Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

Átírás

1 Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat Sztöchiometriai számítások -titrálás: ld. : a 2. laborgyakorlat leírásánál Gáztörvények A kémhatás fogalma -ld.: a 2. laborgyakorlat leírásánál Honlap: Példatárak: Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Kiadó) Szakács László, Mörtl Mária, Knausz Dezső: Általános Kémiai Példatár (ELTE Eötvös Kiadó)

2 Sztöchiometriai számítások 1: titrálások 1A Egy ismeretlen mennyiségű NaOH-t tartalmazó mintából 100,0cm 3 törzsoldatot készítünk, majd a törzsoldat 10,00cm 3 -es részleteit 0,1M-os, f=1,015 faktorú HCl mérőoldattal titráljuk. Az átlagfogyás: 11,13 cm 3. Mekkora a törzsoldat koncentrációja, és hány mg NaOH volt az ismeretlen mintában?(ld. 2. laborgyakorlat leírása) A reakcióegyenlet : NaOH + HCl = NaCl + H 2 O Tehát: 1 mol HCl 1 mol NaOH-dal reagál; n NaOH =n HCl A HCl mérőoldat tényleges koncentrációja: c HCl *f=0,1mol/dm 3 *1,015=0,1015mol/dm 3 n HCl = c HCl *f*v HCl =0,1015 * (11,13/1000)dm 3 =1,130*10-3 mol A kipipettázott 10,00 cm 3 NaOH oldatban tehát ugyanennyi, 1,130*10-3 mol NaOH van A törzsoldat koncentrációja: c NaOH = n NaOH / V NaOH =1,130*10-3 mol/(10cm 3 )= 1,130*10-4 mol/cm 3 =0,1130 mol/dm 3 Az eredeti oldat 1/10-ét használtuk fel minden titrálásban (100cm 3 törzsoldatból 10 cm 3 -t pipettáztunk ki), ezért az eredeti oldatban 10*1,130*10-3 mol=1,130*10-2 mol NaOH volt. Ennek tömege a moláris tömeg felhasználásával kiszámítható: m NaOH-eredeti =nm=1,130*10-2 mol*40,0g/mol=0,4519g=451,9mg

3 Sztöchiometriai számítások 1: titrálások 1B Egy ismeretlen mennyiségű NaOH-t tartalmazó mintából 100,0cm 3 törzsoldatot készítünk, majd a törzsoldat 10,00cm 3 -es részleteit 0,1M-os, f=1,015 faktorú H 2 SO 4 mérőoldattal titráljuk. Az átlagfogyás: 11,13 cm 3. Mekkora a törzsoldat koncentrációja, és hány mg NaOH volt az ismeretlen mintában? A reakcióegyenlet : 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O Tehát: 1 mol H 2 SO 4 2 mol NaOH-dal reagál; n NaOH =2n H2SO4 A H 2 SO 4 mérőoldat tényleges koncentrációja: c H2SO4 *f=0,1mol/dm 3 *1,015=0,1015mol/dm 3 n H2SO4 = c H2SO4 *f*v H2SO4 =0,1015 * (11,13/1000)dm 3 =1,130*10-3 mol A kipipettázott 10,00 cm 3 NaOH oldatban tehát kétszer ennyi, 2,260*10-3 mol NaOH van A törzsoldat koncentrációja: c NaOH = n NaOH / V NaOH =2,260*10-3 mol/(10cm 3 )= 2,260*10-4 mol/cm 3 =0,2260 mol/dm 3 Az eredeti oldat 1/10-ét használtuk fel minden titrálásban (100cm 3 törzsoldatból 10 cm 3 -t pipettáztunk ki), ezért az eredeti oldatban 10*2,260*10-3 mol=2,260*10-2 mol NaOH volt. Ennek tömege a moláris tömeg felhasználásával kiszámítható: m NaOH-eredeti =nm=2,260*10-2 mol*40,0g/mol=0,9038g=903,8mg

4 Sztöchiometriai számítások 2. 0,75 g szőlőcukor oxidációjához hány cm 3 0,3 mol/dm 3 -es CuSO 4 oldatból készített Fehling reagens kell? Először fel kell írni, és rendezni a reakcióegyenletet! Fehling reakció: 2Cu 2+ + R-CHO + 4OH - = Cu 2 O + R-COOH +2H 2 O Tehát 1 mol aldehid (1 mol szőlőcukor) 2 mol Cu 2+ ionnal (2 mol CuSO 4 -tal) reagál A szőlőcukor képlete: C 6 H 12 O 6, moláris tömege: M=180 g/mol 0,75 g szőlőcukor anyagmennyisége n=m/m=0,75/180=0,00417mol Ha 1 mol szőlőcukor 2 mol CuSO 4 -tal reagál, akkor 0,00417 mol X mollal X= 2*0,00417=0,00833mol A CuSO 4 oldat térfogata: V oldat =n oldottanyag /c oldottanyag =0,00833/0,3= 0,0278dm 3 =27,8cm 3

5 Sztöchiometriai számítások 3. keverékek összetétele Egy alumínium-magnézium ötvözet tömeg%-os összetételét szeretnénk meghatározni. Az ötvözet 5,00 grammos darabját feleslegben vett sósavban feloldjuk, eközben 6,12dm 3 normál állapotú hidrogéngáz fejlődik. Hány tömeg% magnéziumot tartalmaz az ötvözet? Ebben a feladatban két ismeretlenünk van: nem tudjuk se az Al, se a Mg anyagmennyiségét az ötvözet-darabkában (pl. x mol Al és y mol Mg). Ahhoz, hogy mindkettőt kiszámoljuk, két egyenletből álló kétismeretlenes egyenletrendszert kell megoldanunk: 1. egyenlet: az ötvözet tömege a két komponens tömegének összege: m(al)=nm=x*27,0, 5=27x+24,3y m(mg)=nm=y*24,3 2. egyenlet: a képződő hidrogéngáz anyagmennyiségét a reakciók sztöchiometriája felhasználásával számíthatjuk ki: A rendezett reakcióegyenletek: Al +3HCl = 1,5H 2 + AlCl 3 Mg +2HCl = H 2 + Mg(Cl) 2 1 mol Al 1,5mol H 2 1mol Mg 1mol H 2 x mol Al 1,5*x mol H 2 y mol Mg y mol H 2 Normál állapotban 1 mol gáz 22,41dm 3 térfogatú, így a képződött 6,12dm 3 gáz 6,12/22,41=0,273 mol 0,243=1,5*x+y

6 Sztöchiometriai számítások 3. keverékek összetétele Egy alumínium-magnézium ötvözet tömeg%-os összetételét szeretnénk meghatározni. Az ötvözet 5,00 grammos darabját feleslegben vett sósavban feloldjuk, eközben 6,12dm 3 normál állapotú hidrogéngáz fejlődik. Hány tömeg% magnéziumot tartalmaz az ötvözet? Folytatás. Tehát egyenletrendszerünk: 1. 5=27x+24,3y 2. 0,243=1,5*x+y A 2. egyenletből: y=0,273-1,5x Ezt behelyettesítve az 1. egyenletbe: 5=27x+24,3*(0,273-1,5x) 5=27x+6, ,445x 9,45x=1,6339 és x=0,173 Tehát Al: x=0,173 mol, és m(al)=nm=0,173*27=4,668g volt a darabkában, ez a darad tömegének 4,668/5*100%=93,4%-a A magnéziumtartalom: ,4 = 6,6%

7 Gáztörvények (Tökéletes gázok) Boyle-Mariotte törvény p 1 V 1 =p 2 V 2 = konstans (T, n állandó) Gay-Lussac törvény p 1 /T 1 =p 2 /T 2 =konstans (n,v állandó) V 1 /T 1 =V 2 /T 2 =konstans (n,p állandó) Egyesített gáztörvény p 1 V 1 /T 1 =p 2 V 2 /T 2 (n állandó) Avogadro törvénye V~n (T, p állandó) Egyetemes gáztörvény pv=nrt T: Kelvin, (0 C = 273,14K) p és V vagy kpa és dm 3, vagy Pa és m 3 A moláris gázállandó R=8,314 J/(mol*K) Normál állapot: t=0ºc és p= Pa nyomáson, A moláris térfogat (1 mol gáz térfogata): 22,41 dm 3 /mol Standard állapot: t=25ºc és p= Pa nyomáson, A moláris térfogat (1 mol gáz térfogata): 24,5 dm 3 /mol

8 Sztöchiometriai számítások 4, + gáztörvény Klórgázt fejlesztünk tömény, 35 m/m%-os sósavból kálium permanganáttal. -Hány gramm sósav oldatra és hány gramm kálium permanganátra van szükségünk, ha 18 C-on és 100 kpa nyomáson pontosan 2 dm 3 klórgázt szeretnénk előállítani? -A képződő klórgázt 100 g vízben maradéktalanul elnyeletjük. Hány m/m%-os lesz az így képződött klóros víz? Először fel kell írni, és rendezni a reakcióegyenletet! 16 HCl + 2 KMnO 4 = 5 Cl MnCl KCl + 8 H 2 O Tehát 5 mol Cl 2 képződéséhez 2 mol KMnO 4 és 16 mol HCl kell 1 mol 2/5 mol 16/5 mol A képződő gáz: egyetemes gáztörvény alkalmazása: pv=nrt T: Kelvin, p és V vagy kpa és dm 3, vagy Pa és m 3 n=pv/rt=100*2/[8,314*(18+273)]=0,0827 mol n(kmno 4 )= 0,0827*2/5=0,0331 mol m(kmno 4 )=M*n=158*0,0331=5,22g n(hcl)=0,0827*16/5=0,265 mol m(hcl)=m*n=36,5*0,265=9,655g ez még csak a HCl molekulák tömege!! Aránypárral: a 35%-os HCl oldat 100 g-jában 35g HCl molekula van X g-jában 9,655g m(35%-os HCl oldat)= X = 9,655/0,35=27,6g

9 Sztöchiometriai számítások 4, + gáztörvény Klórgázt fejlesztünk tömény, 35 m/m%-os sósavból kálium permanganáttal. -Hány gramm sósav oldatra és hány gramm kálium permanganátra van szükségünk, ha 18 C-on és 100 kpa nyomáson pontosan 2 dm 3 klórgázt szeretnénk előállítani? -A képződő klórgázt 100 g vízben maradéktalanul elnyeletjük. Hány m/m%-os lesz az így képződött klóros víz? Folytatás: 100g vízben oldjuk a képződött 0,0827 mol Cl 2 gázt - hány tömeg%-os lesz az oldat? Tömeg% definíciója: m oldott anyag /m oldat *100%= m oldott anyag /(m oldott anyag +m oldószer ) *100 % n(cl 2 )= 0,0827 mol m(cl 2 )=n*m=0,0827mol*71g/mol=5,87g m/m%=5,87/(100+5,87) *100%=5,54%

10 A kémhatás fogalma Vázlat (bővebben: 2. laborgyakorlat leírásánál) egyensúlyok a víz autoprotolízise -egyensúlyi állandó, vízionszorzat ph, poh savas, lúgos, semleges kémhatás: a víz autoprotolízis egyensúlyának eltolódása sóoldatok kémhatásának értelmezése; savasan hidrolizáló sók, lúgosan hidrolizáló sók