To jest ten plik

Okladke i strone tytulowa projektowala BARBARA ZURKOWSKA

SPIS TRESCI Redaktor KRYSTYNA JURKOWSKA

Ksiazka zalecana przez Ministra Edukacji Narodowej do uzytku szkolnego i wpisana do zestawu ksiazek pomocniczych do nauki chemii w szkole ponadpodstawowej. Nr w zestawie 9/92.

. . .

11 13 17 21

2. LicznoSC materii (ilosc substancji)

.

24

22. Masa mola substancji

. .

26

.

39

.

39 41 43

o

••••••••••••

24

i

MBG, Warszawa, ul Siedlecka 32 m. 18, tel 47-52-82

10

.

Podstawowe pojecia chemiczne

1.1. Teoria atomistyczna. Symbole i wzory chemiczne 1.2. Teoria strukturalna. Wartosciowosc 1.3. Ukladanie równan chemicznych 1.4. Masy atomów i czasteczek

~.l..3. Objetosc Mol mola substancji w warunkach normalnych. Prawo Avogadra 2.4. Objetosc mola substancji w róznych warunkach cisnienia temperatury

Fotosklad

8 10

11

l.

Oficyna Poligraficma

6 7

Przedmowa do wydania czwartego .••••.••...•••...•.•••••••••••••••.• Wstep ..••..••.••••...........•.•••••••.•••.••.••..•.•..•.••••• Wykaz symboli wielkosci chemicznych i fizycznych stosowanycb w tekscie •••.• sady okreslania liczby cyfr maczacych ..•..••••...••.•.••••••••••••• Zasady zaokraglania liczb .•.••.•.••••.••.•••••.••••.•••.•••••••••••

3. Stechiometria wzorów chemicznych

'

3,1, Prawo stalosci skladu Prousta

..

3,2. Sklad ilosciowy zwiazku chemicznego

Druk i oprawa Przedsiebiorstwo Wydawniczo-Poligraficzne Ciechanów, ul. Sienkiewicza 51

"GRYF"

S.A.

. 3.3. Ustalanie wzoru chemicznego na podstawie skladu ilosciowego . 3.4. Ustalanie wzoru chemicznego na podstawie stosunku objetosciowego reagentów. Prawo Gay-Lussaca . 3.5. Ustalanie wzoru chemicznego na podstawie stosunku wagowego reagentów ~.6. Stechiometria hydratów .

4. Stechiometria ©

Copyright by KRZYSZTOF Warszawa 1992

P AZDRO

Wydanie VII, 1994 OFICYNA EDUKACYJNA KRZYSZTOF PAZDRO Sp. z 0.0. 01-695 Warszawa, ul. Koscianska 4

*

równan chemicznych

4.2. Molowy stosunek stechiometryczny reagentów 4.3. Wagowy stosunek stechiometryczny reagentów 4.4. Objetosciowy stosunek stechiometryczny reagentów

~.5. Przebieg reakcji po zmieszaniu substratów w stosunku niestechiometrycz[4.1. Prawo zachowania masy nym 4.6. Szybkosc reakcji 4~7. Równowaga chemiczna. Regula Le Chateliera 4.8. Wydajnosc reakcji ; 4.9. Reakcje wspólbiezne ' 4.10. Obliczenia termochemiczne

5

Stechiometria mieszanin

@ ISBN 83-85751-01-7

,

Sklad procentowy mieszaniny. Stosunek " ~kladników S.2. Ulamek molowy, wagowy objetosciowy

i

48 49

56

.

58

. . .

58 59 62 71

. . . . . . .

. molowy, wagowy i objetosciowy :

32 36

. .

l§. 79

81 90 92 95

104 104 110

3

5.3. 5.4. 5.5. 5.6.

Parametry mieszanin w funkcji skladu Reakcje z mieszanina o znanym skladzie Sklad mieszaniny poreakcyjnej Ustalanie skladu mieszanin

,

'

o

. . .

Prawo okresowosci i uklad okresowy pierwiastków Jadro atomowe. Izotopy Atom wodoru. Widma emisyjne Atomy wieloelektronowe '. o

7. Wiazania

chemiczne

o

7.1. Przeksztalcenie atomu w jon 7.2. Wiazania jonowe 7.3. Wiazania kowalencyjl).e

o

•

•

o

o

••

o

•••••

o

o

•

••

o • ' ••••

o

',' o' ••••••••

o

.'

o o

•••

,

o

•

o

•

o

o

:

o

•

:

o

o

'o

o

o

o

•••

o

•

••••••••

•••••••

. . . " .. . .

: c' •••••• o

o

••

o

••

o

o

•

o

••••••••

••••

o

o

. .

177

186

187 187 189

o

o

••••••••

200

••••••••

207 o

•••

. o

o

198

••••••

o

•

12.1. Tlenki

i wodorki 12.2. Wodorotlenki 12.3. Kwasy 12.4.

4

Sole

" .. '

.. ','

"

o •••••••••••••••••••••••

o

238

••• o

•••••••••••••••••

'.' ,

o

o

~

••

o. '•••••••

•

o

o •

o

:

238

. .

' o o

o

••

••••••••••••••

o

••••••

••

o

'

.

' •••••••••••••••.••••••

.'. : ',' .. ' o

o

••••

o

•

o

o

•••

"

287 294

302 308 312

o;

"

277

302

' •••

~, ' •••••••••

273

280

',' . : '..

,

272

280

•••••••••••

pochodne weglowodorów

o

270

•••

.

317 320

••

o

. . .

323 323 324 326

331

••••••••••••••••••••••••••••

346 o

•••••••••••••

355

pierwiastków 357 normalnych 359 Rozpuszczalnosc soli i wodorotlenków w wodzie w temp. 291-298 K 361 Gestosc wodnych roztworów zasad, kwasów i alkoholu etylowego w temperaturze 291 K 362 Stale dysocjacji i stopnie dysocjacji 362 364 Wartosci energii niektórych wiazan kowalencyjnych

Tabela 6. Tabela 7.

Tabela 8. Szereg napieciowy metali 364 Tabela 9. Potencjaly standardowe niektórych Tahela 10. Nadnapiecia

Skorowidz

pólogniw redoks 365 wydzielania wodoru, tlenu i metali 366 o

••

o

•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

367

240

•••••••

o •••••••• o

••

o'

267

Tabela 3. Redukcja objetosci gazu do warunków

220

••••

••••••••••••

Tabela 2. Sklad izotopowy najwazniejszych

220

o

o

265

270

o o'.

i

.

•

••

Tabela 1. Masy atomowe pierwiastków

230

. .

. . .

17.1. Hydroksykwasy. Hydroksyaldehydy. Hydroksyketony 17.2. Aminokwasy. Peptydy. Bialka diastereoizomeria 17.3. Izomeria optyczna Odp~wiedzi .•. Podstawowe zaleznosci stosowane w obliczeniach chemicznych Tabele: o

262

••••

:

17. Wielofunkcyjne pochodne weglowodorów ..

.

o

o

i fenole i ketony 16.3. Kwasy karboksylowe . o •••••• .16.4. Estry.: 16.5. Aminy. Zwiazki nitrowe. Amidy

11. Elektrochemia

12. S)'stematyka zwiazków nieorganicznych

••

16.1. Alkohole

Tabela 5.

.

,

016.2.Aldehydy

Tabela 4.

••••••••••

o

o

o

251

260 •

15.1. Weglowodory

213

o

.

,

208

226

249

•••

256

.

15. Weglowodory

249

•

•••••••••••••••••••••••••••

14.2. Manganowce 14.3. zelazowce 14.4. Miedziowce

212

"

o

.14.1. Chromowce

. .

Ogniwa. Szereg napieciowy 11.2. Reakcje w elektrolizerze 11.3. Prawa Faradaya

•

14. Pierwiastki grup pobocznych ukladu okresowego

10.1. Stopien utlenienia : 10.2. Równania chemiczne procesów redoks (elektronacji-{jezelektronacji) 11.1.

. . . . . ..

207

212

o

••••••••••••••••••••••••••••••••••••

o

16. Jednofunkcyjne

172

' ••••

o

o

167

194

.

o

164

160

••

:

13.3.

Litowce.

o

"

nasycone 15.2. Weglowodory nienasycone 15.3. Weglowodory aromatyczne

183

••••••••••••

.'

153 153

178

'••

.

o

13.7.

147

'

,

135

146

"

;

13.6. Berylowce

144

o'.

,

Dysocjacja elektrolityczna " .. " Stopien dysocjacji. Stezenie molowe jonów Stala dysocjacji. Prawo rozcienczen Ostwalda ...•.................. Wykladnik stezenia jonów wodorowych ' Reakcje jonowe " : Twardosc wody : Hydroliza :' Amfoterycznosc : ,. ' -" .'

redoks .

• ' •••

. o

132

144

••••••••••••••

,..

Stezenie molowe roztworu Stezenie procentowe roztworu Przeliczanie stezen Rozpuszcza,lnosc ",' Reakcje w roztworach Rozpuszczanie hydratów Mieszanie roztworów Rozcienczanie roztworu Zwiekszanie stezenia roztworu

10. Reakcje

•••••••

13.1. Fluorowce 13.2. Tlenowce

129

137

••••••••••

•••••••

9. Chemia roztworów wodnych 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6. 9.7. 9.8.

. . '

13. Pierwiastki grup glównych ukladu okresowego . Azotowce '13.4. Weglowce 13.5. Borowce

129

•

',' . : .. .'

8. Roztwory 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9.

o

o

chemicznych

•••••

o

122 124

••••••••••

6. Budowa atomów i klasyfikacja pierwiastków 6.1. 6.2. 6.3. 6.4.

112 117

241 242

5

WSTEP

PRZEDMOWA DO WYDANIA SZÓSTEGO ,

Zasadnicza struktura zbioru nie ulegla zmianie. zadne zadanie nie zostalo usuniete, a zadania nowe pojawily sie tylko na koncu zbioru w dodanym paragr3fte: "Izomeria optyczna i diastereoizomeria". Zmiany w terminologii naukowej i nomenklaturze zwiazków nieorganicznych spowodowaly koniecznosc uaktualnienia niektórych sformulowan. Na przyklad w elektrochemii wprowadzilem zalecane przez IUPAC pojecie liczby ladunkowej reakcji (przyklad 11.2), a w rozdziale dotyczacym reakcji redoks terminy: elektronacja i dezelektronacja Bede wdzieczny nauczycielom. za przesylanie uwag i propozycji zmian.

Autor

Zbiór zawiera zadania dostosowane do programu nauczania chemii w liceach ogólnoksztalcacych i technikach zawodowych. Wiekszosc rozdzialów zostala poprzedzona przykladami z analiza problemu, rozwiazaniem (czesto róznymi sposobami) oraz uwagami o wykonywaniu obliczen podobnych. Analiza problemu - poprzedzajaca rozwiazaniestanowi komentarz do podstawowych pojec i praw 'chemicznych wskazujacy zasady ich wykorzystywania w zadaniach rachunkowych. Stopien trudnosci zadan zostal oznaczony umownymi znakami .(zadania podstawowe, przewidziane dla wszystkich uczniów nie sa poprzedzane zadnym znakiem). Jedna gwiazdka * omacza zadanie trudniejsze, lecz nie przekraczajace mozliwosci ucznia, który rozwiazywal juz proste zadania tego typu. Dwie gwiazdki ** sygnalizuja zadania trudne, przeznaczone przede wszystkim dla uczniów o zaintere,sowaniach matematyczno-przyrodniczych. W zadaniach zawierajacych kilka wersji oznaczonych literami a, b, "C itd. nalezy kazda z nich traktowac jako oddzielne zadanie. Natomiast pytania w obrebie jednego zadania oznaczone cyframi 1, 2, 3 stanowia calosc. ' Wyniki rachunkowe zadan (tzw. odpowiedzi) zostaly zaokraglone do trzech cyfr znaczacych, poniewaz zaokraglanie mas atomowych do liczb calkowitych, powszechnie przyjete w typowych obliczeniach, stawia pod inakiem zapytania sens fizyczny ponadtrzycyfrowych wyników. zasady zaokraglania liczb wyjasniono na s. 10. Autor

m;"

tnr

his

~~ NA

n

", 1\

no

WYKAZ SYMBOLI WIELKOSCI CHEMICZNYCH I FIZYCZNYCH STOSOWANYCH W TEKSCIE A

-

liczba mas,owa

1Ip

nr' 'nw

nz

Ar(E)-

p (, p

Ab

pW

masa atomowa pierwiastka E (E) ~ bezwzgledna masa atomu E II - stopien dysocjacji cA ;-stezenie molowe anionu c~ - stezenie molowe kationu ' roztworu cmo 1 -ste' zenie molowe cp stezenie procentowe roztworu d - gestosc dr gestosc roztworu ,d; ~ gestosc gazu wzgledem powietrza E - energia EA_B energia wiazania A-B F ~ ,stala Faradaya (96 500 C) L1H entalpia przemiany natezenie pradu elektrycznego k - rózne wspólczynniki (znaczenie podano przy wzorach) K - stala dysocjacji 1(,( stala równowagi chemicznej (stezeniowa) l . - poboczna;(orbitalna) liczba kwantowa M - masa molowa '

I

-:;

Mb(S)- bezwzgledna masa czasteczki substancji S MiS) m ma

-

me

-

8

masa mieszaniny masa roztworu - masa substancji rozpuszczonej - magnetyczna spin owa liczba kwantowa liczba Avogadra (6,02· 1023) - licznosc materii (ilosc substancji, "liczba moli") - glówna liczba kwantowa ~ poczatkowa liczba moli ,liczba moli, która przereagowala '- równowagowa liczba moli liczba moli czasteczek elektrolitu wprowadzonych doroztwóru 'liczba moli zdysocjowanych czasteczek elektrolitu - cisnienie ' - procent objetosciowy ~ procent wagowy .-

-

, .

stala gazowa ( 8,31mo', I K -83,1',hPa'dm3) mo',I K ' Pa'm3 S - substancja ', temperatura (w kelwinach) liMo), ulamek molowy 'u~·,'- ulamek objetosciowy ~w .:ulamek wagowy ,v' szybkosc reakcji V ~ objetosc r: - objetosc rozpuszczalnika Vr,i , ~ objetosc mieszaniny Vmo1 objetosc mola J:'M objetosc molowa Vo objetosc mola gazu w warunkach normalnych (22,4 dm3) y,:; objetosc roztworu ' ,,' w' :-;- wspólczynnik stechiometryczny ~" - liczba ladunkowa reakcji lub ladunek jonu Z:"i liczba atomowa

R ,-

,t' -

masa czasteczkowa substancji S maSa; magnetyczna liczba kwantowa masa rozpuszczalnika masa substancji wydzielonej na jednej z elektrod 9

ZASADY OKRESLANIA LICZBY CYFR ZNACZACYCH Dokladnosc wartosci liczbowej jest okreslona przez liczbe cyfr znaczacych. Nie zalezy ona jednak od polozenia tych cyfr w dziesietnym zapisie pozycyjnym. Pierwsza cyfra znaczaca jest kazda cyfra rózna od zera. Zero jest cyfra znaczaca, jezeli znajduje sie pomiedzy dwoma cyframi (np. liczba 0,2005 zawiera cztery cyfry znaczace: 2, O, 0,5) lub znajduje sie po przecinku dziesietnym (np. liczba 0,23000 zawiera piec cyfr znaczacych: 2, 3, O, O, O). Zera na ostatnich miejscach liczby nie zawierajacej przecinka dziesietnego sa lub nie. sa cyframi znaczacymi (np. liczba 1800 zawiera 2, 3 lub 4 cyfry znaczace). W celu unikniecia dwuznacznosci mozna taka liczbe zapisywac w postaci: k . 10"

gdzie mnoznik k zawiera rzeczywista liczbe cyfr znaczacych, np.: 1800 = 1,8 . 103 (2 cyfry znaczace) 1800 = 1,80 . 103 (3 cyfry znaczace) 1800 = 1,800 . 103 (4 cyfry znaczace)

ZASADY ZAOKRAGLANIA LICZB W celu zaokraglenia liczby nalezy wykreslic z niej wszystkie cyfry koncowe, które nie sa cyframi znaczacymi. Przy wykreslaniu cyfr stosuje sie nastepujace reguly (w ponizszych przykladach zaokraglono liczby do trzech cyfr znaczacych): 1. Jezeli pierwsza z wykreslonych cyfr jest mniejsza niz 5, to ostatnia cyfra pozostajaca nie ulega zmianie, np.: 15,23 ~ 15;2 18 129 ~ 18 100 = 1,81 . 104 0,4774 ~ 0,477 2,302 ~ 2,30 2. Jezeli pierwsza z wykreslonych cyfr jest wieksza niz 5, to ostatnia cyfre pozostajaca zwieksza sie o 1, np.: 20,66 ~ 20,7 1479 ~ 1480 = 1,48 . 103 0,038482 ~ 0,0385 1,506 ~ 1,51 3. Jezeli pierwsza z wykreslonych cyfr jest 5, to wynik zaokragla sie do najblizszej cyfry parzystej, np.: 34,15 ~ 34,2 34,55 ~ 34,6 0,2825 ~ 0,282 3,465 ~ 3,46 1535 ~ 1540 = 1,54' 103 0,2875 ~ 0,288 1,945 ~ 1,94 1,905 ~ 1,90 Uwaga: przy dodawaniu lub odejmowaniu liczb o róznej dokladnosci nalezy uprzednio zaokraglic je tak, aby mialy jednakowa liczbe miejsc dziesietnych, np.: 3,12 + 0,218 ~ 3,12 + 0,22 = 3,34 10

ZASADY OKRESLANIA LICZBY CYFR ZNACZACYCH Dokladnosc wartosci liczbowej jest okreslona przez liczbe cyfr znaczacych. Nie zalezy ona jednak od polozenia tych cyfr w dziesietnym zapisie pozycyjnym. Pierwsza cyfra znaczaca jest kazda cyfra rózna od zera. Zero jest cyfra znaczaca, jezeli znajduje sie pomiedzy dwoma cyframi (np. liczba 0,2005 zawiera cztery cyfry znaczace: 2, O, 0,5) lub znajduje sie po przecinku dziesietnym (np. liczba 0,23000 zawiera piec cyfr znaczacych: 2, 3, O, O, O). Zera na ostatnich miejscach liczby nie zawierajacej przecinka dziesietnego sa lub nie sa cyframi znaczacymi (np. liczba 1800 zawiera 2, 3 lub 4 cyfry znaczace). W celu unikniecia dwuznacznosci mozna taka liczbe zapisywac w postaci: k . 10"

gdzie mnoznik k zawiera rzeczywista liczbe cyfr znaczacych, np.: 1800 = 1,8 . 103 (2 cyfry znaczace) 1800 = 1,80 . 103 (3 cyfry znaczace) 1800 = 1,800 . 103 (4 cyfry znaczace)

ZASADY ZAOKRAGLANIA LICZB W celu zaokraglenia liczby nalezy wykreslic z niej wszystkie cyfry koncowe, które nie sa cyframi znaczacymi. Przy wykreslaniu cyfr stosuje sie nastepujace' reguly (w ponizszych przykladach zaokraglono liczby do . trzech cyfr znaczacych): . 1. Jezeli pierwsza z wykreslonych cyfr jest mniejsza niz 5, to ostatnia cyfra pozostajaca nie ulega zmianie, np.: 15,23 ~ 15,2 18 129 ~ 18 100 = 1,81 . 104 0,4774 ~ 0,477 2,302 ~ 2,30 2. Jezeli pierwsza z wykreslonych cyfr jest wieksza niz 5, to ostatnia cyfre pozostajaca zwieksza sie o l, np.: 20,66 ~ 20,7 1479 ~ 1480 = 1,48 . 103 0,038482 ~ 0,0385 1,506 ~ 1,51 . 3. Jezeli pierwsza z wykreslonych cyfr jest 5, to wynik zaokragla sie do najblizszej cyfry parzystej, np.: 34,15 ~ 34,2 34,55 ~ 34,6 0,2825 ~ 0,282 3,465 ~ 3,46 1535 ~ 1540 = 1,54' 103 0,2875 ~ 0,288 1,945 ~ 1,94 1,905 ~ 1,90 Uwaga: przy dodawaniu lub odejmowaniu liczb o róznej dokladnosci nalezy uprzednio zaokraglic je tak, aby mialy jednakowa liczbe miejsc dziesietnych, np.: 3,12 + 0,218 ~ 3,12 + 0,22 = 3,34 10

1. PODSTAWOWE POJECIA CHEMICZNE 1.1.TEORIA ATOMISTYCZNA. SYMBOLE I WZORY CHEMICZNE 1.1. Odczytac, co oznaczaja nastepujace symbole i wzory: a) Cu, 3 Cu, S, 2 S, 2 H, 7 Fe, Hg, 2 b) HzO, 5 HzO, 2 FeS, FeO, 4 CuS, 3 Fez03, 10 SOz c) Fe, FeS, 2 FeO, 3 S, 5 H, 5 HzO, Zn, 4 d) Oz, 3 Oz, 2 O~ 5 Hz, 5 H, 2 Nz, 2 Oz, 2 N e~ 3 H, 2 HzO, 3 Hz, 4 S, 2 SOz' 2 Oz, 3 FeO, 3 O, 3 Fe *f) 4 P, P4, 4 P4, S, Sa' 3 Sa' Bu. 1.2. Jak oznacza sie za pomoca symboli i wzorów chemicznych:

°

°

a) atom zelaza, dwa atomy zelaza, atom siarki, trzy atomy siarki, dwa atomy tlenu b) jedna czasteczke wody, trzy czasteczki wody, dwa atomy wodoru, szesc czasteczek siarczku zelaza(II), atom rteci c) atom miedzi, czasteczke tlenku miedzi(ll), cztery atomy miedzi, trzy czasteczki tlenku miedzi(II), dwanascie atomów tlenu d) czasteczke tlenu, dwie czasteczki tlenu, dwa atomy tlenu, atom wodoru, cztery atomy wodoru, trzy czasteczki wodoru e) dwie czasteczki wody, czasteczke wodoru, dwa atomy tlenu, dwie 'czasteczki tlenu, trzy atomy rteci, czasteczke azotu, dwie czasteczki siarczku zelaza(I1) *1) czteroatomowa czasteczke arsenu, dwie trójatomowe czasteczki tlenu, piec osmioatomowych czasteczek siarki 1.3. Które.z podanych nizej wyrazen nie maja sensu chemicznego: atom zelaza, atom tlenku zelaza(III), czasteczka tlenku zelaza(III), atom Iliarki, czasteczka wody, atom wody, pól. atomu tlenu, dwie trzecie czasteczki tlenku rteci(II)? 11

1.4. Podac przyklady wzorów czasteczek typu: a) AB, AB2, AB3, A2B3 *b) A2, A2Bs' A2B7, AB4 1.5. Stosujac symbolike poprzedniego zadania okreslic typ czasteczek: a) Si02, H2S, A1203, NaCI, PH3, A14C3, P20S *b) N2, P4, PCIs' SF6, COS, H2S04, H202 1.6. Obliczyc laczna liczbe atomów w czasteczkach nastepujacych zwiazków: . a) H20, Fe203, CO2' Mn207, N20S' H2S04 *b) C12H22011' H4P207, NH4HC03 *1.7. Czy podane wzory przedstawiaja rózne zwiazki, czy ten sam zwiazek? a) H20 i H202 c) C2H2 i C6H6 b) H20 i OH2 d) N02 i N204 1.8. W celu ustalenia wzoru sumarycznego tlenku zelaza przeprowadzono odpowiednie doswiadczenie i stwierdzono, ze w tlenku tym stosunek liczby atomów zelaza do liczby ~tomów tlenu wynosi l : 1,5. Ustalic wzór sumaryczny. *1.9. W zwiazku chemicznym NaXSyOZ stosunek a x :.z 2 : 3. Ustalic wzór sumaryczny.

=

x : y

=l

=

: l,

*1.10. W zwiazku chemicznym AIXSiyOZ stosunek x : z 1 : 2,5, ax : y , 2: 1. Ustalic wzór sumaryczny. **1;11. W celu ustalenia wzoru sumarycznego pewnego zwiazku skladajacego sie z dwóch pierwiastków. przeprowadzono dwa doswiadczenia. W pierwszym stwierdzono, ze stosunek liczby atomów jednego pierwiastka do liczby atomów drugiego wynosi l : 2,75. Drugie doswiadczenie wykazalo, ze calkowita liczba atomów w czasteczce jest mniejsza od 14. Udowodnic, ze wyniki tych doswiadczen sa sprzeczne i co najmniej w jednym ,popelniono blad. *1.12. W jaki sposób teoria atomistyczna wyjasnia prawo zachowania masy? ' **1.13. W jaki sposób teoria atomistyczna wyjasnia fakt istnienia róznych zwiazków o tym samym skladzie ilosciowym (na przyklad dwóch zwiazków azotu z tlenem w stosunku wagowym' 7 : 16)? Odpowiedz sformulowac poslugujac sie symbolami ogólnymi typu AnBm.

12

1.2. TEORIA STRUKTURALNA.

W ARTOSCIOWOSC

1.14. Ustalic wzory sumaryczne zwiazków chemicznych skladajacych sie z nizej podanych pierwiastków (w nawiasie podano wartosciowosc pierwiastka w zwiazku): (II) S (IV) i (II) S (VI) i 0(11) Fe (III) i Ag (I) i (II) Sn (IV) i CI (I) Mn (VII) i 'O (II) CU (II) i S (II) P (V) i (II) Os (VIII) i (II) 1.15. Ustalic wzory sumaryczne zwiazków chemicznych skladajacych sie z podanych nizej pierwiastków (w nawiasie podano wartosciowosc pierwiastka w zwiazku): (II) Mg (II) i Si (IV) Cr (VI) i (II) N (V) i Cu(lI) i S'(lI) Al (III) i P (III) C (IV) i CI (I) Al (III) i C (IV) CI (VII) i 0(11) Zn (II) i P (III) 1.16. Ustalic wzory sumaryczne zwiazków chemicznych skladaja-

° °

°

°

°

°

°

cych sie z podanych nizej pierwiastków (w nawiasie podano wartosciowosc pierwiastka w zwiazku): Na (I) i (II) P (V) i CI (I) P (V) i S (II) (II) N (III) i H (I) Ca (II) i P (III) S (VI) i (II) Ni (II) i P (V) Fe (II) i S (II) Si (IV) i 1.17. Na rysunku 1.1 priedstawiono modele przestrzenne czastecZek: H20, NH3, HCI, N203, 02' CH4• Wymiary kul przedstawiaJacych poszczególne atomy sa proporcjonalne do srednicy prawdziwych atomów. Ksztalt tych modeli ilustruje ksztalt· prawdziwej czasteczki. Narysowac wzory strukturalne wymienionych wyzej czasteczek, a nastepnie odszukac na rysunku 1.1 model kazdej z nich.

°

°

°

•

~~

. B

A

~ c

~

~ D

E

Rys. 1.1

F

1.18. Na rysunku 1.2 przedstawiono modele przestrzenne czasteczek: S02' SOJ' H2, SiH4, HF, N20s' PCls' Narysowac wzory strukturalne tych czasteczek, a nastepnie odszukac na rysunku 1.2 model kazdej 7. nich.

tlA' ',':"

O') A

~.~,

••

c

B

+, ..,.~:. .

."

:

(,,:

'.

'V"o

"

" D

'i·i'

.-

'.

•... g.

.>".

.

~

"

:~.

~:

.

.

....

F

E

G

Ry.s. 1.2

1.19. Na rysunku 1.3 przedstawiono modele przestrzenne czasteczek: CO2, H202, H2S, N2, HCI, CH 4' NHJ. Narysowac wzory strukturalne tych czasteczek, a nastepnie odszukac na rysunku 1.3 model kazdej z nich.

::'

I.", .:..

~

"

"

• '.

~ B

.- 4

b D

c

~-

E

F

G

Rys. 1.3

1.20. Narysowac wzory strukturalne czasteczek zwiazków chemicznych skladajacych sie z nastepujacych pierwiastków (w nawiasie podano wartosciowosc pierwiastka w zwiazku):' 14

i Br (I) i S (II) i (II) (II) i

C (IV) P (III) Se (VI) C (IV)

°°

i S (II) i CI (I) i (II) i CI (I)

P (V) Br (IV) S (VI) CI (VII)

°

°

(II) i i 0(11) i F (I) i (II)

°

1.21. Narysowac wzory strukturalne czasteczek zwiazków chemicznych skladajacych sie z nastepujacych pierwiastków (w nawiasie podano wartosciowosc pierwiastka w zwiazku): (II) N (III) i at (I) p (III) i 0(11) C (II) i (II) i F (I) C (IV) i Br (I) , N (V) i (II) (II) Te (IV) i 0(11) P (V) i CI (I) N (IV) i (II) Os (VIII) i 0(11) B (III) i P (III) Te (VI) i

° °

o

o

°

1.22. Narysowac wzory strukturalne czasteczek zwiazków chemicznych skladajacych sie z nastepujacych pierwiastków (w nawiasie pódano wartosciowosc pierwiastka w zwiazku): Ru (VIII) i 0(11) Br (I) i CI (I) B (III) i N (III) (II) U (VI) i F (I) I (VII) i F (I) Br (I) i (II) B (III) i 0(11) Se (IV) i Al (III) i ~ (IV) P (V) i S (II) Br (V) i F (I) P (V) i N (III)

°°

1.23. Narysowac wzory strukturalne: *a) FeJ04 Deden atom Fe(II), dwa atomy Fe(III)] "'*b) PbJ04 [dwa atomy Pb(II), jeden atom Pb(IV)] *1.24. Narysowac wzory strukturalne podanych zwiazków rzymskie nad symbolami oznaczaja wartosciowosc): I

.....

~ A

H (I) H (I) N (II) N (III)

v

VI

IV

(cyfry

VII

HCIO, HNOJ, H2S04, H2COJ, HCI04 *1.25. Przyjmujac, ze maksymalna wartosciowosc spotykana w zwiazkach wynosi VIII, ustalic, jakie wartosciowosci moga przyjmowac pierwiastki A i B w nastepujacych typach czasteczek podlegajacych krzyzowej regule wartosciowosci: a) AB2, ABJ b) AB4, A2BJ 1.26. Obliczyc wartosciowosc pierwiastków w nastepujacych kach, pamietajac, ze tlen jest zawsze dwuwartosciowy: Fe20J, K20, CuO, AI20J, Pb02, P 20

S'

tlen-

"20, Mn20?, SOJ' CO2, Na20

1.27. Obliczyc wartosciowosc pierwiastków w nastepujacych zwiazkach, wiedzac, ze wodór jest' jednowartosciowy, tlen dwuwartosciowy, . a wegiel czterowartosciowy: 15

a) NazO, CuO, Alz03, NH3, A14C3, SOz' S03' PzOs' MnZ07, OS04' KzO A14C3, NzOs' Cr03, CIZ07, b) FeO, CSz' AgzO, CaHz' FeZ03, Ru04, MnOz' CuzO c) Alz03, AsH3, NOz' LizO, CuO, NzOs' C103, MnZ07, Ga4C3, PbOz' NazO, HzS *"'1.28. Podaj ogólna regule obliczenia wartosciowosci pierwiastka A w zwiazku AnBm, jezeli znane sa indeksy stechiometryczne n i m oraz wartosciowosc ~ pierwiastka B. 1.29. Czy podane wzory podlegaja krzyzowej regule wartosciowosci? a) Ga4C3 (Ga III, C IV) *d) Fe304 (Fe II lub III) b) BaOz (Ba II) e) NazSz (Na I, S II) c) Ru04 (Ru VIII) *1) Pb304 (Pb II lub IV) 1.30. Korzystajac z wartosciowosci pierwiastków podanych w tab••... licy na koncu ksiazki ustalic, które z nizej podanych zwiazków nie istnieja: NZ07, PH3, A1H4, PbOz' czas, KO, BrzOs' 1.31. Czy podane wzory przedstawiaja ten sam zwiazek, czy rózne· zwiazki?

H

a)

H-Q-H

I

H-O

b) O-O I H

I

H

1.3. UKLADANIE

'H-O

c)

H-O-S-O-H II

O

**d)H-.N=C=O

O ""~

II

S

/~

H-O H-O-C=N

H O **e)

H-O-. N=N-O-H

I

II

N-N I

II

H O 16

O

CHEMICZNYCH

1.32. Na rysunku 1.4 pokazano kolejne etapy dobierania wspólczynników stechiometrycznych; ilustrowane szkicem modeli atomów i czasteczek. Postepujac podobnie dobrac wspólczynniki, na podstawie rysowanych stopniowo modeli, w nastepujacych równaniach: Cu +' Oz -+ CuO Hz + Nz -+ NH3 . Hz + Oz -+ HzO CH4 + Oz -+ COz + HzO Al + Oz -+ Alz03 NzO -+ Nz + Oz

O ~ 00

Etap I No

+

_

O2

Na20

~

Etap II No

+

_

O2

2Na20

o ~

~

CXJ

H-O-H Etap III

oo oo 4Na

o

RÓWNAN

+

O2

go

-rV\ "-J'*'\-}. ,~

~

Rys. 1.4

1.33. Dobrac wspólczynniki (uzgodnic strony równania) w podanyc1J przykladach:

Al + S -4 AI2SJ Al + C -4 AI",CJ Sn + S -4 SnS2 Na + S -4 Na2S P + S -4 P2SS Pb + S -4 PbS 1.34. Dobrac wspólczynniki (uzgodnic strony równania) w podanych przykladach: Cu + 02 -4 Cu20 C + 02 -4 CO2 P + 02 -4 P20J Cu + 02 -4 CuO Pb + 02 -4 PbJO .•. Al + 02 -4 AI20J 1.35. Dobrac wspólczynniki (uzgodnic strony równania) w podanych przykladach: H2 + N2 -4 NHJ H2 + 02 -4 H20 N2 + 02 -4 NO N2 + 02 -4 N02 1.36. Ulozyc równania reakcji spalania w tlenie podanych pierwiastków (rzymskie cyfry w nawiasach oznaczaja wartosciowosc pierwiastka w tlenku): . a) Fe (II), Al(III), Na (I), C (IV), P (V) b) H(I), Ca(II), S(IV), Ag(I), Fe(III) 1.37. Ulozyc równania nastepujacych reakcji: 1) spalanie magnezu w tlenie prowadzace do powstania tlenku magnezu (MgO) 2) powstawanie siarczku glinu (AI2SJ)z glinu i siarki 3) laczenie sie sodu z chlorem na chlorek sodu (NaCI) 4) redukcja tlenku olowiu(IV) (Pb02) wodorem 5) synteza wody z pierwiastków 6) spalanie etan} (C2H6) na dwutlenek wegla (C02) i wode 7) redukcja tlenku chromu(III) (Cr20J) weglem do tlenku wegla (CO)

1.38. Dobrac wspólczynniki (uzgodnic strony równania) w podanych przykladach: Cu20 + C -4 Cu + CO2 Fe20J + H2 -4 Fe + H20 FeO + C -4 Fe + CO2 CrOJ + C -4 Cr + CO2 PbJO .•.+ H2 -4 Pb + H20 P20S + C -4 P + CO2 1.39. Ulozyc równania chemiczne nizej podanych przemian: miedz + siarka -4 siarczek miedzi(I) . glin + tlen -4 tlenek glinu wodor +- tlen -4 woda tlenek rteci(II) -4 rtec + tlen 18

tlenek zelaza(Ill) + wodór -4 zelazo + woda tlenek cynku + wegiel -4 cynk + dwutlenek wegla *1.40. Dobrac wspólczynniki (uzgodnic strony równania) w podanych przykladach: N20 -4 N2 + 02 N20s -4 N02 + 02 CI20 -4 CI2 + 02 NO -4 N2 + 02 N02 -4 NO + 02 CI02 -4 CI2 + 02 12°5 -4 12 + 02 N20J -4 N02 + NO **1.41. Dobrac wspólczynniki (uzgodnic strony równania) w pQdanych przykladach: NzO + NHJ -4 N2 + H20 NHJ + Oz -4 Nz + H20 H2S + Oz -4 S02 + H20 NHJ + Oz -4 NO + HzO NHJ + Oz -4 NOz + HzO NOz + Hz -4 N2 + H20 1.42. Obliczyc wartosci indeksów stechiometrycznych (x, y, z) w równaniach: 1) 2 CXHy+ 7 02 -4 4 COz + 6 H20 2). Px + 6 Hy -4 4 PHJ 3) 2 NxOy + 4 Hz -4 N2 + 4 H20 4) CxHyOz + 6 02 -4 6 CO2 + 6- HzO 1.43. Ulozyc równania reakcji, za pomoca których mozna dokonac nastepujacych przemian: a) Zn -4 ZnO -4 Zn ~ Cu -4CUzO-4 Cu 1.44. W których równaniach dobrano poprawnie wspólczynniki stechiometryczne? . 1) 2 C2H6 + 6 Oz -44 CO2 + 6 H20 2) 2 C2H6 + 7 Oz -4 4 CO2 + 6 H20 3) 2NO + Hz -4 N2 + ·2HzO 4) 2 NO + 2 Hz -4 Nz + 2 HzO 1.45. Podzielic nizej podane reakcje na reakcje syiitezy, rozkladu, wymiany pojedynczej, wymiany podwójnej: 1) 2 KCIOJ -4 2 KCl + 2 Oz 2) 2 Al + 3 S -4 AIZSJ 3) CuzO + Hz -4 2 Cu + HzO HCOJ 4) NHJ + COz + HzO -4 NH .•. 5) 2 FeZOJ + 3 C -4 4 Fe + 3 CO2 6) NaCI + AgNOJ -4 AgCl + NaNOJ .

"

7) FeO

+

C -. Fe

+

CO

Na2C03 + H20 + CO2 1.46. Ulozyc równania reakcji wodoru z:

8) 2 NaHC03

-.

1) chlorem (produktem reakcji jest chlorowodór HCl) 2) azotem (produktem reakcji jest amoniak NH3) 3) siarka (produktem reakcji jest siarkowodór H2S) 4) weglem (produktem reakcji jest metan CH,J 5) sodem (produktem reakcji jest wodorek sodu NaH) 6) wapniem (produktem reakcji jest wodorek wapnia CaH2)

"1.55. Ulozyc ogólne równania redukcji tlenku metalu n-wartosciowego za pomoca wegla, przy zalozeniu, ze powstaje czysty metal (1) tlenek wegla, (2) dwutlenek wegla. Uwzglednic parzysta i nieparzysta war,tosc n (np. MOn dla n parzystego i M:zOn dla n nieparzystego). "1.56. Ulozyc ogólne równanie redukcji tlenku metalu za pomoca wodoru przy 2,alozeniu, ze powstaje czysty metal. Uwzglednic parzysta i nieparzysta wartosciowosc metalu (patrz poprzednie zadanie).

i

"1.57. Podczas ogrzewania biszofitu MgCl2 • 6 H20 powstaje MgO, HCI i trzecia substancja. Ulozyc równanie tej reakcji.

1.47. Podczas ogrzewania glinu z tlenkiem zelaza(III) Fe203 powstaje tlenek glinu i zelazo. Ulozyc równanie reakcji. *1.48. Podczas spalania zwiazków organicznych 'powstaje dwutlenek wegla i woda, np. 2 C2H6 + 7 02 -. 4 CO2 + 6 H20 Ulozyc równania reakcji spalania podanych nizej zwiazków: a) CH4' C2H4, C2H2• C6H6 b) C2H6, C3Hs' C4HJO' CSHJO 1.49. Ulozyc równanie reakcji termicznego rozkladu manganianu(VII) (nadmanganianu) potasu KMn04. Produktami reakcji sa: manganian(VI) potasu K2Mn04, dwutlenek manganu Mn02 oraz tlen. ' 1.50. Ulozyc równanie reakcji termicznego rozkladu chloranu(V) potasu, tzw. soli Bertholleta KCI03• Produktami reakcji sa: chlorek potasu KCl oraz tlen,' 1.51. Podczas dzialania para wodna na ogrzane do 650 oC opilki zelaza tworzy sie tlenek zelaza(II)-zelaza(III) (tlenek zelazawo-zelazowy) ,(Fe30 i wydziela sie wodór. Ulozyc równanie chemiczne tej reakcji.

J

*1.52. Czterofosfor P 4 reaguje z para wodna, przy czym tworzy sie H3P04' i wodór. Ulozyc równanie chemiczne. *1.53. Ulozyc ogólne równanie reakcji kwasu n-protonowego (HnR) z metalem: a) jednowartosciowym, b) dwuwartosciowym, c) trójwartosciowym, d) czterowartosciowym, przy zalozeniu, ze powstaje sól i wodór. *1.54. Ulozyc ogólne równanie reakcji metalu (lekkiego) n-wartosciowego z woda.

20

1.4. MASY ATOMÓW

I CZASTECZEK

Przyklad 1.1 Obliczyc mase czasteczkowa

oraz bezwzgledna

mase c2,asteczki

Fe20r Analiza problemu Masa czasteczkowa substancji S [symbol Mr(S)] jest suma mas atoJllowych wszystkich atomów skladajacych sie na czasteczke tej substancji. Mase atomowa pierwiastka E oznacza sie symbolem Ar(E).,Jezeli substancja S ma wzór Fe203, to: Mr(Fe203)

= 2 Ar (Fe)

+

3 Ar(O)

Wartosci mas atomowych podano w tablicy na koncu "Zbioru ...". Jednostka masy atomowej (i czasteczkowej) jest atomowa jednostka masy oznaczona symbolem u. Bezwzgledna masa czast~czki, M'b(S) (podo~nie jak bezwzgledna tnac;a atomu) jest to masa wyrazona w jednostkach ukladu SI - najczesciej w gramach. Zaleznosc miedzy jednostkami okresla wzór p~zyblizony l g ~ 6,02 .

1023

u

cz~li

l u '~ 6,02 .l 1023 g = 1.,~6 . 10-

24

g I

21

Rozwiazanie Mr(Fe203) -: 2 . 56 u

+

3 . 16 u

= 160 u

1 Mb(Fe203)

= 160 u = 160 6,02

160

. 1023 g

= 6,02 . 10-23 g =

= 26,6 . 10-23 g = 2,66 . 10-22 g

Odpowiedz: Masa czasteczkowa Fe203 wynosi 160 u, natomiast bezwzgledna masa czasteczki Fe203 wynosi 2,66 . 10-22 g. Uwagi. W typowych obliczeniach chemicznych masy atomowe zaokragla sie do liczb calkowitych, np. Ar(Sb) 221,75 u ~ 222 u. Wy35,453 u ~ 35,5 u. jatek stanowi chlor: Ar(CI)

=

=

1.58. Obliczyc mase atomu olowiu w gramach. 1.59. Obliczyc mase atomowa mase 5,32 . 10- 23 g.

pierwiastka,

1.60. Obliczyc mase czasteczkowa: 4) NaOH, 5) AI(OH)3' 6) H2S04.

jezeli jego atom ma

1) CO, 2) CO2, 3) Al203,

1.6~. Obliczyc mase czasteczkowa: 1) Na20, 2) S03' 3) H3P04' 4) CuS04, 5) Fe(OH)3' 6) C2H60.

1.62. Obliczyc mase czasteczkowa: 4) Fe2S3, 5) H2C03, 6) C6H1206•

1) N20,

2) Ba(OH)2' 3) N2,

u1.72.

Jaki warunek musi spelniac masa atomowa pierwiastka E, aby masa czasteczkowa tlenku E20 byla: I) mniejsza od masy czasteczkowej ,tlenku E02 b) wieksza od masy czasteczkowej tlenku E02 **1.73. Jednowartosciowy pierwiastek tworzy siarczek o masie czasteCzkowej 1,26 razy wiekszej od masy czasteczkowej tlenku. Jaki to pierwiastek? **1.74. Czy sluszne jest nastepujace twierdzenie: w miare wzrostu wartosciowosci pierwiastka wzrasta masa czasteczkowa jego tlenku? Uzasadnienie odpowiedzi przedstawic na wykresach masy czasteczkowej tlenków En m w funkcji wartosciowosci pierwiastka E od do ,

°

VIII.

1.63. Wymienione nizej substancje podzielic na zbiory o równej masie czasteczkowej: H2S04, CO, H3P04, C4HlO' N2, C2H4, KF. 1.64. Obliczyc mase czasteczki Al2 W gramach. **1.65. Obliczyc mase czasteczkowa zwiazku wiedzac, ze czasteczka :lawiera 9 atomów wegla, 13 atomów wodoru oraz 2,33 . 10-23 g innych skladników.

°3

*1.66. Przy wyznaczaniu mas atomowych pierwiastków przyjmowano w pierwszej polowie XIX wieku mase atomowa tlenu za 100. Obliczyc, ile wynosila w tej skali masa atomowa wodoru i siarki. 1.67. Przy wyborze wzorca skali mas atomowych

brano pod uw'age fluor. Jaka czesc masy atomu fluoru nalezaloby przyjac za jednostke, aby wartosci mas atomowych nie ulegly znacznym zmianom? 22

1.68. Qbliczyc stosunek wagowy pierwiastków w zwiazkach: .) CO2, b) Fe2S3, *c) C6H1206• 1.69. Obliczyc wartosci indeksów stechiometrycznych x: .) P 20x (masa czasteczkowa 110 u) b) C2Hx (masa czasteczkowa 30 u) e) H4PX07(masa czasteczkowa 178 u) 1.70. Jakie pierwiastki zaznaczono symbolem E? .) E02 (masa czasteczkowa 44 u) b) E2S3 (masa czasteczkowa 2Q8 u) , c) H2E04 (masa czasteczkowa 98 u) 1.71 . .z ilu atomów sklada sie czasteczka boru, jezeli jego masa czasteczkowa wynosi 132 u?

I

Odpowiedz: W trzech molach metanu znajduje mów wodoru. 2.1. a) mol b) ,mol c) mol d) mol " 2.2. .

2. LICZNOSC MATERll (ILOSC SUBSTANCJI)

,!

sie 7,22 . 1024 ato-

Co oznaczaja nastepujace okreslenia? miedzi amoniaku tlenu czasteczkowego wodoru atomowego Ile atomów znajduje sie w 0,25 mola zelaza? I

2.3. Ile czasteczek znajduje sie w 0,1 milimola amoniaku?

~

2.4. Ile substancji zawiera próbka 1023 czasteczek?

Przyklad 2.1

wody, w której

znajduje sie

3@,1"

2.5. Ile atomów wodoru zawartych jest w 5 molach amoniaku?

Ile atomów wodoru znajduje sie w trzech molach metanu CH4? Analiza problemu , Mol jest jednostka licznosci materii: zawiera okolo 6,02 . 1023 (szescset dwa miliardy bilionów) drobin, czyli atomów pierwiastka lub czasteczek zwiazku (ewentualnie innych czastek chemicznych, np. jonów, rodników itp.). Mol (6,02 . 1023 sztuk) jest jednostka tego typu, co tuzin (12 sztuk) i dlatego rozpatrywany przyklad jest analogiczny do pytania: ile kól znajduje sie w trzech tuzinach samochodów czterokolowych? Liczba tych kól x stanowi iloczyn: liczba kól w pojedynczym egzemplarzu x liczba samochodów x 144. w tuzinie x liczba tuzinów == 4 . 12 . 3

=

=

Rozwiazanie Jedna czasteczka metanu CH4 zawiera 4 atomy wodoru. Mol metanu (czyli mol czasteczek CHJ zawiera 4 . 6,02 . 1023 atomów wo72,2 . 1023 doru. 3 mole metanu zawieraja 4 . 6,02 . 1023 . 3 7,22 . 1024 atomów wodoru ..

=

=

Uwagi: W obliczeniach chemicznych stosuje sie czesto wielokrotnosc mola:

= mmol = 0,001 moja (symbol

1000 moli (symbol kmol; czy t. kilomol) km ol i podwielokrotnosc mola:

24

mmol; czy t. milimol)

2.6. Obliczyc, ile atomów wodoru zawartych jest w 3 molach siarkowodoru (H2S). 2.7. Obliczyc, ile atomów tlenu zawartych jest w 2 kilomolach kwasu siarkowego(VI) (H2SO J. "'ZJt Obliczyc laczna liczbe atomów wegla, wodoru i tlenu w p 'molach glukozy (C6H120J. 2.9. Ile moli glinu i ile moli siarki zawiera 0,6 mola siarczku glinu (Al'2S3)?

'

2.10. Obliczyc, ile moli atomów tlenu zawartych jest w 2 molach kw,asusiarkowego(VI) (H2SO J. 2.H. Ile moli atomów tlenu i ile moli atomów wodoru zawieraja 3 mole wody? 2.12. Ile milimoli wapnia i ile milimoli chloru zawieraja 2 milimole chlorku wapnia (CaCI2)? ,2.13. Obliczyc stosunek molowy pierwiastków w: a) Fe~03' b) CO, c) H202, d) C6H1206• "'2.14. Która z próbek zawiera wiecej atomów? a) mol wodoru czy mol tlenu • b) mol wodoru czy mol helu c) mlIimol S02 czy milimol S03 2.15. Czy w 7 molach wody. jest wiecej tlenu niz w 4 molach nadtlenku wodoru (H202)? 25

*2.16. Czy 3 mole dwutlenku siarki (S02) zawieraja tyle samo: 1) siarki, 2) tlenu, co 3 mole trójtlenku siarki (S03)? *2.17. W ilu molach tlenku azotu (III) (N 2 3) zawarta jest taka sarna liczba moli atomów tlenu, jaka zawarta jest w 3 molach tlenku azotu(V) (N 2 5)? **2.18. Jaka liczbe moli stanowi jeden atom?

°

°

liczby atomów w danej próbce do masy tej próbki jest staly (wielkosci te sa proporcjonalne). Ukladamy równanie: 6,02 . 1023 atomów znajduje sie w 56 g. Zatem x atomów znajduje sie w 10 g 6,02 . 1023 56

=~ 10'

sta

d

x

= 1,08 .

1023

Odpowiedz: W 10 g zelaza znajduje sie 1,08 . 1023 atomów . Przyklad 2.5

.~

MASAM~A SUBSTANCJ:0

Obliczyc, ile gramów glinu znajduje

Przyklad 2.2

(A'l203)'

Obliczyc mase 6 moli azotu czasteczkowego. Rozwiazanie

Rozwiazanie

, Masa atomowa azotu wynosi 14 u. Masa czasteczkowa azotu (N2) 28 u. Masa 1 mola azotu czasteczkowego wynosi wynosi 14 u . 2 28 g. Masa 6 moli azotu wyniesie 6 . 28 g 168 g.

=

=

Odpowiedz: Masa 6 moli azotu czasteczkowego wynosi 168 g. Przyklad 2.3 Obliczyc, jaka liczbe moli stanowi 14,8 g wodorotlenku Rozwiazanie

wapnia.

Masa czasteczkowa wodorotlenku wapnia Ca(OH:)2 wynosi (40 . ·1 + 16· 2 + 1 . 2) u 74,u. Mol wodorotlenku wapnia ma mase 74 g. Stosunek liczby moli, jaka stanowi dana próbka, do masy tej próbki jest staly (wielkosci te sa proporcjonalne). Ukladamy równanie: 1 mol ma mase 74 g, zatem x moli ma mase 14,8 g

=

1 x ~=74 14,8 ' Odpowiedz: 14,8 g wodorotlenku

stad

x=02

,

wapnia stanowi 0,2 mola.

Przyklad 2.4 0bliczyc, ile atomów znajduje sie w 10 g zelaza. Rozwiazanie Masa atomowa zelaza wynosi 56 u, zatem masa mola zelaza wynosi 56 g. W 56 g zelaza znajduje sie 6,02 . 1023 atomów. Stosunek 26

sie w 3,06 g tlenku glinu

=

Masa mola tlenku glinu wynosi (27 . 2 + 16 . 3) g 102 g. W jednym molu AI203 znajduje sie (27 . 2) g 54 g glinu. Stosunek masy pierwiastka zawartego w okreslonej masie zwiazku do tej masy zwiazku jest staly (wielkosci te sa proporcjonalne). Stosunek masy glinu zawartego w molu Lenku glfnu do masy mola tlenku glinu jest staly. Ukladamy równanie: 54 g glinu znajduje sie w 102 g tlenku, zatem x g glinu znajduje sie w 3,06 g tlenku 54 x stad x 162 102 3,06' ,

=

~ =-

=

Odpowiedz: W 3,06 g tlenku glinu znajduje sie 1,62 g glinu. P,rzyklad 2.6 Obliczyc, w ilu gramach wody znajduje sie 6 g wod'Jru. Rozwiazanie

=

Masa mola wody wynosi (1 . 2 + 16) g 18 g. W 1 molu wody znajduja sie 2 g wodoru. Stosunek masy 1 mola zwiazku do masy zawartego w tym molu pierwiastka jest staly (wielkosci te sa propor, cjonalne). Ukladamy równanie: 18 g wody zawiera 2 g wodoru, .zatern x g wody zawiera 6 g wodoru 18 x stad x 54 2 6 '

- =-

=

Odpbwiedz: 6 g wodoru znajduje sie w 54 g wody. 27

Przyklad 2.7 Obliczyc, ile gramów wodoru znajduje sie w 0,2 -mola wodoroweglanu amonu (NH4HC03).

pierwiastka w danej masie zwiazku do tej masy zwiazku jest staly (wielkosci te sa proporcjonalne). Ukladamy równanie:. 2 mole zelaza znajduja sie w 160 g Fe203, zatem x moli znajduje sie w 32 g

Rozwiazanie

Czasteczka NH4HC03 zawiera 5 atomów wodoru. Mol NH4HC03 zawiera 5 g wodoru. Stosunek liczby gramów danego pierwiastka zawartych w okreslonej liczbie moli zwiazku do tej liczby moli jest staly (wielkosci te sa proporcjonalne). Ukladamy równanie: 5 g wodoru znajduje sie w 1 molu, zatem x g wodoru znajduje sie w 0,2 mola x

5

-1 = -0,2 ' Odpowiedz:

stad

x

W 0,2 mola NH4HC03znajduje

=1

sie 32 g

Rozwiazanie

Stosunek liczby moli zwiazku do masy zawartego w niej pierwiastka jest staly (wielkosci te sa proporcjonalne). Mol kwasu siarkowego(VI) H2S04 zawiera (16 . 4)g 64 g tlenu. Ukladamy równanie: 1 mol kwasu zawiera 64 g tlenu, zatem x moli kwasu zawiera 32 g tlenu

=

1 64 Odpowiedz:

=

x 32 ,. stad

W 0,5 mola H2S04

x

= 0,5

.

znajduje sie 32 g tlenu.

Przyklad 2.9 Obliczyc, ile moli zelaza znajduje sie w 32 g tlenku zelaza(III)

(Fe20J Rozwiazanie

=

Masa 1 mola tlenku zelaza(III) wynosi (56 . 2 + 16 . 3) g 160 g. Mol Fe203 zawiera 2 mole zelaza. Stosunek liczby moli 28

160

_32'

stad

x

= 0,4

Odpt?wiedz: W 32 g tlenku zelaza(III) znajduje sie 0,4 mola zelaza.

2.19. Ile wynosi: 1) masa atomowa miedzi, 2) masa mola miedzi? 2.20. Ile wynosi: 1) masa atomowa sodu, 2) masa mola sodu, ) masa atomu sodu wyrazona w gramach? ./ 2.21. Ile wynosi: 1) masa czasteczkowa amoniaku (NH3), 2) masa mola amoniaku? '2.22. Ile wynosi: 1) masa czasteczkowa kwasu siarkowego(VI) 2) masa mola kwasu siarkowego(VI), 3) masa czasteczki· kw~su siarkowego(VI) wyrazona w gramach? \ ,.i2~23. Ile wynosi: 1) masa czasteczkówa tlenu, 2) masa mola tlenu?

Przyklad .2.8 znajduja

x

(H2SOJ,

sie 1 g wodoru.

Obliczyc, w ilu molach kwasu siarkowego(VI) tlenu.

2

2.24. Ile wynosi: 1) masa atomow'a I chloru, 2) masa czasteczkowa ohloru, 3) masa mola chloru czasteczkowego? 2.25. Ile wynosi: 1) masa atomowa azotu, 2) masa czasteczkowa azotu, 3) masa mola azotu czasteczkowego, 4) masa mola azotu atomowego? 2.26. Ile wynosi: 1) masa atomowa. tlenu, 2) masa ~zasteczkowa tlenu, 3) masa mola tlenu czasteczkowego, 4) masa czasteczki tlenu w~razona: w gramach? 2.27. Obliczyc mase: a) 2 moli tlenku miedzi(I) (Cu20) b) '0,1 mola chloru czasteczkowego c) ,6 moli wodoru atomowego d) 0,01 mola sacharozy (C12H22011) e) 0,5 mola magnezu 2.28. Obliczyc, jaka liczbe moli stanowi: a) 36 g wody; , b) 12·g wodoru czasteczkowego; c) 3,2 g tlenu czasteczkowego.

2,29. Obliczyc, jaka liczbe moli stanowi: a) 9 g wody, b) 1 dm3 wody. 29

*2.30. Czysty nadtlenek wodoru jest ciecza o gestosci 1,45 g/cm3. De moli stanowi 1 dm3 nadtlenku wodoru?

2.31. Masa jednego mola wyrazona w gramach jest równa liczbowo masie atomowej (lub czasteczkowej) wyrazonej w atomowych jednostkach masy. Sformulowac analogiczne twierdzenia dla 1) masy jednego kilomola, 2) masy jednego milimola. 2.32. Obliczyc mase: a) 2 milimoli KOH b) 0,2 kilomola HZS04c) 0,1 milimol a Nz d) 10 kilomoli Oz e) 0,5 milimola wegla f) 0,001 kilomola zelaza \ 2.33. Obliczyc, jaka liczbe milimoli stanowi 0,4 g wodorotlenku sodu (NaOH). 2.34. Obliczyc, jaka liczbekilomoli stanowi 176 kg siarczku zelaza(II) (FeS). 2.35. Obliczyc wartosci indeksów stechiometrycznych x: a) MnXS4- (masa mola 293 g) b) NazCOx (masa mola 106 g) 2.36. Jakie pierwiastki zaznaczono symbolem E? a) SE3 (masa mola 80 g) b) H4-EZ07 (masa mola 178 g) 2.37. Podac dwa przyklady dwóch substancji o równych masach molowych (patrz zad. 1.63). wagowy pierwiastków w: a) FeZS3, 2.38. Obliczyc stosunek b) CuzO, c) COz' d) AI(OH)3. *2.39. Jaki warunek musi spelniac masa mola pierwiastka E, aby masa mola siarczku EzS byla wieksza od masy mola siarczku ES3? 2.40. Która z próbek zawiera wiecej czasteczek? a) 1 g wody czy 1 g 'amoniaku (NH3) ,b) 3 g tlenu czy 3 g wodoru c) 10 g HZS04- czy to g H3P042.41. Która z próbek zawiera wiecej atomów? a) 1 g glinu czy 1 g zelaza b) 5 g tlenu czy 5 g azotu 30

c), 10 g tlenu (Oz) czy 10 g ozonu (OJ d) 1 g azotu czy 1 g tlenku wegla (CO) *e) 2 g helu czy 0,5 g wodoru 2.42. Ile gramów magnezu nalezy odwazyc, aby próbka ta zawierala tyle samo atomów, ile znajduje sie w 16 g siarki? 2.43. W ilu gramach CUzS znajduje sie tyle, samo czasteczek, co w lOg MgO? **2.44. W ilu ~ramach azotu (N z) znajduje sie taka sama liczba czasteczek, jaka jest w p gramach tlenu?

co~'i45:I W ilu gramach azotu (Nz) znajduje sie tyle samo atomów,

l

a) *b) *c) **d)

1 g wodoru 3,2 g siarki 4 g helu p gramach etylenu CZH42.46. Obliczyc, ile atomów miedzi znajduje sie w 12,8 g miedzi.

2.47. Obliczyc mase 2 . 10Z3czasteczek dwutlenku wegla (CO z). znajduje sie w 5 cm3 rteci, jezeli ges-

*2.48. Obliczyc, ile atomów tosc jej wynosi 13,5 g/cm3. " *2.49. Samiczki

wielu insektów wydzielaja feromony C19H380, które przyciagaja samczyki. Samczyk reaguje po wchlonieciu zaledwie 0,000000000001 g (czyli 10-12 g) feromonu. Ile czasteczek zawiera taka dawka? Jedna kropla wody morskiej zawiera ok. 50 miliardów atomów zlota. Obliczyc, ile zlota mozna by uzyskac ze 100 kg wody morskiej, jezeli masa l kropli wynosi ok. 33 mg.

"'**2.50.

2.51. Obliczyc, ile gramów wegla znajduje sie w 220 g dwutlenku wegla. "" 2.52. W zamian za pewna przysluge bogaty maharadza pozwolil wybrac swemu sludze pomiedzy 1 kg zlota a iloscia zlota, jaka mozna otrzymac z 2 kg chlorku zlota (AuCIJ). Co powinien wybrac ten czlowiek, chcac otrzymac mozliwie najwiecej zlota? 2.53. Obliczyc, w ilu gramach trójtlenku 0,16 g tlenu.

siarki (SOJ) znajduje sie

2.54. Obliczyc, ile gramów sodu znajduje sie w 0,4 mola tlenku sodu (NazO).

31

2.55. Obliczyc, w ilu molach tlenku olowiu(IV) sie 160 g tlenu.

22,4

2~56. Ile moli siarki znajduje sie w.75 g siarczku glinu (AI2S])? 2.57. Ile moli atomów wodoru znajduje sie 'w 19,6 g kwasu siarkowego(VI) (H2SO J? 2.58. Czy 5 g tlenku miedzi(I) (Cu20) zawiera tyle samo miedzi, co 5 g tlenku miedzi(lI) (CuO)? Odpowiedz uzasadnic rachunkiem. 2.59. Czy w 0,5 mola dwutlenku wegla (C02) jest wiecej wegla niz VI 12 g tlenku wegla (CO)? Odpowiedz uzasadnic rachunkiem; *2.60~ W ilu gramach tlenku sodu (Na20) znajduje sie taka sama ilosc sodu, co w 20 g wodorotlenku sodu (NaOH)? 2.61. W ilu molach dwutlenku wegla (C02) znajduje sie tyle samo tlenu, co w 14 g tlenku wegla (CO)? . *2.62. W siarki, cow -*2.63. W liczba moli (K20)?' .

ilu gramach trójtlenku siarki (S03) znajduje sie tyle sa1ll0 2 molach dwutlenku siarki (S02)? ilu gramach tlenku sodu (Na20) zawarta jest taka sama atomów tlenu, jaka znajduje sie w 18,8 g tlenku potasu ,

2.3. OBJETOSC MOLA SUBSTANCJI W NORMALNYCH. PRAWO AVOGADRA

WARUNKA~H

Przyklad 2.10 Obliczyc mase 1 m3 tlenu w warunkach normalnych [to znaczy temperaturze 273 K (OoC) pod cisnieniem 1013 hPa' (760 mmHg)].

Rozwiazanie 1 mol tlenu czasteczkowego ma mase (2 . 16) g ...:-32 g i zajmuje w warunkach normalnych objetosc 22,4 dm3. Stosunek rnasy do objetosci jest wielkoscia stala. Ukladamy równanie: 32 g zajmuje objetosc 22,4,dm3, zatem x gramów zajmuje objetosc 1000 drn3 1000 dm3) (1 m3

=

32

x

= 1000'

stad

x

= 1430

Odpowiedz: Masa 1 013 tlenu w warunkach normalnych wynosi 1,43 kg. Przyklad 2.11 Obliczyc gestosc dwutlenku wegla w warunkach normalnych. Roz,~iazanie

,

m

d=-

V

dzie:, d - gestosc, m - masa:, V-objetosc. Pedstawiajac do powyzszego wzoru mase i objetosc 1 mola COz trzymanly: ,

d_M -

44 g - 196 g - Vo- 22,4 dm3 -, dm3 dpbwiedz: Gestosc dwutlenku wegla w warunkach normalnych wynosi g 1,96dm3 .

,

- **2.64. Trójwartosciowy pierwiastek tworzy siarczek o rnasie mola okolo 1,5 raza wiekszej od ma.sy mola tlenku tego pierwiastka. Jaki to pierwiastek?

W

32

(PbOi) znajduje

2~65~'Jaka objetosc zajmie w warunkach normalnych jeden ,mol Ilidej z nastepujacych substancji: tlenu, wody, dwutlenku wegla, siarki (d ~"2,07 'g/cm3), wodoru? 2;~6.Jaka objetosc zajmuje w w'arunkach normalnych: ) 0,2 mola tlenku wegla I) 2S'nillimoli wodoru czasteczkowego :) (5 kilomola azotu czasteczkowego Obliczyc, jaka liczbe moli stanowi: ) 6i,2' dm 3 wodoru. odmierzonego w warunkach normalnych I) 5;6 dm3 metanu odmierzonego w warunkach normalnych :) U,2 dm3 dwutlenku siarki odmierzonego w warunkach normalnych 2.68. Ile milimoli czasteczek zawiera 1 cm3 dowolnego gazu w wauDkach normalnych? 2.69•. Ile kilomoli czasteczek zawiera' 1m3 dowolnego gazu w warunoh normalnych? 2.70; Obliczyc mase: ,) 2 dn:,3 tlenu odmierzonego w warunkach normalnych I) 0,5 m3 azotu odmierzonego w warunkach normalnych

"in.

33

c) 25 cm3 tlenku wegla (CO) odmierzonego w warunkach normalnych 2.71. W czterech zbiornikach o tej samej pojemnosci, tej samej masie, w tych samych warunkach cisnienia i temperatury, znajduja sie cztery gazy: tlen, azot, amoniak i dwutlenek wegla. Który z tych zbiorników jest najlzejszy? 2.72. Jaka objetosc zajmuje w warunkach normalnych: a) 5 g tlenu, b) 12 g COz' c) 0,2 g NH3, d) 4 g NzO, e) 70 g wodoru? 2.73. W naczyniu o pojemnosci 100 cm3 umieszczono 0,2 g wodoru. Czy warunki (cisnienie temperatura), w jakich sie on znajduje, moga odpowiadac warunkom normalnym?

i

znajduje

sie w 1 cm3 gazu w warunkach

.86. W ilu dm3 dwutlenku wegla (COz) (warunki normalne) znaje sie 6 g wegla? .87. Które twierdzenia sa prawdziwe? W równych objetosciach róznych gazów znajduje sie ta sama liczba

asteczek. objetosci róznych .azów sa sobie równe i zawieraja jednakowe liczby czasteczek. Mol kazdego gazu zajmuje w danych warunkach cisnienia i temperatury taka sama objetosc.

2.75. Butla zawiera 5 kg cieklego chloru. Jaka objetosc (w m3) zajmuje ta .iloScchloru w warunkach normalnych?

. 88. W ilu dm3 amoniaku (warunki normalne) znajduje sie p moli mów wodoru?

2.77. W jakiej objetosci tlenu jest tyle samo czasteczek, co w 1 cm3 .78. W jakiej objetosci helu znajduje sie taka sama liczba atomów, WO~(w tych samych warunkach cisnienia i temperatury)? co w cm3 wodoru (w tych samych warunkach cisnienia i temperatury)? *2.79. Jaka objetosc amoniaku nalezy odmierzyc, aby próbka zawierala tyle samo atomów, ile zawiera 6 dm3 tlenku wegla w tych samych warunkach cisnienia i temperatury?

~~

.85. Ile czasteczek ,ormalnych?

zajmuje 12,04 . 10z4

2.74. W trzech naczyniach, w identycznych warunkach cisnienia i temperatury, umieszczono: 5 g azotu, 5 g tlenku wegla i 5 g etylenu (CzH.J. ·Czy objetosci tych naczyn sa równe?

2.76. Czy w jednakowych warunkach, podane nizej ilosci substancji zawieraja jednakowa liczbe czasteczek: 1) 1 g wodoru i 1g tlenu, 2) 1dm3 wodoru i 1 dm3 tlenu, 3) 1 mol wodoru i 1 mol tlenu?

-

2.84. Jaka objetosc w warunkach normalnych teczek amoniaku?

**2.80. Jaka objetosc azotu nalezy odmierzyc, aby zawierala ona tyle samo atomów azotu, ile zawiera ich p dm3 amoniaku w tych samych warunkach cisnienia i temperatury? 2.81. Która z próbek zawiera wieksza liczbe czasteczek: 1) mol tlenu czy mol ozonu, 2) dm3 tlenu czy dm3 ozonu, 3) gram tlenu czy gram ozonu? 2.82. Która z próbek zawiera wieksza liczbe atomów: 1) mol tlenu czy mol ozonu, 2) dm3 tlenu czy dm3 ozonu, 3) gram tlenu czy gram ozonu? *2.83. Uszeregowac nastepujace próbki w kolejnosci malejacej liczby atomów: 2 g tlenu, 0,2 mola wodoru, 4,48 dm3 helu. 34

W tych samych warunkach cisnienia i temperatury

.89. Ile gramów tlenu znajduje sie w 11,2 dm3 dwutlenkq lerzonego w warunkach normalnych?

siarki

.90. Ile moli atomów azotu znajduje sie w p dm3 tlenku azotu(l)

) (warunki normalne)? .91. W ilu dm3 tlenku chloru(I) (ClzO) (warunki normalne) znajduje tllka sama ilosc chloru, co w 6,75 g tlenku chloru(IV) (ClO z)?

ij;;w

ilu dm3 dwutlenku siarki (SOz) znajduje sie taka sama ilosc u, co vi pdm3 trójtlenku siarki (S03) przy zalozeniu, ze objetosci obu w odniesiono do tych samych warunków cisnienia i temperatury? .•93. W ilu miliIDolach dwutlenku wegla znajduje sie taka sama ilosc a, co w 44,8 cm3 tlenku wegla (warunki normalne)?

:"j;) W ilum3

tlenku azotu(lI) (NO) (warunki normalne) znajduje sie sama ilosc azotu, co w p kilomolach tlenku azotu(lll) (NZ03)? "5. Obliczyc gestosc w warunkach normalnych: a) tlenu, b) tlenku

la CO, c) azotu, d) wodoru, e) siarkowodoru HzS. 6. Obliczyc mase czasteczkowa gazu, jezeli jego gestosc w warunnormalnych wynosi 1,96 g/dm3. . .i7. Ustalic wzór sumaryczny tlenku azotu wiedzac, ze gestosc tego w warunkach normalnych wynosi 1,96 g/ dm3, a azot tworzy tlenki, tórych jest I, II, III, IV i V-wartosciowy: 35

,·2.98. Obliczyc w gramach mase czasteczki gazu, którego gestosc

=

'·2.99. Udowodnic .na przykladzie zelaza (d 7,86 g/ero3) i glinu w~no .,70 0,76 g/dm3 zew prawo warunkach normalnych. (d g/ero3), Avogadra nie dotyczy cial stalych. .•••.. ·2.100. Obliczyc mase czasteczkowa gazu, którego gestosc wzgledem wodoru wynosi 8,5. Wskazówka: gestosc wzgledem wodoru jest to stosunek masy czastecz,. argon wodor,u. tworzy _. k~b ~ Gestosc 1,78 g/dm3• (lubCzy molowej) argonu gazu do wynosi masy czasteczkowej molowej) czastecZki? .

bliczamy objetosc 1 mola w podanych warunkach cisnienia i tem(atury hPa . dm3 nRT 1 mol', 83,1 mol. K . 293 K V= n~' • ~ 24,7 dm3 p

=

=

Jeden mol NH3 o masie 17 g zajmuje objetosc 24,7 dm3, zatem 51 g ' 17 51 stad:X 74 1 24,7, x' ,

NH3 'zajmuje objetosc x

- =-

=

dpowiedz: Amoniak zajmuje objetosc 74,1 dm3• stosunek: a) ~~ObliCZYC o ~e osci jednakowych mas tlenku wegla i azotu ,posób II -~ b)-..s.a~edn. Obliczyc akowychstosunek: objetosci tlenku wegla i azotu a) objetosci jednakowych mas gazu A o masie molowej M A i gazu B o masie molowej M B ' b) mas jednakowych objetosci gazu A o masie molowej M A gazu B o masie molowej M Jj

i

51 g

51 g NH3

= 17 g/mol = 3 mole

Z równania Clapeyrona obliczamy objetosc zajmowana przez 3 mole

V=nRT p posól)'

_ 3 mol· _

83,1 hPa . dm3 986 hPamol· K

=, 74,1 dm3

III

=

Jaka objetosc zajmuje 51 g amoniaku cisnieniem 986 hPa?

w temperaturze

293 K pod

Rozwiazanie

Korzystajac ze wzoru Vo kV, gdzie: Vo - objetosc w warunkach ormalnych, k - wspólczynnik odczytany dla warunków p, T z tablicy dukcji objetosci, zamieszczonej na koncu Zbioru ..., V - objetosc· W warunkach p, T, obliczamy objetosc zajmowana przez 1 mol gazu w warunkach p, T

V= Vo = 22,4 dm3 k 0907 ,

Sposób I

Z równania Clapeyrona pV=

nRT

gdzie p - cisnienie, V - objetosc, n - liczba moli, T-temperatura (w kelwinach), R - stala gazowa równa , R 36

n

,azu

2.4. OBJETOSC MOLA SUBSTANCJI W RÓZNYCH WARUNKACH CISNIENIA I TEMPERA TURY Przyklad 2.12

to

= 8,31 mol· Pa " m3 = 83 1hPa . dm3 K ' mol· K

= 24J d m

3

alej postepujemy jak w sposobie I.

2J04. Jaka objetosc zajmie w temperaturze l020,hPa: ) t"'ffiol tlenu b) 50 milimoli wodoru

298 K pod cisnieniem

37

(.

.

c) 10 dm3 amoniaku odmierzonego w warunkach normalnych d) 14 g azotu 2.105. Obliczyc liczbe moli dwutlenku wegla, który zajmuje objetosc 2,4 dm3 w temperaturze 291 K pod cisnieniem 1010 hPa. 2.106. Obliczyc mase dwutlenku siarki (S02)' który zajmuje objetosc 30 cm3 w temperaturze 293 K pod cisnieniem normalnym. 2.107. Butla zawiera 5 kg chloru. Jaka objetosc (w m3) zajmie ta ilosc chloru w temp. 295 K pod cisnieniem normalnym? **2.108. W jakiej objetosci amoniaku odmierzonego w temperaturze Tpod cisnieniem p znajduje sie k moli atomów wodoru?

STECHIOMETRIA WZORÓW CHEMICZNYCH .1. PRAWO STALOSCI SKLADU PROUSTA

*2.109. Obliczyc liczbe czasteczek, jaka znajduje sie w 22,4 dm3 azotu odmierzonego w temperaturze 295 K pod cisnieniem normalnym. *2.110. W jakiej objetosci dwutlenku wegla (warunki normalne) znajduje sie taka sama liczba czasteczek, jaka zawiera 10 dm3 tlenu odmierzonego w temperaturze 300 K pod cisnieniem 1000 hPa? 2.111. Obliczyc gestosc amoniaku cisnieniem 1010 hPa.

w temperaturze

rzyklad 3.1 Z roZkladu pewnej próbki wody otrzymano l g wodoru i 8 g tlenu. bliczyc, ile wodoru i ile tlenu otrzymamy z rozkladu 36 g wody. zwiazanie

291 K pod

Z prawa stalosci skladu wynika, ze w wodzie stosunek wagowy wodoru do tlenu jest staly, bez wzgledu na mase badanej próbki. Zatem wodór l tlen 8

2.112. Obliczyc mase czasteczkowa gazu, jezeli jego gestosc w temperaturze 293 K pod cisnieniem 1000 hPa wynosi 1,15 g/dm3•

----

*2.113. Tak zWany "suchy lód" (staly CO2) ma gestosc 1,5 g/cm3• Jakie bedzie cisnienie w uprzednio opróznionym zbiorniku o pojemnosci l dm3, w którym calkowicie przesublimuje 1 cm3 "suchego lodu" w temp. 294 K? *2.114. Jaka objetosc zajmie ciekle powietrze (gestosc ok. 0,76 g/cm3) uzyskane ze skroplenia 100 m3 powietrza o temperaturze 293 K pod cisnieniem normalnym? **2.115. Czy mol gazu zajmuj~ objetosc 22,4 dm3 tylko w warunkach normalnych? Odpowiedz uzasadnic konkretnym przykladem i warunkiem ogólnym.

r6bka o masie 36 g zawiera x gramów wodoru i y gramów tlenu. tem 'x

+

y

= 36

~-.:..! y

8

ozwiazujac ten uklad dwóch rówmin z dwiema niewiadomymi

otrzy-

amy

x=4

"

~,

dpowiedz:

y=

32

Z rozkladu 36 g wody otrzymamy 4 g wodoru i 32 g tlenu.

3.1. Prawo stalosci skladu stwierdza, ze kazdy zwiazek chemiczny a scisle okreslony staly sklad. Czy sluszne bedzie twierdzenie odwrot,e:okreslonemu skladowi (procentowemu) odpowiada scisle okreslony ,wiazek chemiczny? Uzasadnienie zilustrowac przykladami. ••

3

c) 10 dm3 amoniaku odmierzonego w warunkach normalnych d) 14 g azotu . 2.105. Obliczyc liczbe moli dwutlenku wegla, który zajmuje objetosc 2,4 dm3 w temperaturze 291 K pod cisnieniem 1010 hPa. 2.106. Obliczyc mase dwutlenku siarki (802)' który zajmuje objetosc 30 cm3 w temperaturze 293 K pod cisnieniem normalnym. 2;107. Butla zawiera 5 kg chloru. Jaka objetosc (w m3) zajmie ta ilosc chloru w temp. 295 K pod cisnieniem normalnym? **2.108. W jakiej objetosci amoniaku odmierzonego w temperaturze Tpod cisnieniem p znajduje sie k moli atomów wodoru? *2.109. Obliczyc liczbe czasteczek, jaka znajduje sie w 22,4 dm3 azotu odmierzonego w temperaturze 295 K pod cisnieniem Ilormalnym. *2.110. W jakiej objetosci dwutlenku wegla (warunki normalne) znajduje sie taka sama liczba czasteczek, jaka zawiera 10 dm3t1el:lU odmierzonego w temperaturze 300 K pod cisnieniem 1000 hPa? 2.111. Obliczyc gestosc amoniaku w temperaturze 291 K pod cisnieniem 1010 hPa.

CHIOMETRIA WZORÓW CHEMICZNYCH RAWO STALOSCI SKLADU PROUSTA

ozkladu pewnej próbki wody otrzymano 1 g wodoru i 8 g tlenu. ··yc, ile wodoru i ile tlenu otrzymamy z roz1<:ladu 36 g wody. wiazanie

prawa stalosci skladu wynika, ze w wodzie stosunek wagowy ru do tlenu jest' staly, bez wzgledu tia mase badanej próbki. Zatem wodór 1 tlen 8

2.112. Obliczyc mase czasteczkowa gazu, jezeli jego gestosc w temperaturze 293 K pod cisnieniem 1000 hPa wynosi 1,15 g/dm3. *2.113. Tak zwany "suchy lód" (staly CO2) ma gestosc 1,5 g/cm3. Jakie bedzie cisnienie w uprzednio opróznionym zbiorniku o pojemnosci 1 dm3, w którym calkowicie przesublimuje 1 cm3 "suchego lodu" w temp. 294 K? *2.114. Jaka objetosc zajmie ciekle powietrze (gestosc ok. 0,76 g/cm3) uzyskane ze skroplenia 100 m3 powietrza o temperaturze 293 K pod cisnieniem normalnym? **2.115. Czy mol gazu zajmuj~ objetosc 22,4 dm3 tylko w warunkach normalnych? Odpowiedz uzasadnic konkretnym przykladem i warunkiem ogólnym.

----

bka o masie 36 g zawiera x gramów wodoru i y gramów tlenu. m' 'x

+

y

= 36

x~l y

8

l

zwiazujac ten uklad dwóch równan z dwiema niewiadomymi

otrzy-

my

x=

~ powiedz:

4

Y

= 32

Z rozkladu 36 g wody otrzymamy 4 g wodoru i 32 g tlenu.

3.1. Prawo stalosci skladu stwierdza, ze kazdy zwiazek chemiczny

scisle okreslony staly sklad. Czy sluszne bedzie twierdzenie odwrot: okreslonemu skladowi (procentowemu) odpowiada scisle okreslony wiazek chemiczny? Uzasadnienie zilustrowac przykladami. 39

3.2. Stosunek wagowy zelaza do tlenu w tlenku zelaza(II) wynosi 7: 2, a stosunek'zelaza do tlenu w tlenku zelaza(III) wynosi 7: 3. Czy fakty te stanowia wyjatek od prawa stalosci skladu? Odpowiedz uzasadnic. 3.3. Miedz laczy sie z tlenem w stosunku wagowym 4 : 1. Obliczyc, ile gramów miedzi polaczy sie z 8 g tlenu" 3.4. Aby obliczyc sklad tlenku magnezu, spalono 60 g magnezu i otrzymano 100 g tlenku magnezu. Obliczyc stosunek wagowy magnezu do tlenu w tlenku magnezu. 3.5. Z rozkladu pewnej próbki tlenku rteci(II) otrzymano 20,1 g rteci i 1,6 g tlenu. De rteci i ile tlenu otrzymano by z rozkladu próbki o masie 65,1 g? 3.6. Miedz reaguje z siarka w stosunku wagowym 4: 1. Obliczyc, ile gramów miedzi i ile gramów siarki uzyto do reakcji, jezeli otrzymano 80 g siarczku miedzi(I). 3.7. Mieszanine zelaza i siarki w stosunku wagowym 7 : 4 ogrzano i otrzymano 66 g siarczku zelaza(II). Obliczyc, ile gramów zelaza. i ile gramów siarki zawierala mieszanina. *3.8. W eudiometrze nastapil wybuch mieszaniny wodoru i tlenu, zmieszanych w stosunku objetosciowym 2 : 1. Po wybuchu eudiometr zawieral tylko pare wodna o masie 0,036 g. Obliczyc, ile gramów wodoru i ile gramów tlenu znajdowalo sie w eudiometrze przed wybuchem. Gestosc wodoru wynosi 0,089 g/dm3, a tlenu 1,43 gjdm3• **3.9. Weglan wapnia jest zwiazkiem wapnia, wegla i tlenu. Podczas rozkladu 25 g weglanu wapnia otrzymano 14 g tlenku wapnia i 11 g dwutlenku wegla. Obliczyc stosunek wagowy wapnia do wegla i tlenu w weglanie wapnia, wiedzac, ze w tlenku wapnia stosunek wapnia do tlenu wynosi 5 : 2, a w dwutlenku wegla stosunek wegla do tlenu wynosi

3: 8. **3.10. Siarczan(IV) (siarczyn) sodu jest zwiazkiem sodu, siarki i tlenu. Podczas rozkladu 126 g tego zwiazku otrzymano 62 g tlenku sodu i 64 g dwutlenku siarki. Obliczyc stosunek wagowy sodu do siarki i tlenu w siarczanie(IV) sodu wiedzac, ze w tlenku sodu stosunek wagowy sodu do tlenu wynosi 23 : 8, a: w dwutlenku siarki stosunek wagowy siarki do tlenu wynosi l : 1. **3.11. John Dalton, jeszcze przed opracowaniem teorii atomistycznej, odkryl prawo stechiometryczne, zwane prawem stosunków wielokrot40

nych: jezeli dwa pierwiastki tworza ze soba kilka zwiazków chemicznych, to ilosci wagowe jednego pierwiastka przypadajace na te sama ilosc drugiego pierwiastka pozostaja do siebie w stosunku niewielkich liczb calkowitych. Wykazac slusznosc tego prawa na przykladzie tlenków miedzi oraz tlenków azotu.

3.~. SKLAD ILOSCIOWY ZWIAZKU CHEMICZNEGO Przyklad 3.2 Obliczyc sklad procentowy dwutlenkIl wegla (C02). Masa mola dwutlenku wegla wynosi (12 . 1 + 16 . 2) g = 44 g. Mol CO2 zawiera 12 g wegla oraz (16 . 2) g = 32 g tlenu. Zawartosc procentowa wegla (% C) jest to, wyrazony w procer tach, stosunek masy wegla zawartej w l molu (12 g) do masy tego molr (44 g). Zatem 12 ' %C = --g. 100%= 273% 44g , ,'Analogicznie obliczamy zawartosc procentowa

tlenu (%0)

%0 = 32 g . 100% ~ 72 7% 44g , lub odejmujemy zawartosc procentowa wegla od 100% %0 = 100% - 27,3% = 72,7% Odpowiedz: Sklad procentowy CO2

:

27,3% C, 72,7% O.

tJwagi: W powyzszym przykladzie przyjeto mase mola za 100%. Obliczenie zawartosci procentowej mozna. wykonac dla dowolnej ilosci zwiazku pod warunkiem, ze znamy stosunek wagowy pierwiastków w tym zwiazku. Przyklad 3.3 Obliczyc sklad procentowy zwiazku wegla z tlenem, jezeli stosunek wllgowy wegla do tlenu w tym zwiazku wynosi 3 : 8. Rozwiazanie Nie wiadomo, czy zwiazek ten ma wzór CO2, CO, cZYijeszcze inny, nie mozemy wiec obliczyc masy jednego mola. Mozemy jednak obliczyc 41

sklad procentowy. Zawartosc procentowa wegla jest to wyrazony w procentach stosunek wagowej ilosci wegla zawartej W zwiazku (czyli 3) do wagi calego zwiazku (czyli 3 + 8). Zatem

.

3

ma mase czasteczkowa ' Wskazówka: azot w azotkach jest trójwartosciowy.

148 u

metalu zawiera p% siarki.

. 100% = 273%

"'*3.27. Siarczan(VI) jednowartosciowego Ile wynosi masa atomowa tego metalu?

·100% =72,7%

*~3.28. Ile wynosi wartosciQwosc metalu o masie atomowej Ar' jezeli jego weglan zawiera p% tlenu?

Sklad procentowy zwiazku wynosi: 27,3 % C, 72,7 % O.

**3.29. Z 5g pewnego zwiazku chloru otrzymano 12,3 g chlorku srebra (AgCl). Ile procent chloru zawieral wyjsciowy zwiazek? "'*3.30. 13 g tlenku metalu, zawierajacego 25,8% tlenu, reaguje z 10 g tlenku niemetalu, zawierajacego 56,3% tlenu, tworzac sól jako jedyny produkt. Obliczyc sklad procentowy tego produktu. , "'*3.31. Metal M tworzy dwa chlorki: MCl2 i MCI3. Zawartosci wagowe chloru w tych chlorkach maja sie do siebie jak l : 1,172. Jaki to metal?

% C = --

3+8

% 0=-Odpowiedz:

"'*3.26. Azotek pewnego pierwiastka

i zawiera 18,9% azotu. Jaki to pierwiastek?

8

3+8

'

3.12. Obliczyc zawartosc procentowa siarki w zwiazkach S02' S03' 3.13. Obliczyc zawartosc procentowa wegla w weglanie wapnia (CaC03~ 3.14. Jeden z nawoz6w sztucznych ma sklad: (N,HJ2S04 2 NH4N03. Obliczyc zawartosc procentowa azotu w tym nawozie. 3.15. Obliczyc sklad procentowy siarczku miedzi(I) (Cu2S). 3.16. Obliczyc sklad prócentowy kwasu siarkowego(VI) (H2S0 3.17. Nie wykonujac obliczen okreslic, który z nastepujacych zwiazków zawiera najwyzszy procent siarki: Na2S203, Na2S207, Na2S20S? 3.18. Który z podanych zwiazków Zawiera najwiekszy procent wodoru: H20, H2S04, NH3? . . 3.19. Obliczyc sklad procentowy tlenku siarki, w którym stosunek wagowy siarki do tlenu wynosi 2 : 3.

J

3.20. Obliczyc sklad procentowy zwiazku zawierajacego zelazo, wegiel i tlen w stosunku wagowym 14: 3 : 12. 3.21. Nie wykonujac obliczen odpowiedziec na pytanie: czy chlorek sodu zawiera taki sam procent chloru, jak chlorek potasu? 3.22. Nie wykonujac obliczen odpowiedziec na pytania: czy 20 g Cu20 zawiera taki sam procent miedzi, jaki zawiera: 1) 55 g Cu20, 2) 20 g CuO? . 3.23. Podane nizej zwiazki podzielic na zbiory o tym samym skladzie procentowym: N02, C1206, N204, C6H6, CI03, C2H2. *3.24. Ile procent P20S znajduje sie w fosforanie(V) wapnia Ca3(POJ2? . *3.25. Tlenek pewnego czterowartosciowego pierwiastka zawiera 13,4% tlenu. Jaki to pierwiastek? '

42

3.3. USTALANIE WZORU CHEMICZNEGO NA PODSTAWIE SKLADU ILOSCIOWEGO Przyklad 3.4 Obliczyc wzór sumaryczny (czyli rzeczywisty) zwiazku chemicznego o nastepujacym skladzie procentowym: 59% sodu i 41 % tlenu, jezeli masa czasteczkowa tego zwiazku wynosi 78 u. Analiza problemu

Ustalanie wzoru sumarycznego AXBy (A, B - symbole pierwiastków), czyli obliczanie wartosci indeksów stechiometrycznych x, y, przy znanym skladzie procentowym i masie czasteczkowej, stanowi jedno klasycznych typów obliczen (stosowanych w laboratoriach od poczatku ubieglego wieku) i polega na rozwiazaniu ukladu dwóch równan:

i

gdzie ogólnie: Równanie I

Ar(A) . x Ar (B) . y

%A %B

Ar (E) -

%E

-

masa atomowa pierwiastka E zawartosc procentowa pierwiastka E 43

Równanie

II

Mr(A~B)

= Ar(A) . x + Ar(B) . y

z których pierwsze polega' na przyrównaniu stosunku wagowego w indywidualnej czasteczce (strona lewa) do stosuJiku wagowego w próbce makroskopowej (strona prawa), na przyklad w postaei stosuJiku zawartosci procentowych. Drugie równanie wynika z faktu, ze masa czasteczkowa Mr(AxBy) jest suma mas atomowych wszystkich atomów skladajacych sie na czasteczke· Wartosci indeksów stechiometrycznych x, y otrzymane z rozwiazania ukladu równan musza stanowic liczby calkowite. Rozwiazanie

40 16,y = 60'

x

32x

stad

640 = 1920

-Y

Nastepnie nalezy wykonac dzielenie liczb wynikajacych z przeksztalcenia równania, a wynik zapisac w postaci stosunku otrzymanej , wartosci do jednosci. Mnozenie .licznika i mianownika tego ulamka kolejno przez 2, 3 itd. doprowadza do wyrazenia stosuJiku x do y za pomoca najmniej szych liczb calkowitych

Zapisujemy wzór w postaci NaxOy i ukladamy dwa równania: 23x 59 16 = 41' stad x = 2

y=2

Y

78

= 23x+ 16y,

czyli

= 41'

y = 943 ::::l

stad

=

1

=

"2

=

3

-=-=5

y

10

~=~=~=~=~= z

1

2

3

4

10 5

Stosunek x : y : z ustalamy, wybierajac wartosc ulamków, w których y ma taka sama wartosc

x oraz z z tych

x:y:z=6:1O:5

ltd.

zatem wzór rzeczywisty jest jednym z serii NaO, Na202, Na303 itd. Aby ze wzoru empirycznego przejsc do wzoru rzeczywistego, musimy dysponowac dodatkowymi informacjami, jak np. masa czasteczkowa. Tylko wzorowi Na202 odpowiada masa czasteczkowa 78 u.

3

i ulatwia rozwiazanie drugiego równania, jesli celem obliczen jest wyznaczenie wzoru rzeczywistego. , 3. Przy ustalaniu wzoru sumarycznego zwiazku zawierajacego trzy . lub wiecej pierwiastków, nalezy zapisac wzór ogÓlny w postaci AxB,c:. Nastepnie wyrazic stosunki x : y oraz x : z (lub dwa inne stosuJiki indeksów x, y, z) za pomoca mozliwie najprostszych liczb calkowitych i - jesli okaze sie to konieczne - obliczyc kilka kolejnych wielokrotnosci. Na przyklad: x 3 6

1

Zatem wzór empiryczny ma postac Nal0I" Wzór rzeczywisty (sumaryczny) jest jednym ze wzorów NaxO y , w których stosun,ek x do y odpowiada stosunkowi we wzorze empirycznym. Poniewaz 1 2 3. x Y

Stad wzór empiryczny S03' a pierwsze równanie przybierze postac: 1 x y

Uwagi: 1. Znajomosc samego skladu procentowego nie wystarcza do ustalenia wzoru sumarycznego (rzeczywistego), lecz pozwala tylko na.obliczenie tzw. wzoru empirycznego (zwanego tez najprostszym lub elementarnym) droga wyznaczenia stosunku x 'do y z pierwszego równania i wyrazenia tego stosunku w postaci mozliwie najprostszych liczb calkowitych: 59 x 944 1 23x 16y

~ = 640 = 0333= 0,333= 0,666= 0,999::::l! Y 1920' 1 2 3 3

Na202

OdpowiedZ: Wzór rzeczywisty: Na202•

44

2. Rozwiazanie ukladu równan nalezy rozpoczac od wyznaczenia, .z pierwszego równania, stosunku x do y. Na przyklad dla SxOy przy 40% siarki i 60% tlenu

(patrz równiez przyklad 3.6). 4. Ustalenie wzoru rzeczywistego przy znanym juz wzorze elemen-

i

tarnym masie czasteczkowej (lub molowej) mozna przeprowadzic nastepujaco: 45

3.43. Obliczyc rzeczywisty wzór tlenku chloru o masie czasteczkowej 167 u, wiedzac, ze zawiera on 42,5% chloru.

wzór elementarny CHzO masa czasteczkowa 180 u wzór rzeczywisty zapisujemy w postaci (CHzO)II' gdzie n

= Mr(CHzO)1I = Mr(CHzO)

180 u = 180 (12+2+ 16) u 30

=6

stad wzór rzeczywisty C6H1206• 3.32. W cehi ustalenia wzoru wegliku glinu przeprowadzono odpowiednie doswiadczenie i stwierdzono, ze w zWiazku tym stosunek liczby atomów glinu do liczby atomów wegla jest równy 1 : 0~75. Obliczyc wzór elementarny. 3.33. W zwiazku chemicznym CxH10~ stosunek x : y wynosi 3 : 5, a stosunek y : z wynosi 2 : 1. Obliczyc wzór elementarny. 3.34. Ustalic wzór empiryczny nastepujacych substancji: NZ04' HzOz, C6H1206• 3.35. Obliczyc wzór najprostszy (empiryczny) zwiazku zawierajacegO,59% sodu i 41 % siarki. . 3.36. Stosunek wagowy zelaza do siarki w pewnym zwiazku wynosi 7 : 8. Podac wzór empiryczny. *3.37. Tytan tworzy trzy tlenki, których sklad przedstawiono na osi liczbowej w punktach a, b, c:

I

O%Ti 100%0

I

I

a

b

I

c

*3.47. Ustalic wz~r rzeczywisty glukozy, wiedzac, ze stosunek wagowy pierwiastków wynosi C: H : 0=6: 1 : 8, a masa ~ola 180 g. *3.48. Chlor tworzy kilka jednoprotonowych kwasów tlenowych. Obliczyc wzór rzeczywisty kwasu zawierajacego 35,3% chloru i 63,7% tlenu. *3.49. Obliczyc wzór empiryczny substancji, która w przeliczeniu na tlenki zawiera 40% MgO i 60% SiOz' Wskazówka. Sklad procentowy niektórych substancji mozna okreslic w postaci procentowej zawartosci tlenków. W tym celu wzór rozbijamy formalnie na dwa Oub wiecej) wzorów tlenków. Na przyklad:

I

l00%Ti 0%0

Ustalic wzory empiryczne tych tlenków. 3.38. Po spaleniu 4,2 g zelaza w tlenie otrzymano 5,8 g tlenku. Ustalic jego wzór empiryczny. 3.39. Stop zawiera 30,8% sodu i 69,2% olowiu. Obliczyc, ile atomów sodu przypada na 1'atom olowiu w tym stopie. 3.40. Obliczyc wartosciowosc siarki w tlenku, wiedzac, ze 19 tlenku zawiera 0,4 g siarki. 3.41. Ustalic wzór rzeczywisty zwiazku potasu z tlenem, zawierajacego 71 % potasu, jezeli masa czasteczkowa tego zwiazku wynosi H() u. 3.42. Ustalic wzór rzeczywisty tlenku azotu o masie czasteczkowej 92 u, zawierajacego 30,5% azotu .• 46

*3.44. Ustalic wzór rzeczywisty tlenku azotu zawierajacego 63,6% azotu, wiedzac, ze gestosc tego gazu w warunkach normalnych wynosi 1,96 g/dm3• *3.45. Ustalic' wzór rzeczywisty tlenku azotu zawierajacego 46,7% azotu, wiedzac, ze gestosc tego gazu w temperaturze 293 K pod normalnym cisnieniem wynosi 1,25 g/dm3• *3.46. Pewien zwiazek chemiczny zawiera 32,4% sodu, 22,6% siarki i 45% tlenu. Podac nazwe tego zwiazku, wiedzac, ze wzór najprostszy jest równoczesnie wzorem rzeczywistym.

MgC03 = MgO . COz, wówczas % MgO = M~~~~~3) 2

KN03 = KzO . NZ05' wówczas % KzO = 2

*3.50. Siarczek pewnego jednowartosciowego siarki. Jaki to metal?

. 100%

~~~~63) . 100%

metalu zawiera 20%

*3.51. Pierwiastki A i B tworza zwiazek typu Aj B 4 o masie mola 296 g, zawierajacy 56,8% pierwiastka A. Jaki to zwiazek? **3.52: Trójpierwiastkowy'zwiazek o masie mola 147 g zawiera 49% wegla i 2,7% wodoru. Obliczyc wzór sumaryczny.", , **3.53. Fosforan(V) pewnego metalu ma mase czasteczkowa 212 u i zawiera 30,2% tlenu. Jaki to metal? **3.54. Tlenek pewnego pierwiastka E zawiera 30,1 % tlenu, a halogenek 65,6% halogenu. Wartosciowosc pierwiastka E w obu zwiazkach 47

jest identyczna. Jaki to halogenek? Czy mozna zidentyftkowac pierwiastek E? **355. Dwie sole potasowe pewnych kwasów tlenowych zawieraja odpowiednio 24,7% i 39,6% potasu. Obie reszty kwasowe maja identyczny wzór sumaryczny, róznia sie jednak wartosciowoscia. Jakie to sole? 3.4. USTALANIE WZORU CHEMICZNEGO NA PODSTAWIE STOSUNKU OBJETOSCIOWEGO REAGENTOW. PRAWO GAY-LUSSACA

Przyklad 35 Ustalic wzór sumaryczny zwiazku wegla z wodorem, jezeli 1 objetosc tego gazu 'reaguje z 2 objetosciami tlenu, dajac 1 objetósc dwutlenku wegla i 2 objetosci pary wodnej. Wszystkie objetosci zmjerzono w tych' samych warunkach cisnienia i temperatury. Rozwiazanie Zakladamy, równanie:

ze rozpatrywany

zwiazek ma wz&

CxHy'

Ukladamy

+

CXHy + Oz -. COz HzO stosunek objetosciowy 1 : 2 : 1 : 2 Stosunek objetosciowy jest równy stosunkowi molowemu, a wiec okresla' wspólczynniki poprzedzajace symbole substancji w równaniu chemicznym

l CxHy

+

2.0z

-.

l

1 COz

+

2 HzO

Po prawej stronie równania jest atom wegla, zatem po lewej tez musi 1. Po prawej stronie równania sa 4 atomy wodoru, byc 1, stad x zatem i po lewej musza byc 4, stad y 4

=

=

CH4 + 2 Oz -. COz + 2 HzO Odpowiedz: Wzór sumaryczny zwiazku: CH4•

3.56. Podczas reakcji 2 objetosci pewnego gazu z 1 objetoscia tlenu otrzymano 2 objetosci trójtlenku siarki (S03)' Pomiary wykonano w tych samych warunkach cisnienia i temperatury. Jaki jest wzór ,o" chemiczny badanego gazu? 3.57. Podczas reakcji 2 objetosci pewnego gazu z 4 objetosciami wodoru otrzymano 1 objetosc azotu i 4 objetosci pary wodnej. Pomiary 48

wykonano w tych samych warunkach cisnienia i temperatury. Jaki jest wzór chemiczny badanego gazu? , 3.58. Ustalic wzór sumaryczny tlenku chJoru, wiedzac, ze 2 objetosci tego gazu rozkladaja sie, tworzac 2 objetosci chloru i 1 objetosc tlenu, a wszystkie objetosci odniesione sa do tych samych warunków cisnienia i temperatury. : 359. Dwie objetosci siarkowodoru reaguja z 3 objetosciami tlenu, tworzac 2 objetosci pary wodnej i '2 objetosci pewnego gazu. Ustalic wzór chemiczny tego gazu. Podane objetosci odnosza sie do tych samych warunków cisnienia i temperatury. *3.60. Ustalic wzór czasteczki tlenku azotu, który powstaje w reakcji katalitycznego utleniania amoniaku (NH3), wiedzac, ze na kazdy dm3 a~oniaku zuzywa sie, w tych samych warunkach, cisnienia i temperatury, 1,25 dm3 tlenu i powstaje dm3 tlenku azotu i para wodna. *3.61. Tlen wystepuje w pewnych warunkach w postaci odmiany alotropowej zwanej ozonem. Odmiany alotropowe tlenu róznia sie od , siebie liczba atomów w czasteczce. Obliczyc, z ilu atomów tlenu sklada si~ czasteczka ozonu, jezeli gestosc ozonu w warunkach normalnych wynosi 2,14 g/dm3. '3.62. Obliczyc, z ilu atomów sklada sie czasteczka fosforu w stanie pary, jezeli reaguje on z tlenem w stosunku objetosciowym 1 : 5 (fosfor do tlenu), a produktem'reakcjijest tlenek fosforu(V) PzOs' *3.63. Z ilu atomów sklada sie czasteczka siarki w stanie pary, jezeli jedna objetosc par siarki reaguje z 8 objetosciami tlenu dajac dwutlenek siarki? Podane objetosci odnosza sie do tych samych warunków cisnienia i temperatury. *3.64. Dwie objetosci pewnego tlenku azotu reaguja z 4 objetosciami wodoru, dajac jedna objetosc azotu i 4 objetosci pary wodnej. Pomiary objetosci wykonano w temperaturze 400 K pod cisnieniem 500000 Pa. Ustalic wzór redukowanego tlenku azotu.

l

3.5. USTALANIE WZORU CHEMICZNEGO NA PODSTAWIE 3TOSUNKU WAGOWEGO REAGENTOW Przyklad 3.6 0,287 g substancji zawierajacej wegiel, wodór i tlen spalono,otrzymujac 0,468 g dwutlenku wegla i 0,159 g wody. Ustalic wzór empiryczny. 49

Rozwiazanie

Wypisujemy wielkosci dane i ustalamy wagowy stosunek stechio-

Reakcja przebiega wedlug schematu ogólnego: C"H,Of

+

Oz -+ COz

+

HzO

Do ustalenia wzoru empirycznego (patrz przyklad 3.4) C"H,Of niezbedna jest znajomosc stosunku wagowego pierwiastków (niekoniecznie w formie stosunku zawartosci procentowych). Z równania reakcji wynika, ze wegiel zawarty w C"H,Of przechodzi w COz' a wodór . 12; 0,468 w HzO. 0,468 g COz zawIera 44 g 0,128 g ~egla. 159 g

metryczD;y wegla do zelaza wielkosci dane: równanie chemiczne: 2 Fe"O, stosunek stechiometryczny: Ukladamy równanie:

stad . 2 w y zawIera próbce o masie zawiera (0,287 12x ly

=,

"0,159 0018 d II "tl .... g wo oru. osc enu w wYJscloweJ 18 g 0,287 g obliczamy z bilansu masy. Spalona próbka 0,141 g tlenu. Zatem ' 0,128 - 0,018) g

~

= 14 .

y

2·

12 112

14 g 2x Fe

+

y COz

(2x. 56) g

=~

14

= 0,75 = ~ 1

4

Odpowiedz: Wzór empiryczny: Fe304• Uwagi: Zadanie mozna tez rozwiazac metoda pokazana w przykladzie

=

= 0,128 stad ~ = 0,592 '" 0,6 = ~= ~ 0,018 ' Y 1 '" 1 5 10 d'~ = 1,21 '" ~ 12x = 0,128 16z 0,141' sta y 1 '" 5 z = 6: 10: 5. Wzór empiryczny C6H100snie musi byc

-+

(12y) g 12y 112x

=

od

+

2g y C

3.6 przyjmujac, ze tlen z Fe"O, przechodzi ,z

2

12

gl . . 2· g we a, zawIera WIeC

32

tl genu

w COz' który powstal

.d It ;

Przyklad 3.8 Obliczyc wartosciowosc manganu w soli powstajacej podczas reakcji 10 g manganu z kwasem, jezeli wydzielilo sie 0,364 g wodoru.

zatem x: y: wzorem rzeczywistym (sumarycznym). Pomiar masy czasteczkowej rozstrzyga, który z wzorów szeregu C6H100S' ClzHzoOl0 itd. jest wzorem rzeczywistym.

Rozwiazanie

Przyklad 3.7

Zakladamy, ze wartosciowosc manganu wynosi x. Poniewaz nie wiemy, jaki kwas zostal uzyty do doswiadczenia, musimy posluzyc sie wzorem ogólnym HnR (n - liczba atomów wodoru, R - reszta kwasowa, o wartosciowosci n). W celu ulozenia ogólnego równania

Do zredukowania próbki pewnego tlenku zelaza zuzyto 2 g wegla i otrzymano 14 g czystego zelaza oraz dwutlenek wegla. Ustalic wzór empiryczny.

reakcji ustalamy jeszcze wzór powstajacej soli. Wzór MnnR" (gdzie x - szukana wartosciowosc manganu) nie uwzglednia soli, w których wartosciowosc manganu i wartosciowosc reszty kwasowej maja wspól-

Rozwiazanie

ny dzielnik. Poprawny wzór ogólny ma postac: MngRi' gdzie a jest najwiekszym wspólnym dzielnikiem dla wartosciowosci manganu x i wartosciowosci reszty kwasowej n. Ukladamy ogólny schemat równania:

Odpowiedz: Wzór empiryczny: C6HlOOS'

"

, . Przyjmujemy ogólny wzór tlenku zelaza Fe"O, i ukladamy równanie ogólne, dobierajac kolejno wspólczynniki wyrównujace: 1. Liczbe atomów tlenu 2 Fe"O, + C -+ Fe + y COz 2. Liczbe atomów wegla 2 Fe"O, + y C-+ Fe, + y COz 3. Liczbe atomów zelaza 2 Fe"O, :+ y C -+ 2x Fe + y COz 50

Mn

+

n

HnR -+ MnnR
Dobieramy kolejno wspólczynniki wyrównujace: I

51

Uwagi:

1) liczbe moli atomów manganu (~ atomów w molu soli po prawej stronie równania, zatem ~ mola atomów musi brac udzial w reakcji) ; 2) liczbe moli reszt kwasowych (~ po prawej stronie równania,

=

zatem ~a moli kwasu bralo udzial w reakCji); 3) liczbe moli atomów

x

I"

wodoru (po lewej stronie równania

I'

x

.

d .I

.

-a . n mo I atomow, zatem -a , n mo I atomow wy Zle a SIe w postacI moli czasteczek dwuatomowych H2) n x - Mn + - H R -+ Mn R a a ng ~

xn

+ -2a

jest

Przyklad 3.9

. xn

Obliczyc mase atomowa trójwartosciowego metalu, wiedzac, ze w reakcji 10 g tego metalu z kwasem wydzielilo sie 4,8 dm3 wodoru odmierzonego w warunkach normalnych.

-2 a

. Rozwiazanie H

2

.

Wypisujemy wielkosci dane i ustalamy wagowy stosunek stechiometryczny metalu do wodoru: wielkosci dane:

10 g

równanie chemiczne:

!! a Mn + ~ a HnR

stosunek . stechiometryczny:

0,364 g -+ MnnR;I ii a

!! , 55 g a

1. Przyklad udowadnia matematycznie, ze rodzaj kwasu (protonowosc) nie wplywa na ilosc tworzacego sie wodoru. 2. Zapisanie ogólnego wzoru soli (lub innego zwiazku) z uwzglednieniem dzielnika a musi doprowadzic w koncowej fazie obliczen do wyeliminowania parametru a z równania. Zakladajac na poczatku, ze wzór ogólny ma postac MnnRx' otrzymamy identyczny wynik liczbowy: :Je 2, lecz nie kazda sól manganu(II) ma wzór ogólny MnnR2•

+

n2x a H2

(~:. 2.1)

g

Przyjmujemy wzór ogólny kwasu HnR (n -

ru, R -

.

reszta kwasowa n-wartosciowa)

liczba atomów wodo-

li

n

i wzór ogólny . soli Mna R.3. . a

(M - symbol metalu, a - najwiekszy wspólny dzielnik dla wartosciowosci metalu i reszty kwasowej). Ukladam} ogólny schemat równania, dobierajac kolejno wspólczynniki wyrównujace liczbe moli atomów metalu, liczbe moli reszt kwasowych, a na koncu liczbe moli atomów wodoru. Wypisujemy wielkosci dane i ustalamy stosunek stechiometryczny, oznaczajac szukana mase atomowa przez x . wielkosci dane: równanie chemiczne:

Ukladamy równani~:

10 g n -a M

4,8 dm3 3n

3

+ -a HnR

-+ MnnR.3. a a +

-2

a H2

n

- . 55

------a 10

0,364

stechiometryczny: stosunek

n _·X

=

parametrów

n oraz a i rozwiazaniu

równania

Odpowiedz: Wartosciowosc manganu w powstajacej soli wynosi 52

g

(~: ' 22,4) dm~

Ukladamy równanie:

a

Po wyeliminowaniu 2. otrzymamy x

()~ 'x

n.

10 4,8

n -·x a 3n 2a

22,4

S3

Po wyeliminowaniu ,parametrów n oraz a i rozwiazaniu równania otrzymamy x 70, cc;>oznacza, ze masa mola metalu wynosi 70 g, a zatem masa atomowa 70u (gal).

*3.76. Wykres na rysunku 3.1 ilustruje stosunki ilosciowe syntezy pewnego tlenku fosforu. Ustalic wzór, empiryczny tego tlenku.

=

Odpowiedz: Masa atomowa metalu wynosi 70 u. 3.65. Calkowite spalenie pewnej ilosci weglowodoru dalo 0,66 g CO2 oraz 0,36 g H20. Obliczyc wzór empiryczny weglowodoru. 3.66. Ze spalenia 4 g weglowodoru o masie mola 40 g otrzymano 13,2 g dwutlenku wegla. Obliczyc wzór rzeczywisty. 3.67. Podczas utleniania pewnego siarczku miedzi otrzymano 4 g CuO i 1,6 g S02' Ustalic wzór empiryczny siarczku miedzi. 3.68. Ze spalenia 19 g zwiazku zawierajacego wegiel i siarke otrzymano 32 g dwutlenku' siarki. Ustalic wzór empiryczny spalonego zwiazku. *3.69. Spalenie zwiazku zawierajacego wegiel, wodór i siarke dal,o 2,64 g CO2, 2,16 g H20 i 3,84 g S02' Masa czasteczkowa badanego zwiazku wynosila 48 u. Ustalic wzór rzeczywisty. ' *3.70. Redukujac próbke pewnego tlenku manganu za pomoca wegla otrzymano 2,5 g czystego metalu 0,678 dm3 dwutlenku wegla (warunki normalne). Ustalic wzór empiryczny redukowanego tlenku. *3.71. Do zredukowania próbki pewnego tlenku chromu zuzyto 10 dm3 wodoru (warunki normalne). Otrzymano 7,74 g czystego metalu. Ustalic wzór empiryczny redukowanego tlenku. *3.72. Redukujac 27g tlenku dwuwartosciowego metalu otrzymano czysty metai i 7,86 dm3 tlenku wegla odmierzonego w temperaturze 291 K pod cisnieniem 1026 hPa. Ustalic wzór redukowanego tlenku. *3.73 Do zredukowania próbki pewnego tlenku manganu zuzyto 4,38 dm3 wodoru (291 K; 986 hPa). Otrzymano 2,81 g czystego metalu. Ustalic wzór rzeczywisty redukowanego tlenku, wiedzac, ze wzór empiryczny jest równOczesnie wzorem rzeczywistym. *3.74. Redukujac 0',25 mola pewnego tlenku zelaza zuzyto 12 g, wegla. Otrzymano 42 g 'zelaza i tlenek wegla. Ustalic wzór sumaryczny redukowanego tlenku. **3.75. Do zredukowania 1 mola tlenku uranu o masie czasteczkowej 842 u zuzyto 179,2 dm3 wodoru (warunki normalne). Produktem redukcji byly: uran i woda. Ustalic wzór sumaryczny redukowanego tlenku.

I

././

.//V

/

./

;;- 40

~ c ~

30 20

10

2 fosfor

3 [mol)

Rys. 3.1

3.77. Obliczyc wartosciowosc baru w zwiazku powstajacym podczas reakcji 2,74 g baru z woda, jezeli wydzielilo sie 0,04 g wodoru. ' 3.78. Obliczyc wartosciowosc uranu w soli powstajacej 'podczas reakcji 0,1 g uranu z kwasem, jezeli wydzielilo sie 18,8 cm3 wodoru (warunki normalne).

i

54

.

50I ""

*3.79. Obliczyc wartosciowosc galu w soli powstajacej PQdczas re8.kcji 0,5 g galu z kwasem, jezeli otrzymano 265 ,cm3 wodoru .odmierzonego w temperaturze 298 K pod cisnieniem 1002 hPa. 3.80. Obliczyc mase atomowa jednowartosciowego metalu, jezeli w reakcji 4,08 g tego metalu z kwasem wydzielilo sie 224 cm3 waPoru (warunki normalne). *3.81. Wodorek pierwiastka EH2

+

E reaguje

z woda wedlug równania:

2 H20 -+ E(OH)2

+

2 H2

Z f g wodorku powstaje 1,07 dm3 wodoru (warunki normalne). Ustalic nazwe pierwiastka E. I,

3.82. Obliczyc mase atomowa dwuwartosciowego metalu, jezeli w reakcji 2 g tego metalu z kwasem wydzielilo sie 0,8 dm3 wodoru (warunki normalne). *3.83. Obliczyc mase atomowa czterowartosciowego metalu wiedzac. ze w reakcji 0,2 g tego metalu z kwasem otrzymano 195 cm3 wodoru odmierzonego w temperaturze 285 K pod cisnieniem normalnym. 55

!

**3.84. Jaka jest srednia wartosc indeksu stechiometrycznego n w mieszaninie wodoropolisiarczków o wzorze H2Sn, jezeli do spalenia pewnej ich próbki zuzyto 6 milimoli tlenu czasteczkowego, otrzymujac w produktach 5 milimoli dwutlenku siarki? **3.85. 100 mg pewnego metalu w reakcji z kwasem solnym dalo chlorek o masie mola 233 g oraz 49,2 cm3 wodoru (w przeliczeniu na warunki normalne). Jaki to metal? 3.6. STECHIOMETRIA

HYDRATÓW

3.86. Obliczyc procent wody hydratacyjnej w CuS04 • 5 H20. dm3hydroksoweglanu cynku *3.87. Ile procent cynku zawiera 2 ZnC03 • 3 Zn(OH)2 . H20? 3.88. Ustalic wzór hydratu siarczanu(VI) sodu, jezeli zawiera on 47% wody.

l

3.89. Soda krystaliczna zawiera 63% wody. Ile czasteczek wody przypada na jedna czasteczke Na2C03? 3.90. Ustalic wzór chemiczny hydratu wodoroSIarczku wapnia zawierajacego 50,4% wody.' .

Przyklad 3.10

3.91. Obliczyc liczbe czasteczek wody hydratacyjnej KCl· MgCl2 . nH20 , jezeli zawiera on 39% wody.

Ustalic wzór chemiczny hydratu chlorku wapnia, jezeli wiadomo, ze zawiera on 49,3% wody.

3.92. Ustalic wzór chemiczny hydratu chlorku wapnia zawierajacego 27,2% wapnia.

Rozwiazanie

*3.93. Sól M(NHJ2(SOJ2

Sposób I Wzór hydratu chlorku wapnia mozna zapisac w formie ogólnej: CaCl2 . x H20, gdzie x stanowi liczbe moli czasteczek wody przypadajaCa na l mol CaClr Celem zadania jest obliczenie wartosci x. 100 g 50,7 g CaCI2. 49,3 g hydratu zawiera 49,3 wody i (100 :..- 49,3) g 49,3 50,7 2,7 mola, 50,7 g CaCl2 to 111 0,45 mola. H20 to 1."8

= =

=

liczba moli H20 liczba moli CaCl2

= 0,45 2,7 '

~

l'

x

stad

=6

Odpowiedz: Wzór chemiczny hydratu chlorku wapnia: CaCli . 6 H20.

n

Sposób Mozna wykorzystac system stosowany do ustalania wzorów sumarycznych przy znanym stosunku wagowym skladników (patrz przyklad 3.4), zapisujac wzór hydratu w postaci A"By' gdzie A i B stanowia opowiednie fragmenty wzoru (grupy symboli). CaCI2 . x H20 zapisujemy w formie (CaCI2)1 (H 20)". Procent CaCl2 wyniesie 100% - 49,3% .:..-50,7%. Masa mola CaCl2 wynosi 111 g, a H20 18 g. zatem Hl

g . 1_ -

50,7 49,3'

J

d sta

Odpowiedz: Wzór hydratu: CaCl2 . 6 H20. 56

x -

6

,to metal?

w karnalicie

. 6 H20 zawiera 14,3% metalu M. Jaki

**3.94. 5 g uwodnionego siarczanu(VI) glinu rozpuszczono w wodzie i caly zawarty w nim glin, wytracono ilosciowo w postaci AlAsO 4 o masie 2,5 g. Obliczyc liczbe moli wody hydratacyjnej przypadajacej na mol siarczanu(VI) glinu.

l

**3.95. Z iloma czasteczkami hydrat zawiera 40,8% P20S?

wody krystalizuje

MgHP04,

jezeli