lista zadań dodatkowych

Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii
Semestr zimowy, rok akademicki 2013/2014
Mol, masa molowa, liczba Avogradro
1. W Wielkim Zderzaczu Hadronów w czasie 1 sekundy zderza się 600 milionów
protonów. Oblicz, po jakim czasie zderzeniom ulegnie 1 mol protonów.
(Odp. ok. 32 miliony lat)
2. Wyznacz masę siarki zawierającą tyle atomów, ile znajduje się w:
a) 3,60 mg żelaza; b) 3,60 mg diazotu
60
-11
3. Izotop promieniotwórczy Co można wykryć w ilości 1•10 g. Oblicz w przybli11
żeniu, jaka liczba atomów kobaltu jest zawarta w tej masie. (Odp. 10 ).
4. Który ze związków magnezu (wchodzących w skład dostępnych w aptekach
preparatów) charakteryzuje się największą zawartością procentową tego
pierwiastka?
a) dwuwodny mleczan magnezu C6H10MgO6•2H2O , b) dolomit CaCO3•MgCO3, c)
czterowodny wodoroasparagninian magnezu C8H12MgN2O8•4H2O, d) tlenek
magnezu MgO.
5.
Wyprowadź wzór elementarny związków
procentowych:
a) 58,54% C, 4,09% H, 26,00% O, 11,37% N;
b) 24.77% Co, 29.80% Cl, 45.42% H2O;
c) 16,92% K2O, 18,32% Al2O3, 64,75% SiO2.
o
następujących
składach
6. Stosunek masowy C:H:N w pewnym związku organicznym jest bliski 13,7:1:2.
Podaj wzór elementarny tego związku.
4. W jednej kropli wody morskiej znajduje się około 50 miliardów atomów złota.
Przyjmując, że 30 kropli wody waży 1,0 g wyznacz masę złota zawartego w 1
-4
tonie wody morskiej. (Odp. 4,9•10 g).
7. Próbkę pewnego węglowodoru o masie 120,0 g poddano analizie chemicznej.
W jej wyniku określono, że próbka zawiera 110,71 g węgla, resztę zaś
stanowi wodór. Wyznacz wzór elementarny tego związku.
5. Długość wiązania między atomami węgla w cząsteczkach alkanów wynosi
około 0,15 nm. Jaka byłaby długość łańcucha węglowego zawierającego 1
mol atomów węgla? Porównaj wynik z odległościami Wrocław-Warszawa (ok.
7
300 km), Wrocław – Sydney (ok. 20 000 km) oraz Ziemia-Słońce (ok. 1,52•10
9
km). Jaka jest masa takiego łańcucha? (Odp. 90•10 km)
8. Ustal wzór elementarny i rzeczywisty związku o składzie elementarnym:
54,53% C, 9,15% H, zawierającego ponadto 2 atomy tlenu w cząsteczce.
3
6. Oblicz, ile atomów poszczególnych pierwiastków znajduje się w 2,5 dm
czystego kwasu propionowego, jeśli wiadomo, że jego gęstość wynosi 0,99
3
25
25
26
g/cm . (Odp. 6,0•10 atomów węgla, 4,0•10 atomów tlenu i 1,2•10
atomów wodoru)
Skład procentowy, wzór elementarny i rzeczywisty związku chemicznego
1. Chlorek metalu dwuwartościowego zawiera 62,61% metalu. Podaj symbol tego
metalu.
2. Tlenek pewnego pierwiastka o wzorze MO2 zawiera 25,97% tlenu. Określ, jaki
metal tworzy ten tlenek.
19
3. Jaka jest masa atomowa pierwiastka X, którego próbka zawierająca 1,58•10
atomów waży 1,05 mg? Jaki to pierwiastek? (Odp.40,02 Da)
9. Cząsteczka chlorofilu a – zielonego barwnika roślin – zawiera w centrum atom
magnezu, wiadomo ponadto, że zawartości procentowe pozostałych
pierwiastków są następujące: 73,93% C, 8,12% H, 6,27% N i 8,95% O. Jaki
jest wzór rzeczywisty tego związku? (Odp. C55H72MgN4O5)
10. Sól (NH4)xFe(SO4)z •n H2O zawiera 7,14% N, 14,23% Fe i 16,36% S. Określ
wzór tej soli. (Odp. x = 2, z = 2, n = 6)
11. Analiza elementarna związku złożonego z węgla, wodoru i tlenu wykazała, że
zawiera on 68,85% węgla, 4,95% wodoru, resztę stanowi tlen. Wyznaczona
za pomocą spektrometrii masowej masa cząsteczkowa jest równa 122,1 Da.
Określ wzór rzeczywisty związku. (Odp. C7H6O2)
12. Skład procentowy związku jest następujący: 34,94% Na, 16,13% B i 48,63%
O. Jego masa molowa jest równa 197,4 g/mol. Podaj wzór rzeczywisty
związku.
(Odp. Na3B3O6)
13. Związek składający się wyłącznie z węgla i chloru zawiera 10,15% węgla. Jaki
-22
jest wzór rzeczywisty tego związku, jeśli jego cząsteczka waży 3,93•10 g?
(Odp. C2Cl6)
1
2
14. W wyniku termicznego rozkładu 2,00 g pewnego związku wydzieliło się 0,90 g
tlenu oraz powstał chlorek sodu. Podaj wzór elementarny związku. (Odp.
NaClO3)
mieszaniny wodorotlenków. Oblicz stężenia procentowe wodorotlenków sodu
i potasu w tak sporządzonym roztworze.
3
9. Oblicz masę NaNO3 zawartego w 650 cm roztworu o stężeniu molalnym 0,25
3
mol/kg. Gęstość tego roztworu wynosi d = 1,01 g/cm . (Odp. 13,65 g).
15. Uwodniony octan sodu podgrzano do temperatury 60 °C, w wyniku czego sól
rozpuściła się w swojej wodzie krystalizacyjnej i powstał roztwór o stężeniu
60,3%. Określ wzór wyjściowego hydratu.
10. W 250 cm wody rozpuszczono: a) 1,0 mol MgCl2, b) 1,0 mol MgCl2⋅6H2O
3
3
otrzymując roztwory gęstościach odpowiednio 1,231 g/cm i 1,171 g/cm .
Oblicz stężenia molowe, stężenia procentowe, ułamki molowe oraz stężenia
molalne tak otrzymanych roztworów chlorku magnezowego.
(Odp. a) 3,57 M; 27,58%; x(MgCl2) = 0,06716; 4,00 mol/kg,
b) 2,584 M; 26,60%; x(MgCl2) = 0,04787; 2,793 mol/kg)
3
Skład mieszanin, stężenia roztworów
1. Oblicz zawartość procentową potasu w mieszaninie składającej się z 10 g
KAl(SO4)2 i 80 g K2SO4.
2. Mieszanina śniegu (lodu) z solą znana jest jako tzw. mieszanina oziębiająca.
Mieszanina, w której ułamek molowy chlorku sodu wynosi 0,0920 pozwala
obniżyć temperaturę do około –20ºC. Jakie masy lodu i chlorku sodu
potrzebne są do sporządzenia 1,000 kg takiej mieszaniny? (Odp. 0,752kg;
0,247kg)
3. W 125,0 g roztworu znajduje się 45,0 g saletry potasowej (KNO3). Oblicz
zawartość procentową saletry w roztworze.
11. Oblicz, jakich mas tetrahydratu chlorku żelaza(II) oraz wody należy użyć
celem sporządzenia 250 g 10,0%-owego roztworu tej soli.
(Odp. 39,20 g hydratu)
12. Gęstość roztworu wodnego zawierającego 50% wag. H2SO4 w temperaturze
3
3
0°C oraz 80°C jest równa odpowiednio 1,4110 g/cm i 1,3494 g/cm . Oblicz
jego stężenia molowe i molalne w obu temperaturach. Sformułuj wniosek.
3
4. Jaką objętość zajmuje w warunkach normalnych chlorowodór wydzielony z 400
3
3
cm 26,2%-owego roztworu HCl, którego gęstość wynosi 1,13 kg/dm ? (Odp.
3
72,8 dm ).
5. Kapsułka służąca do przygotowania amalgamatu do wypełniania ubytków w
zębach zawiera w jednej części 552 mg ciekłej rtęci, a w drugiej – 600 mg
stopu składającego się ze srebra (40%), cyny (31,3%) oraz miedzi. Oblicz
skład procentowy amalgamatu powstałego po zmieszaniu zawartości dwóch
części kapsułki.
3
6. Jaką objętość bezwodnego kwasu mrówkowego o gęstości d = 1,220 g/cm
3
należy odmierzyć w celu sporządzenia 600 cm roztworu o stężeniu C = 0,85
3
3
mol/dm ? (Odp. 19,23 cm )
7. Oblicz stężenie molowe roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie w wodzie
3
100,0 dm gazowego amoniaku (w przeliczeniu na warunki normalne) i
3
3
dopełnienie wodą do objętości 1,000 dm . (Odp. 4,46 mol/dm )
13. Oblicz, w jakiej objętości roztworu HCl o gęstości d = 1,087 kg/dm , w którym
ułamek molowy HCl wynosi 0,0978, znajduje się 100g chlorowodoru. (Odp.
3
511 cm ).
14. Stężenie procentowe roztworu jodu w chloroformie wynosi 15%. Oblicz
ułamek molowy I2 oraz stężenie molarne.
15. Ułamek molowy HCOOH w roztworze wodnym wynosi 0,08. Olicz stężenie
procentowe i molarne tego roztworu.
16. Mieszanina heksanu C6H14 i benzenu C6H6 zawiera 24% molowych heksanu.
Oblicz masę tego składnika w 180 g mieszaniny. (Odp. 46,5 g)
17. Który z wodnych roztworów acetonu jest bardziej rozcieńczony: roztwór (1) o
stężeniu molarnym 15 moli/kg czy roztwór (2), w którym ułamek molowy acetonu
wynosi 0,25?
Mieszanie i rozcieńczanie roztworów, stężenia jonów
8. Stosunek molowy wodorotlenku sodowego do wodorotlenku potasowego w ich
3
mieszaninie wynosi 5 : 1. W 200 cm wody rozpuszczono 51,2 g tej
1. W tyglu stopiono odważki: 50,0 g stopu Cu-Zn zawierającego 45,0% wagowych
Zn, 25,0 g czystego cynku oraz 60,0 g czystej miedzi. Oblicz skład tak
otrzymanego stopu. (Odp.35,2%wag Zn, 64,8%wag Cu).
3
4
3
2. Oblicz zawartość procentową żelaza w mieszaninie składającej się z
jednakowych ilości wagowych hematytu (Fe2O3), magnetytu (Fe3O4) oraz
pirytu FeS2. (Odp. 62,95%Fe).
11. Ile wody należy dodać do 300 cm 2,0% roztworu wodorotlenku sodowego o
3
gęstości d = 1,052 g/cm , aby otrzymać ściśle 0,100 M roztwór NaOH? (Odp.
3
ok. 1,28 dm )
3. Oblicz masę wody, którą należy odparować z 200,0g roztworu zawierającego
8,0%wag substancji nielotnej (np. soli), aby otrzymać roztwór o stężeniu 14.0%
wag. (Odp. 85,7g).
12. W jakim stosunku objętościowym należy zmieszać 12,0% roztwór kwasu
3
3
siarkowego o gęstości 1,08 g/cm i 62,0% roztwór o gęstości 1,52 g/cm
celem otrzymania 35,0 % roztworu tego kwasu. (Odp. 1,65 : 1)
3
4. Jaką największą masę stopu Pb-Sn, zawierającego 40,0%wag Sn, można
sporządzić, mając do dyspozycji po 100,0g ołowiu, cyny i stopu Pb-Sn
zawierającego 25,0%wag Pb? (Odp. 208,3g).
3
5. Zmieszano 400 g roztworu kwasu siarkowego(VI) o C = 3,5 mol/dm i d = 1,21
3
3
3
g/cm z 400 cm wody otrzymując roztwór o gęstości d = 1,100 g/cm . Oblicz
stężenia molowe, procentowe, molarne oraz ułamek molowy kwasu
siarkowego w tak otrzymanym roztworze.
(Odp. 1,59 M; 14,2%; 1,69
mol/kg; 0,029)
6. Oblicz ile gramów siarczanu(VI) sodowego należy dodać do 180g 15%-owego
roztworu siarczanu(VI) chromu(III), aby po rozcieńczeniu tego roztworu wodą
23
do objętości 0,80 dm otrzymać roztwór, w którym stężenie jonów SO4
3
wynosi 0,40 mol/dm ? (Odp. 16,1g)
7. Dane są dwa roztwory amoniaku, z których pierwszy zawiera 25,3% wag. NH3,
a drugi 3.3% NH3. Po ile kilogramów każdego z tych roztworów należy
odważyć, aby przygotować 10,0 kg roztworu o stężeniu 11%? (Odp. 6,50 kg;
3,50 kg)
3
8. Zmieszano 100g 1,5%-owego roztworu kwasu siarkowego(VI) z 20 cm 0,24 M
roztworu siarczanu(VI) potasowego, a następnie dodano do otrzymanego
3
roztworu wody do objętości 300 cm . Oblicz stężenia molowe jonów
siarczanowych(VI) i potasowych w tak otrzymanym roztworze. (Odp. 0,067
23
+
3
mol SO4 /dm ; 0,032 mol K /dm )
14. Do 100 cm 0,45 M roztworu AgNO3 dodano pewną ilość stałego azotanu(V)
3
srebra, po czym roztwór uzupełniono wodą do objętości 200 cm . Otrzymany
3
roztwór miał stężenie 0,60 mola/dm . Oblicz masę dodanej soli.
15. Do 200 g roztworu KOH o stężeniu 1,5 mola/kg dodano 100 g roztworu KOH,
w którym ułamek molowy wodorotlenku potasu był równy 0,15. Oblicz stężenie
procentowe otrzymanego roztworu.
16. Do butli, w której znajdowała się pewna ilość wody, dodano 10,5 kg 30,0%
roztworu kwasu siarkowego oraz 12,0 kg 96,0% roztworu tego kwasu. Obliczyć
masę wody, która znajdowała się w butli, jeżeli po zmieszaniu stężenie kwasu
wynosiło 26,0%. (Odp. 33,9 kg)
17. Oblicz, jaki jest ułamek molowy i zawartość procentowa wodorotlenku wapnia
w mieszaninie Ca(OH)2 i NaOH, wiedząc że po rozpuszczeniu 0,385 g tej
3
–
mieszaniny w 1 dm H2O otrzymamy roztwór, w którym stężenie jonów OH
wynosi 0,01 M. Zaniedbaj zmianę objętości podczas rozpuszczania. (Odp.
xCa(OH)2 = 0,340, %Ca(OH)2 = 48,8%)
Bilansowanie równań reakcji chemicznych
1. Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w podanych równaniach reakcji
chemicznych.
a) As4O6 + H2O → H3AsO3
H2O → Na3[Al(OH)6]
b) Al2O3 + NaOH +
3
9. Oblicz, jaką objętość kwasu solnego o stężeniu 1,00 mol/dm można
sporządzić, rozcieńczając 1,00 kg kwasu solnego o stężeniu 6,0% wag.
c) PCl5 + H2O
→
d) B2O3 + P2O5
10.
Oblicz, ile gramów wodorotlenku sodowego zawierającego 5%
zanieczyszczeń należy rozpuścić w wodzie, aby otrzymać 200 g 10%
roztworu? (Odp. 21,1 g)
5
e) BF3 + H2O
f)
HCl + H3PO4
→ BPO4
→ HBF4 + H3BO3
Ca(OH)2 + FeCl3
→ CaCl2 + .......
6
→ Mg(H2PO4)2 +
g) H3PO4 + Mg(OH)2
…….
g) AuCl4− + AsH3
h) CaSiO3 + HF → CaF2 + SiF4 + H2O
Mg3N2 + H2O → Mg(OH)2
i)
Hg(CNO)2 →
j)
Hg +
CO +
−
i) (COO )2 +
N2
j) VO
2. Zbilansuj niżej podane reakcje redoks metodą stopni utlenienia. Wskaż
utleniacz i reduktor.
a)
Cu + HNO3
→
Cu(NO3)2 + NO2 + H2O (kwas stęż.)
b)
Cu + HNO3
→
Cu(NO3)2 + NO + H2O
c)
K2CrO4 + HCl
d)
H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4 → O2 Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
e)
KI + O3 + H2O → I2 + KOH + O2
→
g)
HNO2 → HNO3 + NO + H2O
h)
FeS2 + HNO3 + NaNO3 → Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + NO + H2O
i)
KOH + Br2
j)
Ca(OH)2 + Cl2 → Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O
→ KBrO3 + KBr + H2O
l)
HCHO + I2 +
H2O
3. Zbilansuj niżej podane reakcje redoks metodą metodą reakcji połówkowych.
Wskaż reakcje utleniania i redukcji. W nawiasach podano środowisko, w jakim
biegnie dana reakcja.
b)
2−
MnO2 +
-
BrO3
c)
Br +
d)
3AsO4
e)
2−
SO3
f) ClO2 + ….
→
+ ….
→
→
+ …..
2-
+ S
Cl2 + …..
+ .....
→
+ ….
→
−
Fe
3+
Mn
2+
+ Cr
+ …. (śr. kwaśne)
2−
+ S2O6
Br2 + ….
3AsO3
−
+ S + …
Cl + ClO + ….
→ ClO + ClO3
-
3+
-
+ …..
+ ….. →
−
+ I + …. →
2−
H2Sb2O7
2+
l) [Cu(NH3)4]
−
→
CO2 + Mn
VO3−
3+
Sb
+ ….
−
+ I + …
(śr. zasadowe)
+ I2 + ….
+ CN → [Cu(CN)4]
3−
(śr. kwaśne)
(śr. kwaśne)
+ NH3 + (CN)2 (śr. obojętne)
2. Ile gramów CaCO3 i jaką objętość 5,0%-owego roztworu HCl o gęstości d =
3
3
1,025 kg/dm , należy użyć do sporządzenia 200 cm 0,30 molowego
roztworu CaCl2?
3
C6H5CH3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → C6H5COOH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
+ Cr2O7
+ ….
(śr. obojętne)
2+
3. W ciągu jednego roku opady atmosferyczne wymywają z 1 ha gleby 12,0 kg
związanego azotu. Jaką ilością 80,0%-owego azotanu amonu, użytego jako
nawóz sztuczny, można wyrównać te straty azotu? (Odp. ok. 42,9 kg)
k)
2+
H2SO3 + H2SO4
+ …. (śr. kwaśne)
3
As2S3 + KMnO4 + H2SO4 → H3AsO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
a) Fe
+
IO3−
3−
AsO3
1. Oblicz, jaka objętość roztworu HCl gęstości d = 1,09 g/cm , zawierającego
15,0% HCl, przereaguje całkowicie z 32,7 g cynku. Jaką objętość, mierzoną w
warunkach normalnych, zajmie wydzielony w tej reakcji wodór?
f)
HCOONa + NaI +
k)
2+
MnO4−
+
Obliczenia stechiometryczne
(kwas rozc.)
Cl2 + CrCl3 + KCl + H2O
NaOH →
→
h) H2S2O6 + ….
+ NH3
Au + Cl−
+ ….. →
(śr. kwaśne)
4. W reakcji sodu z wodą wydzieliło się 300 cm wodoru mierzonego w
warunkach normalnych. Oblicz: a) masę użytego w reakcji sodu; b) jaką
objętość 0,200 M roztworu H2SO4 należy użyć do zobojętnienia otrzymanego
3
roztworu. (Odp. 0,6161 g Na; 67,0 cm )
5. Hydrat siarczanu(VI) cynku o wzorze ZnSO4· 7H2O można otrzymać z
wydajnością 90,0% w reakcji metalicznego cynku z kwasem siarkowym.
Oblicz, jaką masę 30,0%-owego roztworu kwasu siarkowego(VI) należy
odważyć celem otrzymania 200,0 g tego hydratu, mając do dyspozycji
dowolną ilość cynku. (Odp. 206,6 g roztworu H2SO4)
6. Do 143,0 g kwasu solnego o stężeniu 10,0%. dodano 7,00 g metalicznego
magnezu. Oblicz zawartość procentową składników tak otrzymanego
roztworu.
(śr. kwaśne)
(śr. kwaśne)
7. Ile gramów 10,0%-owego roztworu AgNO3 należy zużyć do strącenia jonów
3
chlorkowych z 30,0 cm 0,250 molowego roztworu NaCl, stosując 20,0%-owy
nadmiar odczynnika? (Odp. 15,3 g)
(śr. zasadowe)
(śr. zasadowe)
7
8
8. Oblicz maksymalną objętość gazowego CO2 (war. norm.), który można
otrzymać, mając do dyspozycji: a) 1,00 kg kwasu solnego o stężeniu 5,0%; b)
1,00 kg kwasu siarkowego o stężeniu 5,0% oraz 200,0 g kamienia
3
(Odp. a. 15,36 dm ; b. 11,43
wapiennego o zawartości 90,0%wag CaCO3.
3
dm )
3
3
3
9. 15 cm 3M roztworu H2SO4 zmieszano z 20 cm 2M roztworu HCl i 25 cm 2M
roztworu Ba(OH)2. Wydzielony osad BaSO4 odsączono, a przesącz
3
rozcieńczono do objętości 200 cm . Oblicz stężenia jonów obecnych w
otrzymanym roztworze.
10. W rurze kwarcowej umieszczono 10,0 g mieszaniny Cu2O i Fe3O4, dla której
stosunek mas jej składników wynosi 3:1. Przez rurę tą ogrzaną do wysokiej
temperatury przepuszczano strumień wodoru, aż do pełnej redukcji
mieszaniny tlenków do czystych metali. Ile gramów wody powstało w wyniku
przeprowadzonej reakcji? (Odp. 1,721 g)
11. Oblicz objętość w przeliczeniu na warunki normalne: a) tlenu oraz b) powietrza
3
niezbędnego do spalenia 1 m mieszaniny gazów o składzie 10,0%obj. CO,
40,0%obj. CH4, 5,0%obj.H2 oraz N2. Przyjmij, że powietrze zawiera 21%obj.
3
3
tlenu. (Odp. a. 0,875 dm ; b. 4,167 dm )
12. Próbkę hydratu siarczanu(VI) żelaza(II) o masie 0,7532 g rozpuszczono w
3+
wodzie, jony żelaza utleniono do Fe i strącono ilościowo jako Fe(OH)3, który
po wyprażeniu przeszedł w Fe2O3 o masie 0,2163g. Wyznacz wzór
rzeczywisty hydratu.
13. Dwutlenek węgla w skali laboratoryjnej można otrzymać, działąjąc
rozcieńczonym kwasem solnym na kamień wapienny. Wiedząc, że zawiera on
90,0% CaCO3, oblicz objętość 2,5 M roztworu HCl niezbędnego do
3
wytworzenia CO2 z 1 kg kamienia wapiennego. (Odp. 7,19 dm )
14. Próbkę 10,24 g stopu, zawierającego 82,0 %wag. Ag, rozpuszczono w stężonym kwasie azotowym. Po krystalizacji otrzymano 11,42 g AgNO3. Oblicz
wydajność procesu. (Odp. 86,4%)
3
3
16. Do 150 cm 10,0%-owego roztworu H2SO4 o gęstości d = 1,07 kg/dm dodano
16,0 g stałego NaOH. Który ze związków pozostanie w nadmiarze? Jakie
będzie jego stężenie molowe, jeżeli gęstość otrzymanego roztworu wynosiła d =
3
1,08 kg/dm ? (Odp. NaOH, C = 0,44 M)
17. W reklamie samochodu podano, że średnio emituje on 308 g dwutlenku węgla
w czasie, kiedy pokonuje odległość 1 kilometra. Oblicz, ile litrów paliwa na 100
km spala ten pojazd. Dla uproszczenia przyjmij, że głównymi składnikami
benzyny są izomery oktanu o wzorze sumarycznym C8H18, a jej gęstość wynosi
3
0,76 g/cm . (Odp. 13,1 l/100 km)
Gazy. Jednostki ciśnienia. Podstawowe prawa gazowe
1. Jakie ciśnienie będzie panowało w oponie napompowanej w temp. 0 °C do
0,200 MPa, jeżeli wskutek szybkiej jazdy rozgrzeje się ona do 50 °C? (Odp.
0,237 MPa)
3
2. W butli stalowej o objętości 30,0 dm znajduje się wodór pod ciśnieniem 2,00
MPa w temperaturze 23,0°C. Oblicz masę gazu znajdującą się w tej butli. Jakie
ciśnienie będzie panowało w butli po pobraniu z niej 12 moli wodoru? (Odp.
48,8 g; 1,016 MPa)
3. Analiza próbki gazu łupkowego wykazała, że zawiera on 70,0% objętościowych
metanu, 10,0% etanu, 9,4% dwutlenku węgla, 6,8% propanu oraz mniejsze
ilosci innych węglowodorów. Oblicz ciśnienia cząstkowe oraz masy podanych
3
składników w butli zawierającej 20 dm tego gazu pod ciśnieniem 4,0 MPa i w
temperaturze 300 K.
4. Oblicz gęstość pary wodnej w normalnej temperaturze wrzenia wody. (Odp.
3
0,588 kg/m )
5. Balony na ogrzane powietrze wykorzystują różnicę gęstości powietrza
wewnątrz powłoki oraz otaczającego balon. Oblicz gęstość powietrza pod
ciśnieniem 1 atm w temperaturze 20 °C oraz 120 °C. Porównaj otrzymane
wyniki. Przyjmij średnią masę molową powietrza równą 29 g/mol. (Odp. 1,2
3
3
kg/m ; 0,90 kg/m )
15. Fosfor otrzymuje się w wyniku reakcji węgla, używanego w postaci koksu o
zawartości 95% C, z ortofosforanem(V) wapnia:
Ca3(PO4)2 + 5C → 3 CaO + 5 CO + 2P
a) Jaka jest minimalna masa koksu potrzebna do pełnego przereagowania z
20 tonami Ca3(PO4)2?; b) Otrzymano 11,13 ton P w reakcji 67,45 ton
Ca3(PO4)2 z nadmiarem koksu. Jaka jest wydajność tej reakcji?
6. Ile dm wodoru pozostającego pod ciśnieniem 100,8 kPa i w temperaturze 20
°C należy użyć do całkowitej redukcji 2,00g równomolowej mieszaniny
magnetytu Fe3O4 i hematytu Fe2O3 do metalicznego żelaza?
3
(Odp.0,8648 dm )
9
10
3
7. Gas blender (specjalista od mieszania gazów) napełnił pod ciśnieniem 230,0
barów i w temperaturze 20 °C butlę o pojemności 25 litrów mieszaniną trimix
4/80, przeznaczoną do głębokiego nurkowania (trimix stanowi mieszaninę
tlenu, helu – podaje się kolejno ich zawartości w procentach objętościowych –
oraz azotu). Oblicz masę gazu zawartego w butli oraz ciśnienia cząstkowe
składników. (Odp.: m = 2,11 kg, p(O2) = 9,2 bar, p(He) = 184,0 bar, p(N2) =
36,8 bar)
8. Dwa węglowodory mają taki sam skład elementarny: 85,6%C oraz 14,4%H.
Ustal wzory rzeczywiste tych węglowodorów, jeżeli wiadomo, że ich gęstości
względem azotu są odpowiednio równe: 1,000 oraz 1,500.
(Odp. C2H4; C3H6)
9. Mieszanina azotu i wodoru w stosunku molowym 1 : 3 znajduje się w bu-tli pod
ciśnieniem 800,0 kPa w temp. 400,0 K. Oblicz ciśnienia cząstkowe składników i
ich stężenia molowe.
3
(Odp. pN2 = 200,0 kPa, [N2] = 0,06014 mol/dm )
10. Ciekły roztwór zawierający 10,0 g etanolu i 5,00 g wody ogrzano pod ciśnieniem 98,68 kPa do temperatury 200,0 °C, w której składniki mieszaniny
przeszły w stan gazowy. Oblicz:
a) skład mieszaniny gazowej w %obj.
b) ciśnienia cząstkowe składników
c) gęstość otrzymanych par.
3
(Odp. 43,9%obj. etanolu; petanol = 43,3 kPa; 0,760 kg/m )
11. Mieszanina gazów składa się z azotu, wodoru i amoniaku. Ciśnienia parcjalne
tych gazów wynoszą odpowiednio: 300 kPa, 350 kPa i 700 kPa. Oblicz skład tej
mieszaniny w procentach wagowych i objętościowych.
(Odp. N2: 23,08%obj., 40,19%wag.; H2: 23,08%obj., 2,87%wag.)
12. W temperaturze 100°C pod ciśnieniem normalnym gazowy czterotlenek
diazotu (N2O4) ulega w 90,0% dysocjacji na dwutlenek azotu (NO2). Oblicz
ciśnienia cząstkowe składników i gęstość mieszaniny w tych warunkach
temperatury i ciśnienia.
3
(Odp. p(NO2) = 95,99 kPa, d = 1,582 g/dm )
13. W temperaturze 3000 K pod ciśnieniem 101 kPa 9,03% cząsteczek gazowego
wodoru jest zdysocjowanych na atomy. Jaka jest gęstość wodoru w tych
warunkach? Jaką gęstość miałby wodór w tych warunkach, gdyby jego
3
3
cząsteczki nie ulegały dysocjacji? (Odp.: 7,43 g/m , 8,10 g/m ).
11
Równowaga chemiczna. Równowagi w fazie gazowej
1. Zmieszano 1,0 mol tlenku węgla(II) z czterokrotnym nadmiarem pary wodnej.
Po ogrzaniu do 600˚C i osiągnięciu stanu równowagi reakcji:
CO(g) + H2O(g)
CO2(g + H2(g)
układ zawierał 0,34 mol wodoru. Oblicz:
a) skład mieszaniny równowagowej w procentach masowych
b) ułamek molowy tlenku węgla(II) w mieszaninie równowagowej
c) stałą równowagi Kc tej reakcji.
(Odp. a. %CO = 18,48%; % H2O = 65,88; %H2 = 0,68%;
-2
b. xCO = 0,132; xH2O = 0,732; xCO2 = 0,068; c. Kc = 4,76·10 .)
2. Monochlorek jodu powstaje w reakcji:
I2(g) + Cl2(g) 2ICl(g) ,
dla której stała równowagi w temperaturze 464 °C wynosi 640. Oblicz stopień
3
przereagowania jodu, jeżeli na początku reakcji w reaktorze o pojemności 1 dm
znajdowało się 0,1 mola I2 i 0,3 mola Cl2.
(Odp. α = 0,997)
3. W temperaturze 700K wodór reaguje z bromem tworząc bromowodór. Stała
8
równowagi Kc tej reakcji jest równa 5·10 . Do reaktora wprowadzono 0,6 mola
H2 i 0,2 mola Br2 i ogrzano do 700 K. Oblicz skład mieszaniny reakcyjnej w
stanie równowagi.
(Odp. 0,4 mol H2; 0,4 mol HBr)
4. W reakcji dwóch substratów A i B tworzą się produkty C i D. W reaktorze
znajdującym się w temperaturze T stężenie początkowe substratu A było
dwukrotnie większe od początkowego stężenia substratu B. Po ustaleniu
stanu równowagi reakcji
A+B
C+D
stężenie produktu C było trzykrotnie większe od stężenie równowagowego
substratu B. Oblicz stałą równowagi Kc tej reakcji. (Odp. Kc = 1,8)
2 NO2(g) wartość stałej równowagi
5. W temperaturze 407 K dla reakcji N2O4(g)
Kc wynosi 2,00, natomiast w temperaturze 273 K wartość Kc = 0,00077. Do
3
naczynia o pojemności 1 dm wprowadzono 2 mole N2O4 i ogrzano go do
temperatury 407 K. W drugim zbiorniku o takiej samej pojemności również
umieszczono 2 mole N2O4, ale ochłodzono go do temperatury 273 K. Oblicz
12
stopień dysocjacji N2O4 w obu przypadkach. Sformułuj wniosek dotyczący
wpływu temperatury na stan równowagi tej reakcji. (Odp. α(407 K) = 39%,
α(273 K) = 1,0%)
6. Do reaktora wprowadzono 6,00 mol Ar i 2,00 mol trójtlenku siarki, ogrzano do
pewnej temperatury i pozostawiono do osiągnięcia stanu równowagi reakcji:
2SO3(g
Dysocjacja elektrolityczna. Iloczyn jonowy wody, pH, pOH, pX. Elektrolity
mocne
1. W nasyconym roztworze BaSO4 stężenie jonów siarczanowych(VI) jest równe
-5
3
1,05•10 mol/dm . Oblicz pBa tego roztworu.
2. Zmieszano równe objętości dwóch rozcieńczonych roztworów mocnych
kwasów o pH równym odpowiednio 3,00 oraz 5,00. Oblicz pH otrzymanego
roztworu. (Odp. 3,30)
2SO2(g) + O2(g)
Po ustaleniu się stanu równowagi ułamek molowy tlenu był równy 0,025. Oblicz
stopień dysocjacji termicznej trójtlenku siarki oraz stałą Kx.
(Odp. α = 20,0%)
3
3
3. Zmieszano dwa roztwory mocnej zasady: a) 150 cm o pH = 8,3; b) 350 cm o
pH = 10,2. Oblicz stężenie jonów OH w otrzymanym roztworze wyrażone w
3
3
mg/dm . (Odp. 1,89 mg/dm )
7. Dla reakcji:
I2(g)
2I(g)
stopień dysocjacji I2 pod ciśnieniem 100,0 kPa w temperaturach 1000K i 2000K
wynosi odpowiednio 2,84% i 95,18%. Oblicz wartości stałej równowagi Kp tej
reakcji w podanych temperaturach.
-3
(Odp. 1000K: 3,18⋅10 ; 2000K: 38,02)
3
8. W zbiorniku o objętości 1 dm znajduje się w stanie równowagi mieszanina
gazowa, zawierająca 2 mole butanu i 5 moli izobutanu. Oblicz stałą równowagi
izobutan(g). Jaki będzie skład mieszaniny, jeśli do zbiornika
reakcji butan(g)
wprowadzone zostaną dodatkowo 2 mole butanu i układ ponownie osiągnie
stan równowagi? (Odp. Kc = Kx = Kp = 2,5; 2,57 mol butanu i 6,43 mol
izobutanu)
9. Sporządzono mieszaninę 2,0 moli wody z dwukrotnym nadmiarem tlenku
węgla(II) oraz 1,0 mol wodoru i pozostawiono w temperaturze 600 °C do
osiągnięcia stanu równowagi reakcji:
CO(g) + H2O(g)
CO2(g + H2(g)
-2
Stała równowagi tej reakcji Kc = 4,76•10 . Oblicz skład mieszaniny równowagowej wyrażony liczbą moli jej składników oraz stopień przereagowania CO.
(Odp. n(CO) = 3,75 mol; n(H2O) = 1,75 mol; n(CO2) = 0,25 mol; n(H2) = 1,250
mol; stopień przereagowania CO = 6,25%)
4. Zmieszano jedną objętość roztworu NaOH o pH = 13,85 i dwie objętości
roztworu HCl o pH = 0,42. Oblicz wartość pH tak otrzymanego roztworu.
(Odp. pH = 1,76)
3
5. Jaką objętość wody należy dodać do 25 cm roztworu zawierającego 2,4 mg
23
jonów SO4 , aby uzyskać roztwór o pSO4 = 3,75? (Odp. 115 cm )
3
3
6. Ile cm wody należy dodać do 100 cm roztworu NaOH o pH = 13,5 aby pH
3
zmalało do 13,0? (Odp. 216 cm )
3
3
3
7. Zmieszano 175 cm roztworu HClO4 o stężeniu 0,05 mol/dm i 325 cm
0,01 M roztworu HCl. Do otrzymanego roztworu dodano 0,560 g stałego
KOH. Jakie było pH tak otrzymanego roztworu? Oblicz masę powstałego,
nierozpuszczalnego osadu chloranu(VII) potasu.
(Odp. pH = 2,40; mKClO4 = 1,212 g)
8. Oblicz, jaką objętość kwasu solnego o pH = 1,75 należy użyć celem
zobojętnienia 100,0 mg równomolowej mieszaniny wodorotlenków sodu i
wapnia.
9. 5,685 g mieszaniny zawierającej 24,68% wag. KOH i 75,32% wag. Ba(OH)2
3
rozpuszczono w wodzie, otrzymując roztwór(I) o objętości 500 cm . Oblicz pH
tego roztworu (załóż całkowitą dysocjację Ba(OH)2) Jaką objętość 25% roztworu
3
3
H2SO4 (d = 1,18 g/cm ) należy zużyć na zobojętnienie 20 cm roztworu(I)?
10. Pewien popularny napój gazowany ma pH = 2,30, natomiast w wersji
dietetycznej pH = 2,70. Oblicz, w jakiej objętości drugiego z napojów znajduje
się tyle samo jonów wodorowych, co w 330-mililitrowej puszce pierwszego.
(Odp. 0,83 l)
13
14
11. Gruczoły trawienne żołądka człowieka wydzielają w ciągu doby ok. 1,5 litra
soku żołądkowego, zawierającego enzymy oraz kwas solny. Przyjmując średnią
wartość pH soku żołądkowego równą 1,5, oblicz objętość, mierzoną w
warunkach normalnych, jaką zająłby gazowy HCl wytworzony w ciągu 24 godzin
3
w ludzkim przewodzie pokarmowym. (Odp. 1,1 dm )
Kwasy i zasady Brönsteda. Równowagi w roztworach słabych elektrolitów
1. Oblicz wartość stałej dysocjacji kwasu chlorowego(I), jeżeli stopień dysocjacji
-4
-8
0,2000-molowego roztworu wynosi 4,3•10 . (Odp. 3,6·10 ).
10. Oblicz, jaką objętość gazowego amoniaku (w przeliczeniu na warunki
3
normalne) należy rozpuścić w 1.00 dm roztworu amoniaku o stężeniu 0,010
3
3
mol/dm , aby 10-krotnie zmienić jego stopień dysocjacji. (Odp. 22,4 dm )
11. Wartości pH dwóch roztworów: roztworu HCl i roztworu HCN są jednakowe i
wynoszą 4,26. Oblicz wartości pH tych roztworów po ich 50-krotnym
rozcieńczeniu. (Odp. 5,96; 5,11)
+
12. Oblicz, jaki procent jonów NH4 ulega reakcji protolizy w 0,05 M roztworu
azotanu (V) amonu. (Odp. 0,0106%)
3
2. Gęstość 15,0%-owego wodnego roztworu HCN wynosi 1,15 kg/dm . Oblicz
wartość pH tego roztworu oraz stopień dysocjacji kwasu cyjanowodorowego.
-6
pKa(HCN) = 9,40 (Odp. pH = 4,30; α = 8•10 )
3. Oblicz stopień dysocjacji kwasu dichlorooctowego o stężeniu 0,050 M. Przyjmij
pKa = 1,48.
(Odp. α = 0,7)
4. Oblicz stężenie procentowe wagowe roztworu kwasu mrówkowego, którego
3
gęstość d = 1,22 g/cm , a pH tego roztworu jest równe 1,82. Przyjmij pKa
(HCOOH) = 3,75. (Odp. 4,86%)
3
5. Oblicz do jakiej objętości należy rozcieńczyć wodą 25,0 cm roztworu kwasu
octowego o pH = 3,00, aby wartość pH roztworu po rozcieńczeniu wzrosła o
jednostkę. pKa(CH3COOH = 4,75)
3
6. 50,0 cm 1,00 M roztworu kwasu azotowego(III) rozcieńczono do objętości 1,0
3
dm . Oblicz stężenia równowagowe jonów i cząsteczek w roztworze
wyjściowym i w roztworze uzyskanym po jego rozcieńczeniu, oraz wartości pH
tych roztworów. pKa(HNO2) = 3,35.
(Odp. pHwyjśc = 1,7; pHkońc = 2,37)
13. Ile razy zmniejszy się stężenie jonów hydroniowych, jeżeli do 500 cm
3
roztworu kwasu mrówkowego o stężeniu 0,2 mol/dm doda się 0,050 mol
mrówczanu sodu? Pomiń zmianę objętości roztworu. (Odp. ok. 17 razy)
3
3
14. Przygotowano bufor amonowy, rozpuszczając 6,72 dm gazowego NH3
3
(objętość mierzona w warunkach normalnych) w 200 cm 0,3 M roztworu H2SO4.
Oblicz pH otrzymanego roztworu.
3
3
15. Do 50 cm roztworu z zadania 4 dodano a) 1 cm 0,02 M roztworu HCl, b) (do
3
innej porcji) 1 cm 0,02 M roztworu NaOH. Oblicz pH otrzymanych roztworów.
3
16. Zmieszano 50,0 cm 0,20 M roztworu kwasu mrówkowego z pewną objętością
0,20 M roztworu HCOONa otrzymując roztwór o pH = 4,55. Oblicz objętość
3
dodanego roztworu mrówczanu sodowego. (Odp. 0,316 dm ).
7. Oblicz o ile zmieni się wartość pH 0,20 M roztworu chloranu(I) sodowego
w wyniku jego 100-krotnego rozcieńczenia. pKa(HOCl) = 7,50
8. Oblicz wartość pH oraz stężenie HCN w roztworze KCN o stężeniu 0,1
3
-3
mol/dm . pKa(HCN) = 9,40. (Odp. pH = 11,2; 1,58•10 M)
+
-
9. Wartość pH 0,100 M roztworu chlorowodorku pirydyny C5H5NH Cl wynosi
+
3,08. Oblicz wartość stałej Kb pirydyny (jon pirydyniowy C5H5NH jest proto-9
nowaną formą słabej zasady, jaką jest pirydyna C5H5N). (Odp. Kb = 1,4•10 )
15
16