Calcule pe baza formulei chimice

Determinarea raportului atomic.

Exemplu:H2SO4 raport atomic: H : S : O : = 2:1:4 (la 2 atomi H corespund,1 atom S si 4 atomi O).

 Determinarea masei moleculare. Molul.

Exemplu: H2SO4 MH2SO4= 2AH+ AS+ 4AO= 2∙1 + 32 + 4∙16 = 98 uam.

1 mol H2SO4= 98g

1mol subst. -----------------M g

n moli subst.----------------m g

n =m/M

-masa molara -masa unui mol in grame

Exemplu: Cati moli se gasesc in 49g acid sulfuric ?

 mH2SO4= 49 g

n

n =m/M moli H2SO4

 MH2SO4= 98 uam

Determinarea raportului de masa

.Exemplu: MH2SO4= 98 uam

raport de masa: H : S : O = 2 : 32 : 64 = 1 : 16 : 32

Determinarea compozitiei procentuale

 a)procente de masa

din masa moleculara: MH2SO4= 98 uam

98g H2SO4--------2g H -----------32g S ----- ----- ----64g O

100 g H2SO4-------x g H -----------y g S --------------z g O

x = 2,04 g H

y = 32,65 g S

z g O

R : 2,04 % H; 32,65 % S; 63,30 % O.

-din raport de masa H : S : O = 1: 16 : 32

49 g H2SO4---------1 g H ---------- 16 g S -----------32 g O

100 g H2SO4--------x g H ----------- y g S ------------ z g O

x = 2,04 g H

y = 32,65 g S

z g O

R : 2,04 % H; 32,65 % S; 63,30 % O.

b) procente de volum

Un amestec gazos contine 2 l H2 si 3 l N2. Sa se determine compozitia in procente de volum.

 5 l amestec ----------2 l H2---------------- 3 l N

 100 l amestec -------- x l H2---------------- y l N

 x = 40 l H2

 y = 60 l N2

R: 40 % H2; 60 % N2

 c) procente molare Intr-un amestecgazos se gasesc 1 mol Cl2 si 3 moli H2

. Sa se determine compozitia in procente molare.

4 moli amestec ------------- 1 mol Cl2------------3 moli H

 100 moli amestec -------------x moli Cl2-----------y moli H

 x = 25 moli Cl

 y = 75 moli H2

R: 25 % Cl2; 75 % H2

 ** Procentele de volum = procente molare.

5.Determinarea cantitatii dintr-un element, continuta intr-o anumita cantitate desubstanta.

Exemplu: Ce cantitate de sulf se gaseste in 196 g acid sulfuric ?

 mH2SO4= 196g

98 g H2SO4---------------32 g S

mS

g H2SO4 ---------- x g S

MH2SO4= 98 uam

x = 64 g S

R: 64 g S6.

Determinarea cantitatii dintr-o substanta ce contine o anumita cantitate dintr-un element.

Exemplu: Ce cantitate de acid sulfuric contine 32 g oxigen ?

 mO = 32 g

98 g H2SO4----------------- 64 g O

mH2SO4= ?

x g H2SO4------------------ 32 g O

MH2SO4= 98 uam

x = 49 g H2SO4

R: 49 g H2SO4

CALCULE CHIMICE PE BAZA ECUATIEI REACTIEI CHIMICE.

Unitati de masura: masa volum moli

mg cm3(ml) mmol

g dm3( l )                     mol

kg m3 kmol

t - -

1.Algoritmul de calcul :

-notarea datelor problemelor;

-scrierea ecuatiei reactiei chimice;

-marcarea substantelor care se iau in calcul;

-trecerea datelor problemei pe ecuatia reactiei;

-notarea maselor molare inmultite cu coeficientii;

-efectuarea calculelor.

Exemplu:a) Ce cantitate de apa (exprimata ingrame si moli ) se obtine prin arderea a 8 g

hidrogen ?

mH2= 8 g 8g x

mO2= ? 2H2+ O2= 2 H2O

nO2= ? 2∙2 2

 MH2= 2

MO2= x =8*2*18/2*2= 72 g H2O

MH2O= 18                              n =m/M=72/18= 4 moli H2O

R: 72 g H2O; 4 moli H2O

**Cantitatile cunoscute de substante se pot exprima in unitasi de masa, valum sau moli. Pe ecuatie se pot trece in acelasi timp toate cele trei tipuri de unitati de masura,dar pentru o substanta se foloseste aceeasi unitate de masura.

b) 130 g zinc reactioneaza cu o solutie de acid clorhidric. Se cere:

a) numarul de moli de clorura de zinc obtinuta;

b) volumul de hidrogen degajat (c.n.)

mZn 130g                                      130g x moli y l

mZnCl2= ? Zn + 2HCl = ZnCl2+ H2

VH2= ? 65 1 22

a)x =130*1/65= 2 moli ZnCl2

b)y =130*22.4/65= 44,8 l H2

 R: 2 moli ZnCl2; 44,8 L H2.

1.Determinarea formulei moleculare.Pentru determinarea formulei moleculare trebuie sa se cunoasca formula procentuala , sau raportul de mana si masa moleculara . Se transforma raportul de masa in raport atomic,impartind cantitatea corespunzatoare la masele atomice si apoi rezultatele la numarul cel mai mic obtinut,astfel incat sa obtinem valori intregi. Se obtine formula bruta, iar pentru stabilirea formuleimoleculare, mai ales la substantele organice, trebuie sa tinem cont de masa moleculara. Procentul deoxigen ,la substantele organice , nu se determina experimental ci prin diferenta;daca sumaprocentelor este 100, substanta nu contine oxigen, daca nu este 100 se calculeaza procentul deoxigen prin diferenta.

 Exemplu:

a) O substanta contine 1,58 % hidrogen, 22,22 % azot si 76,19 % oxigen. Sa se determine

formula moleculara .

% H                          H: 1

Eseu: Inima - structura inimii si aorta Referat: Fracturi si luxatii

% N                         N: 1,58 : 1,58 1 f.m. HNO

% O                        O: 3

f.m.= ?

b) O substanta contine 81,81 % carbon, 18,18 % hidrogen si are masa moleculara 44.Sasedetermine formula moleculara.

% C 100 -( 81,81 + 18,18 ) = 0,01~0 => substanta nu contine oxigen

% H

M C : 6,81 1 ( C1H. 2,67)n

 f.m.= H 2,67 12 n + 2,67 n =44

n = 3 => f.m.: C3H8

c) Prin arderea a 4,6g substanta organica se obtin 4,48 l dioxid de carbon si 5,4g apa.

Densitatea in raport cu aerul a substantei este 1,592. Sa se determine formula moleculara a substantei.

 ms.o.= 4,6g

VCO2= 4,48 l

mH2O= 5,4g

daer

f.m. = ?

-se determina cantitatile de C, H, O.

 22 l CO2---------- 12g C                    18g H2O---------------------2g H

l CO2---------- xg C     5,4g H2O ------------------yg H

x g C y = 0,6 g H

4,6g subst. org. -( 2,4g C + 0,6g H ) = 1,6g O

- se determina M

daer=M/Maer => M = 1,592 ∙28,9 = 46

-se determina f.m.

 Metode I

C:2,4/12= 2 (C2H6O1)n formula bruta

H:0.6/1= : 0,1 6 ( 2∙12 + 6∙1 + 1∙16) ∙n =46

O:1,6/16= 1 n = 1 => f.m.: C2H6O

Metoda II

4,6 g s.o.----- ----- -----2,4 g C -------------0,6 g H ----- ----- ----- 1,6 g O

646 g s.o. ----- ----- -------x g C ----- ----- -----y g H ----- ----- ------ z g O

x = 24 g C                nC=22/12= 2 atomi C

y = 6 g H nH= 6 atomi H => f.m.: C2H6O

z = 16 g O                nO=16/16= 1 atom O        

LEGEA CONSERVARII MASEI SUBSTANTELOR IN REACTIA CHIMICA.

Suma maselor reactantilor = suma maselor produsilor de reactie.

 Exemplu: Ce cantitate de oxigen este necesara pentru ca din 20 g calciu sa se obtina 28 gCaO ?

mCa 20 g                            2 Ca + O2= 2 CaO

mCaO 28 g                          mCa+ mO2= mCaO

 mO2= ? 20 + mO

mO2= 8 g

R: 8 g O

I.

LEGEA ECHIVALENTILOR CHIMICI

Doua substante reactioneaza intre ele in cantitati proportionale cu echivalentii lor chimici.

 Echivalent chimic ( echivalent gram), Eg  -cantitatea de substanta ce reactioneaza cu 1g H2

 sau 8 g O2.

Reguli de stabilire a Eg:

Eg metal =A/n          n -valenta metalului EgCa=40/2= 20g

EgM(OH)n=M/n      n - nr. Gruparilor hidroxil EgFe(OH)3=107/3= 35,66 g

Eg acid =M/n            n  - valenta radicalului                    EgH2SO4=98/2= 49 g

Eg sare =M/n*x        n-val met., x- indice                        EgFe2(SO4)3=400/3*2=66,66 g

Eg redox =M/n  n  - numarul electronilor schimbati, depinde de reactia ce are loc.

mA/mB=EgA/EgB

Exemplu: Oxidul unui metal divalent contine 28,57 % oxigen. Sa se determine metalul.

 mO= 28,57 g

mM= 100 -28,57 = 71,43g

EgO= 8g

 mO/mM=EgO/EgM=>28.57/71.43=8/EgM => EgM= 20g

EgM=A/n=> A = 40 uam => M: Ca

LEGILE GAZELOR

.a)La trecerea unui gaz dintr-o stare 1, caracterizata prin parametrii p1, V1, T1, intr-o stare 2, caracterizata prin parametrii p2, V2, T2, intre aceste marimi exista relatia:

P1*V1/T1=p2*V2/T2

Exemplu: Cunoscand ca la 20 C, presiunea unei cantitati de azot dintr-un recipient este de 2 atmosfere,sa se afle la ce temperatura azotul din recipient va avea presiunea de 6 atmosfere.

p1= 2 atm.

t1= 20C

T1= 273 + 20 = 293 K

p2= 6 atm.

p1*V1/T1= p2*V2/T2

V1= V2

T2=p2*T1/T2=6*293/3= 879K

T2= ? t2= 879 -273 = 606 C

R: 606 C

b)Legea lui Avogadro -Volume egale de gaze diferite,aflate in aceleasi conditii detemperatura si presiune, contin acelasi numar de particule.

 - NA = 6,023∙ 10^23

 - Mol  - cantitatea de substanta egala cu masa moleculara exprimata in grame;

Volumul molar  -volumul ocupat de 1 mol de gaz in conditii normale (0 C, 1 atm.)

Vm = 22,4 l n =V/Vm 

 Exemplu:Sa se determine: numarul de moli, numarul de molecule si volumul ocupat in c.n.

 de 10 kg hidrogen.

MH2= 2 uam

n =m/M=> n =10/2= 5 moli H2

 NH2= n ∙ NA= 5 ∙ 6,023 ∙ 10^23= 30,115 ∙ 10^23molecule

VH2= n ∙ VM= 5 ∙ 22,4 = 112 l

c)Determinarea masei moleculare si a densitatii gazelor.

-densitatea absoluta ρ -masa unitatii de volum.

 ρ=m/V, daca m = M si V = Vm ( c.n. ) =>ρ=M /22.4g/l , M

-densitatea relativa ( d) -arata de cate ori densitatea unui gaz este mai maredecat densitatea gazului de referinta.

 d =ρ1/ρ2 =(M1/22.4)/(M2/22.4)=M1/M2=> M1= d ∙ M2

Cel mai des se utilizeaza densitatile relative ale gazelor fata de hidrogen si aer :

M = 2 ∙ d ; M 28,9 ∙ d M aer = 28,9

Exemplu: 1) Sa se determine ρ si daer a oxigenului.

 ρ=M /22.4=32/22.4= 1,428 g/l

daer M /28.9=32/28.9= 1,107

g substanta gazoasa, cu molecula diatomica,ocupa in c.n. un volum de 1,12 l. Sa se determine substanta gazoasa.

 n =m/M=V/Vm=> 0.1/M=1.12/22.4=> M = 2 => A 1 gazul : H

d)Ecuatia de stare a gazelor perfecte.

-conditii normale : po= 1 atm., to= 0C ( T = 273 K ), Vm = 22,4 l

poVo/T0 pV /T

p0V0/T0=R constanta generala a gazelor perfecte=> pentru 1 mol de gaz pV = RT;

pentru n moli pV = nRT -ecuatia de stare a gazelor perfecte.

 R =(1atm*22.4l/mol)/273K=0.082l*atm/mol*K

 R =760mmHg*22400cm^3/273K= 62400 cm3 ∙ mmHg / K ∙ mol

 R =(1.013*10^5N/m^2*22.4m^3/kmol)/273K= 8,3 3J/kmol∙ K

Exemplu: Ce volum ocupa 14,2 g Cl2 la 273 C si 6 atm.?

 mCl2= 14 g

t = 273 C => T = 546 K p = 6 atm. pV = nRT ;

n =m/M

 V = ?

pV =mRT/MV = mRT/Mp =(14.4*0.082*546)/(71*6)= 1,49 l Cl2

R: 1,49 l Cl2

Concentratia solutiilor

.a)Concentratia procentuala grame substanta dizolvate in 100 g solutie.

 md - masa substantei dizolvate;      ms g solutie----- ----- ---------mdg subst.dizolvata

 ms - masa solutiei;                          100 g solutie----- ----- -------C g subst. dizolvata

 C  -concentratia procentuala

md+ mH2O= ms

C =md*100/ms

Exemplu 1 : Ce concentratie are solutia obtinuta prin dizolvarea a 30 g sare in 270 g apa ?

 msare= 30 g

ms= 30 + 270 = 300 g

mapa= 270 g

C

C =md*100/ms

R: C = 10 %

** pe ecuatie se trece totdeauna md

Exemplu 2 : Zincul reactioneaza cu 300 g solutie de acid clorhidric de concentratie 36,5 %.

Ce volum de hidrogen se obtine ( c.n.) ?

 ms= 300 g 109,5 g x l

C % Zn + 2 HCl → ZnCl2+ H2↑

 VH2= ? 2∙ 36 22,4

 C =md*100/ms=300*36.5/100=109,5 g HCl

x =109.5*22.4/2*36.5= 33,6 l H2

Concentratia procentuala a solutiilor de cristalohidrati se raporteaza la sarea anhidra.

Exemplu: Ce concentratie procentuala va avea solutia obtinuta prin dizolvarea a 25 g

 CuSO4∙5 H2O in 275 g apa ?

 mCuSO4 ∙ 5 H2O= 25 g                                250 g CuSO4∙5 H2O --------- 160 g CuSO4

 mH2O= 275 g                                                25 g CuSO4∙5 H2O ---------x g CuSO4

 C = ?

MCuSO4∙ 5 H2O= MCuSO4+ 5 MH2O= 160 + 90 = 250uam

x =25*160/250= 16 g CuSO4( md )= 160 + 90 = 250uam

ms= mCuSO4∙ 5 H2O+ mH2O== 25 + 275 = 300 g

C =md*100/ms=16*100/300 = 5,33 %

R: C = 5,33 %

** Solubilitatea substantelor din punct de vedere cantitativ,se exprima prin masade substanta dizolvata in 100 g apa, pentru a obtine o solutie saturata.

 Exemplu: La 60 C solubilitatea iodurii de potasiu este de 45 g / 100 g apa. Care este concentratia procentuala a solutiei ?

 mKI= 45 g

ms= mKI+ mH2O= 45 + 100 = 145 g

mH2O= 100 g

C

C =md*100/ms %

R: C = 31,03 %

** In reactiile chimice in care reactantul este acidul sulfuric, in practica se foloseste frecvent ,

solutia de oleum- SO3dizolvat in acid sulfuric.

Exemplu: Ce cantitate de oleum 20 % SO3 este necesara pentru a prepara 300 gsolutie H2SO4

( la adaugarea oleumului in apa trioxidul de sulf reactioneaza cu apa si formeaza acid sulfuric).

Oleum 20 % SO3 -la 20 g SO3corespund 80 g H2SO4

20g x

SO3+ H2O = H2SO4

80 98

x =20*98/80= 24 g H2SO4

 80 + 24 = 104,5 => 100 g oleum va forma 104,5 g H2SO4, deci oleumul se va comporta ca o solutie de acid sulfuric de concentratie 104,5 %

 mH2SO4 din oleum= mH2SO4din sol.98 %

 notam cu a masa de oleum

C =md*100/ms=> md =C*ms/100=104.5*a/100 =98*300/100 => a = 281,33 g oleum

R g oleum.

b)Concentratia molara ( molaritatea ) - numarul de moli dizolvati in un litru solutie.

Vs - volumul solutiei;                          Vs l solutie n moli subst. dizolvata

 n  - numarul de moli                      1 l solutie----- ----- --------- CM moli subst.dizolvata

 CM - concentratia molara

 CM=n/Vs; n =m/M=> C=md/Vs*M 

Exemplu 1 : Se dizolva 80 g NaOH in apa si se obtin 4 l solutie. Sa se determine concentratiamolara a solutiei.

MNaOH= 40 uamm

NaOH= 80 g

CM= ?

n =md/M=80/40= 2 moli NaOH

CM=n/Vs=2/4= M

R: CM= 0 M

Exemplu 2 : Ce cantitate de magneziu reactioneaza cu 500 ml solutie de HCl 0,5 M ?

Vs = 500 ml = 0 l x g 0,25 mol

CM= 0 M Mg + 2 HCl → MgCl2+ H2↑

 mMg= 24 2

CM=n/Vs     n = 0 ∙ 0,5 = 0,25 moli HCl

 x =24*0.25/2= 3 g Mg

R: 3 g Mg

c)Concentratia normala( normalitatea) CN - numarul de echivalenti gram / 1 l solutie.

 Eg echivalentul gram; e  - numarul de echivalenti gram; Vs - volumul solutiei.

1 l solutie----- ----- --------- CN echivalenti gram

Vs l solutie e echivalenti gram

 CN=e/Vs

 1 echivalent gram ------------------ Eg grame

e echivalenti gram------------------md grame

e =md/Eg 

Exemplu: Se obtin 2 litri solutie prin dizolvarea in apa a 37 g hidroxid de calciu.Sa se determine concentratia normala a solutiei.

 mCa(OH)2= 37 g

Vs = 2 l

Cn

EgCa(OH)2=M/2=74/2= 37 g

e =md/Eg=37/37= 1

CN=e/Vs=1/2= N

R: CN= 0 N

3.Puritatea substantelor.

mp masa pura

mp+ mimpuritati= mi

mi= masa impura

p = puritatea ( % )

mi g subst.impura----- ----- ------- mp g subst. pura

 100 g subst.impura p g subst. pura

 p =mp*100/mi

** pe ecuatie se trece totdeauna mp.

Exemplu:

a)Ce cantitate de calcar de puritate 80 % este necesara pentru a obtine 560 g oxid de

calciu

mCaO 560 g                            x 560 g

p = 80 % CaCO3= CaO + CO2

 mi= 100 56

MCaCO3= 100

MCaO=

x =100*560/56= 1000 g CaCO3(mp)

P =mp*100/mi=1000*100/80= 1250 g calcar

R: 1250 g calcar 80 %.

b)Ce cantitate de oxid de calciu de obtine din 500 g calcar de puritate 80 % ?

 mcalcar= 500 g                      400 g x

p CaCO3= CaO + CO2

 mCaO= 100 56

p =mp*100/mi=500*80/100= 400 g CaCO3

 x =400*56/100= 224 g CaO

R: 224 g CaO

4.Randament

Cp cantitatea practica -cantitatea de materie prima care se transforma sau cantitatea

de produs obtinuta;

 Ct  - cantitatea teore tica -cantitatea de materie prima luata in lucru ( ar trebui sa se

transforme),sau cantitatea de produs care se obtine daca toata materia prima setransforma.

η- randament -procentul din materia prima luata in lucru care se transforma inprodusi de reactie.

Ct mat prima luata in lucru----- ----- ----Cp mat. prima se transforma

η=Cp∙100/Ct

** Cp, Ct se pot exprima in unitati de masa,volum sau moli.

 Exemplu:

Prin reactia a 14 g azot cu hidrogenul rezulta 15 g amoniac. Cu ce randament s-alucrat ?

mN2= 14 g 14g x

mNH3= 12 g N2+ 3 H2= 2 NH3   

28

η=Cp*100/Ct

x = 17 g NH3

%

R:η= 88,23 %

** mN2= 14g -Ct N2este reactant, aceasta cantitate se ia in lucru;

mNH3= 12g -Cp NH3este produs de reactie,aceasta cantitate se obtine;

daca pe ecuatie se trece Cp, se calculeaza Cp;

 daca pe ecuatie se trece Ct, se calculeaza Ct;

Cp si Ct corespund la aceeasi substanta.

 ** In industria chimica organica materia prima netransformata se separa si se reintroduce

inprocesul de fabricatie, astfel se realizeaza o transformare a materiei prime in procent mai mare.

 De aceea se folosesc notiunile: Cu (conversie utila), Ct (conversie totala),η( R ) (randament).

Cu -cantit. de mat. prima transf. in produs util x 100 / cantit. totala de mat.prima

Ct cant. de mat. prima transformata x 100 / cantit. totala de mat. prima

 nu - numar de moli transformati in produs util;

 nt - numar de moli transformati ;

 n  -  numar total de moli.

 Cu =nu∙100/n ;

Ct =nt∙100/n;

η=Cu∙100/Ct.