                                                                                                                            R=150,6 mL

Anunțuri