CHEMIA - ĆWICZENIA, WIM - IChiP, sem 1
OGÓLNE ZASADY PROWADZENIA ZAJĆ
" Na zajęciach : omawiamy krótko treść ćwiczeń, rozwiązujemy kilka
przykładowych zadań, wskazujemy gromadkę zadań ze zbiorów, zalecanych
do samodzielnego wykonania w domu, rozwiązujemy kilka zadań z
poprzednich tematów, jeżeli w wyniku pracy własnej powstanie taka potrzeba
" O zaliczeniu ćwiczeń : 50+ % sumy punktów ( np. 15+ z 3 testów po 10p);
ZALICZENIE ĆWICZEC DOPUSZCZA DO EGZAMINU
" Test 1 - obliczenia chemiczne, bilanse redox i elektroliza ( materiał w większej
części powtórzeniowy z liceum)
" Test 2 konfiguracje elektronowe, liczby kwantowe, struktury Lewisa, modele
VSEPR, hybrydyzacja, równowagi chemiczne, mocne elektrolity, dysocjacja
" Test 3 roztwory elektrolitów słabych, bufory, równowagi hydrolizy,
strąceniowe, kompleksowania i utleniania-redukcji (przedostatni tydzień zajęć)
" możliwość poprawy : test całościowy, tzw. spęd w tygodniu 27-31.01.2014, w
godzinach poza planem ( popołudnie)
" usprawiedliwione nieobecności na testach będziemy proponować terminy
indywidualne,
" do komunikacji z prowadzącymi prosimy o, a właściwie wymagamy,
założenia przez grupy WIM i IChiP kont mailowych z rozumnym i
jednoznacznym loginem. Dodatkowo mogą tez powstać konta poszczególnych
grup dziekańskich.
MATERIAA POMOCNICZY REPETYTORIUM
PODSTAWOWE OBLICZENIA CHEMICZNE , BILANSE REDOX, ELEKTROLIZA
Podręczniki / zbiory zadań :
1. Obliczenia chemiczne , red. A Śliwa, PWN 1982 ( bibl. W.Chemicznego)
2. Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej praca zbiorowa, red. Z. Galus, PWN 2011
3. J. Minczewski, Z. Marczenko Chemia analityczna , cz. 1 Podstawy teoretyczne i
analiza jakościowa PWN 2001, rozdz. 1-6
4. K.M. Pazdro. Podstawy Chemii dla kand. na wyższe uczelnie., Oficyna Edukacyjna K.
Pazdro
1
Liczba atomowa, masz atomowa, masa cząsteczkowa, mol, masa molowa
Liczba atomowa liczba protonów w jądrze - symbol Z
Nuklid jądro o określonym składzie
Izotopy nuklidy różniące się ilością neutronów
Pierwiastek zbiór nuklidów o tej samej liczbie Z
Liczba masowa pierwiastka suma ilości protonów i neutronów symbol A
Zapis symbolu nuklidu :
liczba atomowa, 12 liczba masowa , pełny symbol nuklidu
6
Pierwiastki izotopowe zbiór kilku rodzajów nuklidów niecałkowita masa
atomowa
Masa atomu i względna masa atomowa jednostka masy atomowej def.-
= 1/12 masy nuklidu 12C ( 1,6.10-27 kg)
Względna masa atomowa/cząsteczkowa
masa atomu/cząsteczki (kg) / 1,6.10-27 kg
Mol jednostka ilości materii, definiowana jako liczba elementów ( atomy,
cząsteczki, jony, elektrony) równa liczbie atomów w 0,012 kg nuklidu 12C,
= 6,02 .1023 atomów ( stała Avogadra)
Masa molowa masa 1 mola atomów/cząsteczek . ( kg/mol)
Układ okresowy pierwiastków do obliczeń jako zródło danych A i Z, omówienie
prawa okresowości w II-giej części ćwiczeń
Stechiometria
Prawa: zachowania masy, stałych stosunków wagowych i wielokrotnych
stosunków wagowych.
Wzory związków całoliczbowe stosunki atomowe pierwiastków składowych
(wzmiankujemy na ćwiczeniach o zasadach składu stechiometrycznego
związków, ale dokładnie o tworzeniu i rodzajach wiązań,
elektrowartościowości, strukturach , zostawiamy na CZŚĆ 2, żeby było
spójne z wykładem o wiązaniach.)
Skład ilościowy związków chemicznych
Obliczanie wzorów ( tzw. empirycznych) na podstawie składu ilościowego
Obliczenia na podstawie równań reakcji
2
Rodzaje stężeń, przeliczanie stężeń
Systemy opisu stężeń :
Ułamek wagowy = Ł , lub % wagowy (bezwymiarowe)
Ułamek objętościowy = Ł , lub % obj. (bezwymiarowe)
Stężenie wagowo-objętościowe = (kg/m3, g/dm3,)
Stężenie molowe Ci = ( mol/m3 , mmol/cm3)
gdzie ni =
M
Ułamek molowy Xi =
Ł , i składników roztworu ( bezwymiarowe)
Przeliczanie stężeń ( np. molowe na ułamki, objętościowe na wagowe itd.), z
uwzględnieniem gęstości roztworów/rozpuszczalników
3
Obliczenia przy sporządzaniu, mieszaniu, rozcieńczaniu roztworów
Sporządzanie roztworów obliczanie ilości substancji rozpuszczonej lub
objętości/masy rozpuszczalnika
Mieszanie, rozcieńczanie i zatężanie roztworów
Roztwór 1 Roztwór 2 Roztwór 3
Ilości roztworów :
a b c = a+b ( wagowo lub objętościowo)
o stęż A o stęż B o stęż C (te same rodzaje stężeń)
stała ilość substancji , czyli
Zasada obliczania szukanej wartości :
" + " = + "
Równanie stanu gazu doskonałego, stała gazowa
Wyprzedzając treść wykładu nt. gazu jako jednego ze stanów skupienia materii,
użyjemy do ćwiczeń obliczeniowych równanie stanu gazu doskonałego
równanie Clapeyrona ( do wyprowadzenia na podstawie praw gazowych :
Izoterma " = const przy T = const prawo Boyle a-Mariotte a
Izobara = const przy p = const prawo Gay-Lussaca
Izochora = const przy V = const prawo Charlesa
Różne gazy doskonałe, te same : V , p, T
= równe ilości cząsteczek ( prawo Avogadra )
pV = nRT,
gdzie
4
p ciśnienie w Pa, V objętość w m3, n ilość moli gazu, T temperatura w K,
stała gazowa
.
R = p0V0/T0 = 101325 Nm-2 0,022414 m-3 / 273,15 K = 8,314 JK-1mol-1
( tzw. warunki normalne)
REAKCJE REDOX - ustalanie stopni utlenienia, bilansowanie równań
Konieczność ilościowego opisu reakcji przebiegających z przeniesieniem ładunku
między cząsteczkami wprowadzamy formalizm przypisywania całkowitych
wartości stopnia utlenienia , w uproszeniu interpretowanych jako
ilość ( nadmiar / niedomiar w stosunku do obojętnego atomu) elektronów
,,,,,,,,,,,,, przenoszonych między jonami/atomami
lub
,,,,,,,,,,,,,, przypisywanych atomowi w cząsteczce ( np. w związkach organicznych o
wiązaniach kowalencyjnych)
REGUAY ustalania stopnia utlenienia ( SU) atomu w cząsteczce / jonie
SU pierwiastka w stanie wolnym = 0
SU prostego jonu = elektrowartościowość
SU dla tlenu w związkach = -2, wyjątek nadtlenki (-1) i OF2 ( +2)
SU dla fluoru i reszty fluorowców = -1, wyjątki związki między fluorowcami
SU dla wodoru w związkach = +1 , wyjątki wodorki metali (-1)
Suma algebraiczna SU wszystkich atomów związanych wynosi 0 lub ładunek
jonu
Węgiel w związkach organicznych rachujemy dla pojedynczego atomu C,
sumując formalne udziały w SU sąsiadujących atomów. I tak:
Atom lub podstawnik Udział w SU
sąsiadujący
C 0
H -1
-OH + 1
5
=O +2
-NH2 , NO2 +1
Pojecie utleniacza i reduktora, reakcji redox:
I. Utlenianie - SU wzrasta
II. Redukcja - SU maleje
III. Utleniacz - jego SU maleje
IV. Reduktor - jego SU rośnie
Bilansowanie procedura
I. Równania połówkowe, osobno dla utleniacza i reduktora
II. Dobranie mnożników zrównujących ilość elektronów red i ox
III. Dodanie stronami równań połówkowych
IV. W razie potrzeby dodanie po stronach równania odpowiednich ilości
OH-, H+ lub H2O
V. Sprawdzenie bilansu masy i ładunków po obu stronach równania
VI. UWAGA:
Możemy napotkać cząsteczki/jony, w których trudno jest jednoznacznie określić
stopnia utlenienia atomów np. anion cyjankowy CN- , rodankowy SCN- , tiosole.
Używamy wtedy w bilansie sumarycznego ładunku całego jonu i porównujemy z
ładunkiem sumy produktów powstałych z niego, ustalając oczywiście uprzednio, czy
jest on utleniaczem, czy reduktorem.
ELEKTROLIZA
1-sze Prawo Faraday a
Masa substancji wydzielona an elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ładunku
elektrycznego, który przepłynął przez roztwór elektrolitu
= " = " "
Gdzie
k równoważnik elektrochem. ( masa [g] wydzielona przy przepływie 1A przez 1 s)
6
2-gie prawo Faraday a
Masy różnych substancji wydzielonych na elektrodach przez jednakowe ładunki są
wprost proporcjonalne do mas molowych ich równoważników ( masa molowa
podzielona przez ilość elektronów wymienianych w połówkowej reakcji redox)
Aącząc te dwa prawa w sumaryczna formułę:
" "
m =
"
Gdzie
I - natężenie prądu (A)
t - czas (s)
n - liczba moli elektronów wymieniana przez mol substancji
F - stała = 96 500 C/mol
M - masa molowa (g)
ZADANIA
TEMAT 1 LICZBA I MASA ATOMOWA,
Skład jąder atomowych
Np. 24 Mg i 25 Mg
12 12
Ile jest protonów i neutronów w tych jądrach?
Odszukać w układzie pierwiastki:
a/ o liczbie atomowej
49 ( ind , 2,5% izotopu 113 i 97,5% izotopu 115 do dalszych zadań)
42 (molibden, info jako ciekawostka - 7 izotopów)
77 (iryd, 37% izotopu 191 i 63% izotopu 193)
b/ o symbolach
Rh, Sb, Sr, Bi, Zr, La, Mn, Mg odczytać polską nazwę, położenie (grupa i okres).
Podać ilość neutronów i protonów w jądrach następujących izotopów:
113
In i 115 In , 85 Rb i 87 Rb
49 49 37 37
7
Znając udziały poszczególnych izotopów, obliczyć masę atomową pierwiastków In i
Ir.
TEMAT 2 MASA MOLOWA
2
Zad. 1 Jaką część masy mola izotopu wodoru H (deuter) stanowi masa mola
1
elektronów (obecnych w tych atomach). May (spoczynkowe): protonu / neutronu
1,67.10-27 kg, elektronu 9,1.10-31 kg . Jaki błąd popełniamy nie uwzględniając masy
elektronów w masie atomowej deuteru??
0,0002736
Zad. 2
Obliczanie mas a/ cząsteczkowych i b/ molowych
-- C3H7OH
-- CuSO4 . 5 H2O
Zad. 3 Obliczanie ilości moli w masie / masy w ilości moli
a///// ile moli rtęci zawiera się w 1 dm3 tego metalu? Gęstość Hg 13,5 g.cm3, M =
200,59.
67,30 mola
b//// wykonać to samo obliczenie dla bryłki litu , M =7, gęstość 0,52 g/cm3
74,28 mola
c//// Ile moli cukru spożywamy w kubku kawy osłodzonej 1 łyżeczką ( 5 cm3) cukru
(sacharoza, C12H22O11., gęstość tego gatunku cukru 1,2 g/cm3.
0,017 mola,.
Dla chętnych /potrzebujących propozycje zdań do przerobienia :
Śliwa str. 46-47, Roz. 2.10, zadania 11., 14., 15., 17., 18.,
Zad 4. Obliczyć procentową zwartość miedzi w chlorku miedzi(II) CuCl2.
47,26 %
Zad. 5 Która z rud żelaza :, Magnetyt Fe3O4, piryt FeS2 , syderyt FeCO3, jest
najbogatsza w żelazo??
Magnetyt
8
Zad.6 * Kości zawierają 58,00% ortofosforanu wapnia Ca3(PO4)2, 2,00%
ortofosforanu magnezu Mg3(PO4)2 , poza tym inne składniki mineralne i organiczne.
Jaka jest procentowa zawartość tlenku fosforu (V) P2O5 ?
%P2O5 = 29,16
Zad 7 obliczanie wzorów ( najprostszych, niekoniecznie oddających rzeczywistą
strukturę cząsteczki) ze składu
Obliczyć wzór związku o składzie: wodór 1,52%, arsen 56,36%, tlen 42,13%
H4As2O7
OBLICZENIA NA PODSTAWIE RÓWNAC REAKCJI
Zad. 8 Utleniono całkowicie 20g wapnia. Ile tlenku wapnia powstało?
23,99 g tlenku wapnia
Zad.9 W wyniku spalenia porcji magnezu powstało 2,5 mola tlenku MgO. Jaka masę
magnezu spalono?
60,75 g
Zad. 10 100 g metalicznej miedzi ogrzano ze 100g siarki, powstał siarczek miedzi(I)
Cu2S. Jaka substancja i w jakiej ilości pozostała w nadmiarze po reakcji??
siarka, 72 g
Zadania proponowane do samodzielnego przerobienia :
Śliwa str. 138 - 140, Roz. 7.4, zadania 7 , 12 , 17 , 18 , 25 , 32
1//// rodzaje i przeliczanie stężeń
Zad. 11 W 120 g wody rozpuszczono 15 g octanu amonowego. Obliczyć ułamki
wagowe i molowe dla obu składników roztworu
Masa roztworu = H2O CH3COONH4
120g+15g= 135g 120 g 15g
Masy molowe składników 18,02 g/mol 77,1 g/mol
Ilości moli składników 6,66 0,19
Ułamki wagowe = 120/135 = 0,89 = 15/135 = 0,11
Ułamki molowe = 6,66/(6,66+0,19)= 0,97 = 0,19/(6,66+0,19)= 0,03
Suma ułamków po wszystkich składnikach =1
Zad. 12 Obliczyć ułamek molowy żelaza w 8%-wym wodnym roztworze FeCl2.
Próbka 100 g roztworu 8% 8 g FeCl2 92 g H20
9
Masy molowe 55,85 + 2x35,45 = 18,02 g/mol
126,75 g/mol
Ilości moli żelaza = ilość 8/126,75 = 0,06 92 / 18,02 = 5,11
moli chlorku
Suma ilości moli = 5,17
Ułamek molowy 0,06/5,17 = 0,012 5,11/5,17 = 0,988
Zad. 13 Obliczyć stężenie molowe czystej wody, gęstość d=0,988kg/dm3
Więc CH2o = 54,89 mol/dm3
Zad. 14 Zmieszano 30 cm3 0,1 M roztworu KOH z 20 cm3 0,25 M NaOH. Obliczyć
stężenia molowe jonów potasu, sodu i wodorotlenowych.
CK = 0,06 mol/dm3
CNa = 0,1 mol/dm3
COH- = 0,16 mol/dm3
Sporządzanie, mieszanie, rozcieńczanie
Zad. 15 Ile g NaCl należy rozpuścić w 200 ml wody, aby otrzymać roztwór soli
fizjologicznej 0,5%. Przyjąć gęstość wody d=0,98 g/cm3
1,015 g
Zad. 16 Zmieszano 20 g kwasu solnego o stężeniu 33% z 200 g kwasu solnego o
stężeniu 3%. Jakie stężenie uzyskano?
5,7%
Zad. 17 W 200 cm3 alkoholu etylowego o gęstości 0,8 g/cm3 rozpuszczono 5 g jodu
J2. Obliczyć stężenia procentowe i molowe sporządzonego roztworu.
% wagowy = 3,03% Stężenie molowe jodu = 0,1 mol/dm3
Zad . 18 Do kolby o pojemności 250 ml odmierzono 40g 22% kwasu siarkowego i
dopełniono wodą. Jakie stężenie molowe kwasu otrzymano?
CH2SO4 = 0,36 M
Zad.19 Kwas azotowy o stężeniu 0,11 ułamka molowego ma gęstość d=1,18 g/cm3.
Do jakiej objętości należy rozcieńczyć próbkę 10 cm3 tego roztworu, aby otrzymać
roztwór 2,0 molowy.
0,0285 dm3
10
Zadania proponowane do samodzielnego rozwiązania:
Śliwa str. 98 - 102, Roz. 5.7, zadania 6 , 7 , 15 , 17 , 45 , 48 , 85
4-te zajęcia:
Stan gazowy
W obliczeniach przyjmujemy zaokrąglone wartości dla warunków normalnych
0oC = 273 K , 1 atm = 1 105 Pa , Vm = 22,4 dm3 / mol , R = 8,31 J K-1 mol-1
Zad. 20 Obliczyć liczbę cząsteczek w 1 cm3 gazu doskonałego w warunkach
normalnych.
2,65 e 19.
Zad. 21 Obliczyć gęstość ozonu O3 w warunkach normalnych.
2,14 g/l
Zad. 22 Do butli wtłoczono 5 g azotu N2, 3 g tlenu O2 i 2 mole dwutlenku węgla CO2.
Obliczyć ciśnienia cząstkowe składników mieszanki, przy całkowitym ciśnieniu 506
hPa.
Azot = 40,12 hPa
Tlen =20,06 hPa
Dwutlenek węgla = 445, 82 hPa
Zad. 23 W zbiorniku o objętości 80 cm3 znajduje się 89,4g azotu oraz pewna ilość
argonu. Całkowite ciśnienie wynosi 0,1 MPa przy temperaturze 22oC. Obliczyć
ułamek molowy argonu w mieszaninie.
0,02
Zad. 24 Do zbiornika o pojemności 0,25 dm3 wprowadzono 8 g tlenu i 1 g wodoru,
zamknięty zbiornik podgrzano do temp. 150oC. Jakie ciśnienie panuje w zbiorniku, o
ile zmieni się po reakcji wywołanej iskrą elektryczną??
P = 7,03 106 Pa
Zadania różne, do samodzielnego rozwiązywania
W obliczeniach przyjmujemy zaokrąglone wartości dla warunków normalnych
0oC = 273 K , 1 atm = 1 105 Pa , Vm = 22,4 dm3 / mol , R = 8,31 J K-1 mol-1
11
Z 1 Jakie objętości roztworów o stężeniach 3mol/l i 0,5 mol/l należy zmieszać, aby
otrzymać 100 ml roztworu 1 mol/l.
Należy wziąć 80 ml roztworu 0,5M i 20 ml roztworu 3M
Z 2 Węglowodór zawiera 85,71% węgla, a jego gęstość w temp. 18oC i pod
ciśnieniem 1000 hPa wynosi 1,16 kg/m3. Jaki wzór ma cząsteczka tego
węglowodoru?
Wzór sumaryczny węglowodoru = C2H4
Z 3 Jaka objętość chlorowodoru odmierzona w warunkach normalnych potrzebna jest
do sporządzenia 150 g 5% kwasu solnego?
V = 4,71 10-3 m3
Z 4 Ile cm3 0,25 molowego roztworu BaCl2 potrzeba do całkowitego strącenia jonów
siarczanowych z 12cm3 roztworu kwasu siarkowego 5,23% ?
26,5 cm3
Z 5 Związek fosforu z wodorem zawiera 93,89% fosforu, jego masa molowa wynosi
65,97 g/mol. Podać rzeczywisty wzór chemiczny związku.
wzór P2H4
Z 6 Pięciowodny siarczan miedzi (II) traci po ogrzaniu w temp. 110oC 28,86% wody.
Ustalić wzór chemiczny powstającego hydratu.
CuSO4 H2O
Z 7 Ile m3 dwutlenku węgla, zmierzone pod ciśnieniem 98,659 kPa i w temp. 293 K
można otrzymać z 2,5 t wapienia z 7%-ową zawartością zanieczyszczeń? Ile wody
potrzeba do zlasowania otrzymanego wapna palonego?
574 m3 dwutlenku węgla
837 kg wody
Z 8 Po spaleniu 2,62 g koksu o czystości 91% zebrano pod ciśnieniem normalnym 5l
dwutlenku węgla. Jaka była temperatura zebranego gazu?
300 K
Z 9 Jaką objętość 5%-ego KOH należy użyć do reakcji zobojętnienia zamiast 250 g
2-molowego roztworu NaOH. Przyjąć gęstości obu roztworów = 1,1 g/cm3
426 cm3
12
Z 10 6,54 g cynku rozpuszczono w 200 cm3 25,21%-wego kwasu siarkowego.
Roztwór po reakcji rozcieńczono do 600 cm3. Obliczyć a/ stężenie molowe kwasu
siarkowego pozostałego po reakcji b/ stężenie wytworzonego siarczanu cynku
0,845 mol/dm3 Stężenie molowe siarczanu cynku = 0,1 /0,6 = 0,167 mol/dm3
PRZYKAADY RÓWNAC REAKCJI REDOX
( do zbilansowania jonowo i cząsteczkowo)
1. I- + Fe3+ = I2 + Fe2+
2. HI + H2SO4 = I2 + H2S + H2O
3. C2O42- + MnO4- + H+ = CO2 + Mn2+ + H2O
4. S + OH- = S2- + S2O32-
ELEKTROLIZA
Zad.1
Przez połączone szeregowo dwa elektrolizery, z których pierwszy zawierał wodny
roztwór FeSO4 , a drugi wodny roztwór Fe2(SO4)3 . W którym wydzieliło się na
katodzie więcej żelaza? Odpowiedz uzasadnić.
m FeSO4 > m Fe2(SO4)3
Zad.2
Jak długo musi przepływać przez wodny KCl prąd o natężeniu 10A, aby otrzymać
100g KClO3 ?
t= 788 minut
Zad. 3
W trakcie 30 minut elektrolizy przy natężeniu prądu 0,5A wodnego roztworu chlorku
pewnego dwuwartościowego metalu masa katody zwiększyła się o 0,303g. Jaki to
był metal?
Zn
13
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Chemia 3 ćwiczenieinformator chemia dla WIM 2014 poprCwiczenie 12 Obliczanie statecznosci danych metoda Fp Maslowa WiM GRUPA PROFESJONALNA CHEMIA BUDOWLANAobliczenia cwiczenia 1 zadania z odpowiedziami niestacjonarneChemia nowej ery 2 NPP Odpowiedzi do zeszytu ćwiczeńFwd Chemia surowcow kosmetycznych CWICZENIE 4 ?zNazwy1ĆWICZENIE 1 Obliczenia statyczne rusztu stalowego1 chemia nowej ery I gimnazjum zeszyt ćwiczeń odpowiedzi klucz rzwiązania do str8 10cwiczenie 9 Obliczanie płyt zginanych(1)więcej podobnych podstron