Általános Kémia II gyakorlat I. ZH előkészítő 2016. Oxidációs számok Redoxiegyenletek rendezése Oldatkészítés, koncentrációegységek átváltása Sztöchiometriai számítások Gáztörvények Honlap: http://harmatv.web.elte.hu Példatárak: Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Kiadó) Szakács László, Mörtl Mária, Knausz Dezső: Általános Kémiai Példatár (ELTE Eötvös Kiadó)
Oxidációs számok Néhány szabály kiindulásként Elemek: 0 Egyszerű ionok: a töltéssel megegyező, pl. Na + ; Cl Alkáli fém ionok: +1; Alkáli földfém ionok: +2 Halogenid ionok: 1 Oxigén: általában 2; O 2 : 0; peroxidokban: 1 Hidrogén: általában +1; H 2 : 0; fém hidridek: 1 Kovalens vegyületek: a kovalens kötések elektronjait a nagyobb elektronegativitású elemhez rendeljük Összetett ionok: az oxidációs számok összege az ion össztöltése: pl. MnO 4 Semleges vegyületek: az oxidációs számok összege 0 Oxigéntartalmú anionok, a központi atom oxidációs száma: ClO hipoklorit +1 SO 2 3 szulfit +4 ClO 2 klorit +3 SO 2 4 szulfát +6 ClO 3 klorát +5 NO 2 nitrit +3 ClO 4 perklorát +7 NO 3 nitrát +5 + 1 H 1 H + 1 1 O O O O 2 2 + 7 M n O 2 O
Oxidációs számok Szerves vegyületek. Elektronegativitás: H<C<N<O Pl. szőlőcukor: minden H: +1, minden O: 2 + 0 + 1 3 1 0 0 0 3 + 1 1 3 + 3
Redoxiegyenletek rendezése Oxidációs számok felírása Oxidációs szám változások megállapítása Az oxidációs szám változások alapján a változó oxidációs számú elemek mólarányának meghatározása: pl. A változása +3 és B változása 2, ekkor 2 mol A reagál 3 mol Bvel, mert így lesz az összes oxidációs szám változás 0 (+3)*2 + (2)*3=0 A többi reakciópartner mólarányának rendezése: anyagmegmaradás, töltésmegmaradás Vas(II)szulfát és kálium permanganát reakciója savas közegben: Fe 2+ + MnO 4 + H + = Fe 3+ + Mn 2+ + oxidációs számok +2 +7 2 +1 +3 +2 ox. szám változás +1 5 mólaránya a reakcióban 5 : 1 5Fe 2+ + 1MnO 4 + H + = 5Fe 3+ + 1Mn 2+ + oxigének rendezése 5Fe 2+ + MnO 4 + H + = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4 H 2 O hidrogének rendezése 5Fe 2+ + MnO 4 + 8H + = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4 H 2 O ellenőrzés: töltések 5*2 1 +8 = 5*3 +2
Redoxiegyenletek rendezése IONEGYENLET: csak a reakcióban ténylegesen részt vevő ionok, molekulák: 5Fe 2+ + MnO 4 + 8H + = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4 H 2 O UGYANEZ SZTÖCHIOMETRIAI EGYENLETTEL FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4 ) 3 + MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O Ox.sz:+2 +7 +3 +2 ox.sz.v:+1 5 Arány: 5 : 1 10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O kálium r:10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O szulfát r:10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O oxigén r:10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O Ellenőrzés: hidrogének: 10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 +K 2 SO 4 +8H 2 O
Redoxiegyenletek rendezése Cr 2 O 2 7 + I + H + = Cr 3+ + I 2 + H 2 O Ox.sz: +6 1 +3 0 Ox.sz.v: 3*2 +1*2 Cr 2 O 2 7 + 6I + H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + H 2 O Oxigén r. Cr 2 O 2 7 + 6I + H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O Hidrogén r. Cr 2 O 2 7 + 6I + 14H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O Ell. töltés. Cr 2 O 2 7 + 6I + 14H + = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O Szinproporció, diszproporció: I + IO 3 + H + = I 2 + H 2 O Ox.sz: 1 +5 0 Ox.sz.v: +1 5 5I + 1IO 3 + H + = 3I 2 + H 2 O Töltés r., hidrogének: 5I + 1IO 3 + 6H + = 3I 2 + 3H 2 O Ell. oxigének: 5I + IO 3 + 6H + = 3I 2 + 3H 2 O
Ezüsttükör próba Reagens készítése: AgNO 3 + NH 3 2 Ag + + 2 OH + = Ag 2 O + H 2 O Ag 2 O+ 4NH 3 + H 2 O = 2Ag(NH 3 ) 2 + + 2 OH Reakció aldehid csoporttal Ag(NH 3 ) 2 + + RCHO + H 2 O = Ag + RCOO + NH 3 Ox.sz.: +1 +1 0 +3 Ox.sz.v: 1 +2 2Ag(NH 3 ) 2 + + 1RCHO + H 2 O = 2Ag + 1RCOO + NH 3 2Ag(NH 3 ) 2 + + RCHO + H 2 O = 2Ag + RCOO +NH 3 +3NH 4 + 2Ag(NH 3 ) 2 NO 3 + RCHO + H 2 O = 2Ag + NH 4 RCOO +NH 3 +2NH 4 NO 3
Oldatkészítés 1. 200 cm 3 0,300 mol/dm 3 koncentrációjú CuSO 4 reagens oldatot akarunk készíteni mérőlombikban. Hány gramm CuSO 4.5H 2 Ot (rézgálicot) kell feloldanunk? Ha 1 dm 3 oldatban 0,3 mol CuSO 4 van, akkor 0,2 dm 3 oldatban X mol X=0,3*0,2=0,06 mol, ennyi kritályos rézszulfát kell A rézgálic moláris tömege: M=249,6 g/mol A bemérendő rézgálic tömege: m=249,6*0,06=14,98g Ezt feloldjuk kevesebb vízben, majd térfogatát pontosan 200 cm 3 re egészítjük ki.
Oldatkészítés 2. 200 cm 3 3,5m/m%os CuSO 4 oldatot akarunk készíteni mérőlombikban (sűrűsége 1,0349g/cm 3 ). Hány gramm CuSO 4.5H 2 Ot (rézgálicot) kell feloldanunk? Számítsuk ki, hogy ez hány mol/dm 3 es oldat! 200 cm 3 oldat tömege: m=ρ*v=200*1,0349=206,98 g Ennek a 3,5%a a CuSO 4 tömege : m(cuso 4 )=206,98*3,5/100=7,244g Aránypárral számítsuk ki, hogy ez hány gramm kristályvíztartalmú rézgálicnak felel meg! 1 mol CuSO 4 tömege: 159,6g, ez 249,6g CuSO 4.5H 2 O ban van Tehát 7,244g CuSO 4 X g CuSO 4.5H 2 O ban van X= 249,6*7,244/159,6=11,329g Koncentráció kiszámítása: n(cuso 4 )= m/m=7,244/159,6=0,0454 mol V oldat =0,2 dm 3 A koncentráció c=n oldott anyag /V oldat =0,0454/0,2= 0,227 mol/dm 3.
Sztöchiometriai számítások 1. 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+ + RCHO + 4OH = Cu 2 O + RCOOH +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
Ideális gázok esetén: Egyetemes gáztörvény pv=nrt T: Kelvin, (0 C = 273,14K) p és V vagy kpa és dm 3, vagy Pa és m 3 R=8,314 J/(mol*K)
Sztöchiometriai számítások 2, Gáztörvény Klórgázt fejlesztünk tömény, 35 m/m%os sósavból kálium permanganáttal. Hány gramm sósav oldatra és hány gramm kálium permanganátra van szükségünk, ha 18 Con 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 2 + 2 MnCl 2 + 2 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 gjában 35g HCl molekula van X gjában 9,655g m(35%os HCl oldat)= X = 9,655/0,35=27,6g
Sztöchiometriai számítások 2, Gáztörvény Klórgázt fejlesztünk tömény, 35 m/m%os sósavból kálium permanganáttal. Hány gramm sósav oldatra és hány gramm kálium permanganátra van szükségünk, ha 18 Con 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%
Függelék: oldatok összetételének jellemzésére használt mennyiségek Tömeg, m [kg, t, q, dkg vagy dag, g, ] Térfogat, V [m 3, dm 3, l, ml ] Sűrűség ρ vagy d [g/cm 3, kg/m 3, ] Fajsúly: nem használjuk Anyagmennyiség n [mol] Moláris tömeg M [g/mol] Oldatok összetételének jellemzése: Anyagmennyiség koncentráció molaritás ( B vegyület anyagmennyisége 1 dm 3 oldatban c B vagy [B], [mol/dm 3, vagy M] Tömegkoncentráció (B tömege 1 dm 3 oldatban) ρ B [g/dm 3, kg/m 3 ] Molalitás (Raoultkoncentráció) (B anyagmennyisége 1 kg oldószerben) [mol/kg] Móltört x i =n i /(Σ j n j ) Tömegszázalék (B tömege 100 g oldatban) g/g%, %(w/w), tömeg%, % Tömegtört w i =m i /(Σ j m j ) Térfogatszázalék (B térfogata 100 cm 3 elegyben. A térfogati kontrakció miatt nem célszerű folyadékelegyekre használni) V/V%, %(v/v), tf% Vegyesszázalék %(w/v), %(m/v) (B tömege gban kifejezve 100 cm 3 oldatban. Dimenzióval rendelkezik!) Hígítás V (a koncentráció reciproka) ppm, (B tömege az oldat tömegének milliomod részeiben) m B SI prefixumok exa E 10 18 deci d 10 1 peta P 10 15 centi c 10 2 tera T 10 12 milli m 10 3 giga E 10 9 mikro μ 10 6 mega M 10 6 nano n 10 9 kilo k 10 3 piko p 10 12 hekto E 10 2 femto f 10 15 deka da, 10 atto a 10 18