Zadania z rozwiązaniami Reakcje substratów zmieszanych w stosunku stechiometrycznych i niestechiometrycznych Zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 W czystym tlenie amoniak spala się wg równania: 4 NH3(g) + 3 O2(g)  2 N2(g) + 6 H2O(c) W 13 dm3 mieszaniny amoniaku i tlenu (warunki normalne) zainicjowano reakcję spalania, po reakcji w tych samych warunkach temp. i ciśnienia objętość produktów gazowych wyniosła 5,5 dm3, a po przepuszczeniu ich przez płuczkę wodną objętość zmalała do 3 dm3. Oblicz objętość amoniaku użytego w reakcji. Analiza i założenia do zadania: azot jest gazem praktycznie nierozpuszczalnym w wodzie, natomiast amoniak rozpuszcza się bardzo dobrze, stąd VN2 = 3 dm3

Zadanie 1- rozwiązanie Interpretacja objętościowo-masowa równania reakcji: 4 NH3(g) + 3 O2(g)  2 N2(g) + 6 H2O(c) 4 ∙ 22,4dm3 + 3 ∙ 22,4dm3  2 ∙ 22,4dm3 + 6 ∙ 18g Objętość mieszaniny poreakcyjnej: VN2 + VNH3 = 5,5 dm3 Objętość NH3 i N2 po przepuszczeniu gazów przez płuczkę: VN2 = 3dm3 , VNH3 = 5,5dm3 – 3dm3 = 2,5dm3 Obliczenie V amoniaku, który uległ spaleniu: 89,6 dm3 NH3 -------------- 44,8 dm3 N2 x -------------- 3,0 dm3 N2 x = 6 dm3 NH3 Obliczenie V amoniaku w mieszaninie reakcyjnej: VNH3 = 6 dm3 + 2,5 dm3 = 8,5 dm3

Zadanie 2 Objętość mieszaniny gazów metanu, propanu i tlenku węgla(II) wynosiła 10,0 dm3. Po całkowitym spalaniu mieszaniny otrzymano 14 dm3 tlenku węgla(IV). Oblicz w procentach objętościowych zawartość propanu. Analiza i założenia do zadania: Objętości gazów: VCH4 = x; VCO = 10dm3 – (x+y); VC3H8 = y Objętości CO2 po spaleniu jednej objętości gazów w mieszaninie: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O / 1 V, 2 CO + O2  2 CO2 / 1 V, C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O / 3 V

Zadanie 2 - rozwiązanie xCH4 + 10 dm3 – (x + y) CO + 3yC3H8  14 dm3 CO2 x + 10dm3 – x – y + 3y = 14 dm3 2y = 14 dm3 - 10dm3 = 4 dm3 y = 2 dm3 propanu Obliczenie procentowej objętości zawartości propanu: 10 dm3 ---------------- 100% 2 dm3 ---------------- x x = 20%

Zadanie 3 20cm3 mieszaniny gazów zawierającej azot, metan i tlenek węgla(II) spalono w 80cm3 tlenu. Mieszaninę poreakcyjną schłodzono a jej objętość wyniosła 79cm3, natomiast po przepuszczeniu jej przez roztwór KOH objętość zmalała do 61cm3. Podaj w procentach objętościowych skład mieszaniny wyjściowej. Analiza i założenia do zadania: Azot jest gazem niepalnym, azot i tlen przechodzą całkowicie przez płuczkę, zmniejszenie objętości po schłodzeniu jest efektem skroplenia wody, w płuczce jest pochłonięty tylko tlenek węgla(IV) pochodzący ze spalenia tlenku węgla(II) i metanu: CO2 + 2 K+ + 2 OH-  2 K+ + CO32- + H2O

Zadanie 3 – rozwiązanie Obliczenie objętości CO2 – z jednakowych objętości metanu i tlenku węgla(II) powstają takie same ilości CO2. stąd jest jednocześnie łączna objętość metanu i tlenku węgla(II) VCH4 + VCO = VCO2 = 79 cm3 – 61 cm3 = 18 cm3. Obliczenie objętości i procentu objętościowego azotu w mieszaninie: VN2 = 20 cm3 - 18 cm3 = 2 cm3 20 cm3 --------------- 100% 2 cm3 --------------- x x = 10%

Zadanie 3 – rozwiązanie / cd Obliczenie objętości O2 – w mieszaninie poreakcyjnej: objętości tlenu zużytego do spalenia metanu i CO: VO2 = 61 cm3 - VN2 = 61 cm3 – 2 cm3 = 59 cm3. Obliczenie objętości O2 zużytego do spalenia metanu i CO: VO2 = 80 cm3 - 59 cm3 = 21 cm3. Obliczenie objętości o metanu i tlenku węgla(II) do spalenia CO zużyto ½ tlenu z objętości CO, tj. ½ ∙ (18 cm3 – x), do spalenia metanu zużyto 2 objętości metanu , tj. 2 x stąd: 2 x + ½ ∙ (18 cm3 – x) = 21 cm3 1,5x = 12 cm3 ; x = 8 cm3 = VCH4 VCO = VCO2 – VCH4 – VN2= 20 cm3 – 8 cm3 – 2cm3 = 10 cm3

Zadanie 3 – rozwiązanie / cd Obliczenie objętości procentowej zawartości metanu i tlenku węgla(II): % objętościowy metanu 20 cm3 ----------- 100% 8 cm3 ------------- x x = 40% % objętościowy tlenku węgla(II) 10 cm3 ------------- x x = 50% Odp.: %N – 10%; %CO – 50%; %CH4 – 40%.

Zadanie 4 Mieszanina gazów (warunki normalne) składa się z równomolowych ilości tlenku węgla(II), tlenku węgla(IV), wodoru i azotu. Oblicz masę tej części mieszaniny, w której znajduje się 10 dm3 gazów niepalnych. Analiza i założenia do zadania: gazami niepalnymi w mieszaninie są azot i tlenek węgla(IV), na 10dm3 w przypadku gazów niepalnych przy równomolowych ilości znajduje się: VCO2 = 5 dm3, VN2 = 5 dm3, całkowita objętość mieszaniny: Vc=VH2+VCO +VCO2+VN2= 5dm3+5dm3+5dm3+5dm3=20cm3

Zadanie 4 - rozwiązanie Obliczenia mas gazów w mieszanina gazów: mH2 = MH2 ∙ VH2 : 22,4 dm3/mol = 2 g/mol ∙ 5 dm3 : : 22,4 dm3/mol = 0,45 g mN2 = MN2 ∙ VN2 : 22,4 dm3/mol = 28 g/mol ∙ 5 dm3 : : 22,4 dm3/mol = 6,25 g mCO = MCO ∙ VCO : 22,4 dm3/mol = 28 g/mol ∙ 5 dm3 : : 22,4 dm3/mol = 6,25 g mCO2 = MCO2 ∙ VCO2 : 22,4 dm3/mol = 44 g/mol ∙ 5 dm3 : : 22,4 dm3/mol = 9,82 g Obliczenie masy całkowitej 20dm3 mieszaniny gazów, w której gazy niepalne zajmują 10dm3 (warunki normalne): mc = mH2 + mN2 + mCO + mCO2 = 0,45 g + 6,25 g + 6,25 g + + 9,82 g = 22,77g

Zadanie 5 Mieszanina zawiera 25% objętościowych chloru i 75% objętościowych wodoru. Podaj skład tej mieszaniny w procentach masowych. analiza i założenia do zadania: należy przyjąć określoną objętość mieszaniny, np. 1 dm3 każdy z gazów w tej objętości zajmuje objętość odpowiadającą jego procentowego udziału: VH2 = 1 dm3 ∙ 75% = 0,75 dm3 VCl2 = 1 dm3 ∙ 25% = 0,25 dm3 masa molowa wodoru MH2 = 2 g/mol, masa molwa chloru MCl2 = 71 g/mol

Zadanie 5 – rozwiązanie Rozwiązanie zadania: obliczenie masy wodoru: mH2 = MH2 ∙ VH2 : 22,4 dm3/mol = 2 g/mol ∙ 1 dm3 ∙ 0,75 : : 22,4 dm3/mol = 0,067 g Obliczenie masy chloru: mCl2 = MCl2 ∙ VCl2 : 22,4 dm3/mol = 71 g/mol ∙ 1 dm3 ∙ 0,25 : : 22,4 dm3/mol = 0,79 g Obliczenie masy całkowitej mieszaniny gazów: mc = mH2 + mCl2= 0,067 g + 0,79 g = 0,857 g Obliczenie zawartości procentowej masy gazów: 0,857 g -------- 100% 0,857 g -------- 100% 0,067 g -------- x 0,790 g -------- x x = 7,82% wodoru x = 92,18% chloru

Zadanie 6 Mieszaninę gazową zawierającą 2dm3 tlenu, 0,2dm3 chloru, 10dm3 wodoru umieszczono w eudiometrze i za pomocą iskry wywołano reakcje chemiczne (warunki normalne przed i po zajściu reakcji). Oblicz stężenie procentowe i molowe kwasu chlorowodorowego, którego gęstość wynosi 1,082g/cm3. analiza i założenia do zadania: H2(g) + Cl2(g)  2HCl(g) 22,4dm3 + 22,4dm3  73g 2H2(g) + O2(g)  2H2O(c) 44,8dm3 + 22,4dm3  36g HCl(g) + H2O(c)  H3O+(c) + Cl-(c)

Zadanie 6 – rozwiązanie Rozwiązanie zadania – wodór w reakcji w nadmiarze: obliczenie masy wody po reakcji: 22,4 dm3 O2 ------- 36 g H2O 2,0 dm3 O2 ------- x x = 3,2 g Obliczenie liczby moli i gramów chlorowodoru: 22,4 dm3 Cl2 ------- 73 g HCl 0,2 dm3 Cl2 ------- x x = ms = 0,65 g 22,4 dm3 Cl2 ------- 2 mole HCl x = n = 0,01785 mola

Zadanie 6 – rozwiązanie / cd obliczenie masy roztworu: mr = mH2O + mHCl = 3,2 g + 0,65 g = 3,85 g obliczenie stężenia procentowego roztworu kwasu: obliczenie stężenia molowego roztworu kwasu: lub – obliczenie objętości roztworu i stężenia:

Zadanie 7 Na stop glinu i cynku o masie 1g podziałano stężonym roztworem NaOH, otrzymując 1,12dm3 wodoru (warunki normalne). Oblicz skład procentowy stopu. Analiza i założenia do zadania: Zawarty w stopie glin i cynk wchodzą w reakcje z roztworem zasady sodowej, wg równań reakcji, w obu przypadkach produktem gazowym jest wodór: Zn + NaOH + 2 H2O  [Zn(OH)3]Na + H2 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O  2 [Al(OH)4]Na + 3 H2 masa Zn: mZn = x; ilość wodoru: VH2 = y masa Al: mAl = 1g – x; ilość wodoru: VH2 = 1,12 dm3 - y

Zadanie 7 – rozwiązanie Rozwiązanie zadania: obliczenie objętości wodoru w reakcji z cynkiem: 65,4 g Zn ----------- 22,4dm3 H2 x ------------ y y ≈ 0,34 ∙ x dm3/g obliczenie ilości g glinu przy wydzieleniu1,12dm3 – y H2: 54 g Al --------------- 67,2 dm3 H2 1g – x --------------- 1,12dm3 – y x ≈ 0,1 g + 0,8 g/dm3 ∙ y obliczenie masy cynku w stopie: x ≈ 0,1g + 0,8g/dm3 ∙ y ≈≈ 0,1g + 0,8g/dm3 ∙ 0,34 ∙ x dm3/g ≈ ≈ 0,14g = mZn

Zadanie 7 – rozwiązanie / cd obliczenie masy glinu: mAl = 1 g – x = 1g – mZn = 1 g – 0,14 g = 0,86 g obliczenie procentowego składu stopu glinu i cynku: 1 g ------- 100% 0,14 g Zn ------- x x = 14,0 % cynku 1 g ------- 100% 0,86 g Al ------- x x = 86,0 % glinu

Zadanie 8 Mieszaninę BaCO3 i CaCO3 o masie 2,97g poddano wyprażeniu, w wyniku prażenia otrzymany tlenek węgla(IV) w warunkach normalnych zajął objętość 0,448 dm3. Oblicz i podaj skład mieszaniny węglanów w procentach masowych. Analiza i założenia do zadania: Z jednego mola BaCO3 i z 1 mola CaCO3 powstaje taka sama ilość CO2 tj. 22,4dm3: BaCO3 / CaCO3  BaO / CaO + CO2 mBaCO3 = x ; VCO2/BaCO3 = y; MBaCO3 = 197g/mol mCaCO3 = 2,97g – x; VCO2/CaCO3 = 0,448dm3 – y; MCaCO3 = 100g/mol

Zadanie 8 – rozwiązanie Rozwiązanie zadania (w obliczeniach częściowo pominięto niektóre jednostki): Obliczenie masy BaCO3 i CaCO3: 197 g BaCO3 ------------- 22,4 dm3 x -------------- y x = 8,8 ∙ y stąd y ≈ 0,114 ∙ x 100 g CaCO3 --------------- 22,4 dm3 2,97 g – x --------------- 22,4 dm3 – y 2,97 g – x --------------- 22,4 dm3 – 0,114 ∙ x x = 1,97 g BaCO3 mCaCO3 = 2,97 g – mBaCO3 1= 2,97g – 1,97 g = 1 g

Zadanie 8 – rozwiązanie / cd Obliczenie procentowego udziału węglanów w mieszaninie: 2,97 g --------- 100% 1,97 g BaCO3 -------- x x = 66,3 % 1,00 g CaCO3 -------- x x = 33,7 %

Zadanie 9 Po wrzuceniu 11,8g stopu glinu z miedzią do naczynia z stężonym kwasem chlorowodorowym wydzieliło się 6,72 dm3 gazu (warunki normalne). Oblicz stosunek molowy miedzi do glinu w stopie. Analiza i założenia do zadania: miedź reaguje wyłącznie z kwasami silnie utleniającymi, stężonym H2SO4, stężonym lub rozcieńczonym HNO3, nie reaguje z kwasem chlorowodorowym, z kwasem chlorowodorowym reaguje wyłącznie glin, produktem gazowym jest wodór: 2 Al + 6 HCl  2 AlCl3 + 3 H2 2 mole/54g + 6 moli  2 mole + 3 mole/3 ∙ 22,4dm3

Zadanie 9 - rozwiązanie obliczenie masy i liczby moli glinu: 54g Al ------------------ 67,2 dm3 x ------------------ 6,72dm3 x = 5,4 g obliczenie masy i liczby moli miedzi: mCu = 11,8 g – 5,4 g = 6,4 g obliczenie stosunku molowego metali w stopie: mCu : mAl = 0,1 mol : 0,2 mol = 1 : 2

Zadanie 10 W trakcie prażenia węglanu wapnia z krzemionką wydziela się CO2 i powstaje metakrzemian(IV) wapnia. W otwartym naczyniu 32g równomolowej mieszany tych związków poddano ogrzaniu, ogrzewanie po pewnym czasie przerwano i pozostałość ostudzono, masa pozostałości wyniosła 25,4g. Podaj skład mieszaniny po reakcji w procentach masowych. Analiza i założenia do zadania: CaCO3 + SiO2  CaSiO3 + CO2 Ubytek masy mieszaniny wynika wyłącznie z wydzielonego CO2, MCaCO3 = 100 g/mol, MCaSiO3 = 116 g/mol, MSiO2 = 60 g/mol, MCO2 = 44 g/mol.

Zadanie 10 – rozwiązanie Obliczenie masy związków w mieszaninie przed reakcją, gdzie x – liczba moli: 100 g/mol CaCO3 ∙ x + 60 g/mol SiO2 ∙ x = 32 g; x = 0,2 mol mCaCO3 = MCaCO3 ∙ x = 100 g/mol ∙ 0,2 mol = 20 g mSiO2 = MSiO2 ∙ x = 60 g/mol ∙ 0,2 mol = 12 g Obliczenie masy wydzielonego CO2 i rozłożonego CaCO3: mCO2 = 32 g – 25,4 g = 6,6 g 100 g CaCO3 ------------ 44,0 g CO2 x ------------ 6,6 g CO2 x = 15 g

Zadanie 10 – rozwiązanie / cd obliczenie masy CaCO3 po przerwaniu reakcji: mCaCO3 = 20 g – 15 g = 5g obliczenie masy SiO2, która uległa reakcji: 100 g CaCO3 ------------ 60 g SiO2 15 g CaCO3 ------------ x x = 9 g obliczenie masy SiO2 po przerwaniu reakcji: mSiO2 = 12 g – 9 g = 3 g obliczenie masy otrzymanego CaSiO3: 100 g CaCO3 ------------ 116 g CaSiO3 x = 17,4 g

Zadanie 10 – rozwiązanie /cd obliczenie procentowego udziału mas związków w mieszaninie poreakcyjnej: m = mCaCO3 + mSiO2 + mCaSiO3 = 5 g + 3 g = 17,4 g = 25,4 g 25,4 g ------ 100 % 5,0 g CaCO3 ------ x x = 19,7 % 25,4 g ------ 100 % 3,0 g SiO2 ------ x x = 11,8 % 25,4 g ------ 100 % 17,4 g CaSiO3 ------ x x = 68,5 %

Zadanie 11 Do całkowitego rozpuszczenie mieszaniny magnezu i tlenku magnezu zużyto 272,9 cm3 15% roztworu kwasu chlorowodorowego o gęstości 1,07 g/cm3, otrzymany gaz w warunkach normalnych zajął objętość 8,96 dm3. Podaj skład wyjściowej mieszaniny magnezu i tlenku magnezu w procentach masowych. Analiza i założenia do zadania: otrzymany gaz pochodzi wyłącznie z reakcji magnezu z kwasem chlorowodorowym; Mg + 2 HCl  MgCl2 + H2 1 mol(24 g) + 2 mol(73g)  1 mol + 22,4 dm3 MgO + 2 HCl  MgCl2 + H2O 1 mol(40g) + 2 mol(73g)  1 mol + 1 mol

Zadanie 11 – rozwiązanie obliczenie masy roztworu kwasu HCl i masy HCl zawartej w tym roztworze, która przereagowała z magnezem i tlenkiem magnezu: mrHCl = Vr ∙ dr = 272,9 cm3 ∙ 1,07 g/cm3 = 292 g obliczenie masy magnezu, który przereagował z HCl: 24 g Mg --------- 22,40 dm3 H2 x ---------- 8,96 dm3 H2 x = 9,6 g = mMg

Zadanie 11 – rozwiązanie / cd obliczenie masy HCl, która przereagowała z Mg: 24,0 g Mg ------- 73g HCl 9,6 g Mg ------- x x = 29,2 g obliczenie masy HCl, która przereagowała z MgO: mHCl = 43,8 g – 29,2 g = 14,6 g obliczenie masy MgO w mieszaninie: 40g MgO --------- 73g HCl x --------- 14,6 g x = 8 g = mMgO

Zadanie 11 – rozwiązanie / cd Obliczenie masy całkowitej Mg i MgO w mieszaninie wyjściowej: mc = mMg + mMgO = 9,6 g + 8 g = 17,6 g obliczenie procentowego udziału masy Mg i MgO w mieszaninie wyjściowej: 17,6 g ------------ 100 % 9,6 g ------------ x x = 54,5 % Mg 17,6 g ------------- 100% 8,0 g ------------- x x = 45,5 % MgO

Zadanie 12 W celu otrzymania amoniaku przygotowani 1 dm3 mieszaniny wodoru i azotu (warunki normalne) o masie 0,66 g. Oblicz skład mieszaniny wyjściowej w procentach masowych i procentach objętościowych. Analiza i założenia do zadania: Gęstość molowa gazów w mieszaninie: VH2 = x (objętość wodoru); VN2= 1dm3 – x (objętość azotu)

Zadanie 12 - rozwiązanie obliczenie objętości H2 i N2 w 1 dm3 mieszaniny: x ------------- 0,089 g/dm3 0,571 ------ 1 dm3 - x 0,590 ------ x 0,66 g / dm3 1,161 ∙ x = 0,59 dm3 1 dm3 – x ------ 1,25 g/dm3 x = 0,508 dm3 = VH2 VN2 = V – VH2 = 1 dm3 – 0,508 dm3 = 0,492 dm3 obliczenie masy H2 i N2 w 0,66 g mieszaniny: mH2= VH2 ∙ dmol = 0,508 dm3 ∙ 0,089 g/dm3 = 0,045 g mN2= VN2 ∙ dmol = 0,492 dm3 ∙ 1,250 g/dm3 = 0,615 g

Zadanie 12 – rozwiązanie / cd obliczenie składu mieszaniny wyjściowej w procentach masowych: 0,660 g -------- 100 % 0,660 g -------- 100 % 0,045 g H2 ---- x 0,615 g N2 ---- x x = 6,8% H2 x = 93,2% N2 obliczenie składu mieszaniny wyjściowej w procentach objętościowych: 1,00 dm3 ---------- 100 % 1,00 dm3 ---------- 100 % 0,508 dm3 H2 ---- x 0,492 dm3 N2 ---- x x = 50,8 % H2 x = 49,2 % N2