Osnovne stehiometrijske veličine

Transcript

1 Osnovne stehiometrijske veličine Stehiometrija (grško: stoiheion snov, metron merilo) obravnava količinske odnose pri kemijskih reakcijah. Fizikalne veličine, s katerimi kemik najpogosteje izraža količino snovi: Veličina Simbol Enota masa m kg, g, mg množina(snovi) n mol, mmol številnost(število delcev) N 1(nima enote) prostornina (pri plinihvt,p) V m 3, L=dm 3, ml 1

2 Pregled nekaterih osnovnih kemijskih pojmov Kemijski pojem Pomen Simbol Enota Primer mol atomska masa molekulska masa relativna atomska masa relativna molekulska masa molska masa (masa mola) enota množine snovi, ki vsebuje N A delcev fizikalna veličina fizikalna veličina primerjalna veličina primerjalna veličina fizikalna veličina n mol, mmol 1 mol H 6, H atomov 1 mol H 2 6, H 2 molekul m A g M H = 1, g m M g M H2 = 3, g Ar - Ar (H) = 1,008 Mr - Mr (H 2 ) = 2,016 M g/mol M (H) = 1,008 g/mol M (H 2 ) = 2,016 2 g/mol

3 Uporabljene formule: N(X) =N A. n(x) N A = 6, Avogadrovo število M m( X ) n( X ) M(X) = A r (X).g mol -1 M(XY) = M r (XY).g mol -1 3

4 Sestava kemijskih spojin-določanje formul kemijskih spojin Kemijske spojine obravnavamo kot večkomponentne sisteme, v katerih so komponente elementi, ki določeno spojino tvorijo. Ker formula spojine nedvoumno določa možinsko sestavo, je za kemika pomembno predvsem izražanje sestave kemijske spojine s pomočjo masnih deležev elementov v spojini. 4

5 Masni delež komponente j, w j w j = m j /m w j.masni delež komponente j, 1 m j masa komponente j, g m- masa sistema = vsota mas vseh komponent v sistemu, g m=m(1) + m(2) + + m(k) = m j w j =1=100% k j=1 j 5

6 Izračun masnih deležev elementov v spojini in postopek določanja formul kemijskih spojin iz znanih masnih deležev elementov v spojini je razviden iz naslednje sheme: 6

7 7

8 Iz znane sestave kemijske spojine, izražene v masnih deležih, lahko določimo le enostavno ( empirično) formulo spojine. Če hočemo določiti pravo (molekulsko) formulo spojine, moramo poznati molsko maso spojine (ali podatke, iz katerih jo lahko izračunamo): prava formula = (enostavna formula) z z = M M f z NARAVNO ŠTEVILO! M molska (relativna molekulska ) masa spojine M f molska (relativna molekulska) masa, ki odgovarja enostavni formuli z je lahko tudi 1 v tem primeru je prava formula enaka enostavni formuli 8

9 1.FORMULE KEMIJSKIH SPOJIN Naloge: 1. Izračunaj naslednje naloge: a) Koliko atomov je v 1mg...? b) Kolikšna je masa 1 atoma...? c) Določi enostavno formulo spojine iz naslednjih masnih deležev...! d) Določi procentni sestav...! 2. Določi enostavno formulo kristalohidrata! 9

10 Naloge: 1. Izračunaj formulo spojine, če so elementi v njej v masnem razmerju Na : Pt : Cl = 1 : 4,23 : 4,63. Spojina vsebuje 19,3 % vode. Na 2 PtCl 6 x 6 H 2 O 2. Če segrejemo kristalohidrat MgSO 4. x H 2 O do 250 C, izgubi sol vso hidratno vodo. Pri segrevanju 1,687 g vzorca tega kristalohidrata ostane 0,824 g MgSO 4. Izračunaj množino vode na mol kristalohidrata! 3. Pri razpadu 7,00 g kalcijevega bromida nastane 5,60 g broma. Izračunaj masno razmerje kalcija in broma v kalcijevem bromidu, ter procentni sestav spojine! 4. Zmes CO 2 in CS 2 vsebuje 25,0% ogljika. Izračunaj masni delež kisika in žvepla v zmesi! 5. Izračunaj število molekul vode, ki se sprostijo pri sušenju 10,0g MgSO 4.7H 2 O do konstantne teže. 10

11 6. Izračunaj maso 1 atoma H! 7. Koliko atomov kisika je v 1 molu CO 2? 8. Spojina ima naslednjo sestavo: w(na)=0,193; w(s)=0,269 in w(o)= 0,538. Molska masa spojine je 238 g/mol. Določi pravo formulo spojine! 9.Določi formulo spojine, v kateri je masno razmerje Al:Cl= 1:3,95! Spojina vsebuje 44,8% kristalne vode. AlCl 3.6H 2 O 10. V 100 g zmesi KCl in NaCl je 3, kalijevih ionov. Izračunaj masni delež KCl v zmesi! w=0,63 11

12 11. Določite formulo vzorca (kristalohidrata), če so rezultati»sušenja do konstantne mase«naslednji: m(izparilnica, palčka)= 32,20g m(izparilnica, palčka, vzorec)pred sušenjem= 57,17 g m(izparilnica, palčka, vzorec)po sušenju= 48,16 g Brezvodna sol vsebuje baker, žveplo ter kisik v masnem razmerju: 3,97 : 2 : 4. CuSO4x5H2O 12. Določite formulo vzorca (kristalohidrata), če so rezultati»sušenja do konstantne mase«naslednji: m(izparilnica, palčka)= 71,17 g m(izparilnica, palčka, vzorec)pred sušenjem= 74,82 g m(izparilnica, palčka, vzorec)po sušenju= 72,78 g Brezvodna sol vsebuje natrij, žveplo ter kisik v masnem razmerju: 1,43 : 1: 2. Na2SO4x10H2O 12

13 Naloge: 2.vaja: PLINSKI ZAKONI Izračunajte molsko maso plina, katerega masa... gramov zavzema prostornino... litrov pri temperaturi... C in tlaku... kpa! b) Zmes plinov (plin A)... in (plin B)... ima pri temperaturi... C in tlaku... kpa gostoto...g/l. Izračunajte masna in prostorninska deleža obeh plinov v tej zmesi! Izračunajte še parcialna tlaka posameznih plinskih komponent v plinski zmesi! c) Masa... g ogljikovodika... zgori na zraku v ogljikov dioksid in vodno paro. Izračunajte prostornini obeh plinastih produktov, nastalih pri izgorevanju ogljikovodika, pri temperaturi... C in tlaku... kpa! 13

14 Plini Plin definiramo s splošno plinsko enačbo: Normalni pogoji: PV = nrt p o = 1 atm = bar = 1013 mbar = 1.013x10 5 Pa =101.3 kpa = 760 mmhg = 760 torr T o = 273 K = 0 0 C T(K)=T( 0 C) V o m = 22.4 L /mol normalna molska prostornina! V mo = V 0 /n molska prostornina p.n.p.- za vse pline enaka! 14

15 R = P o.v mo /T o = 101,3 kpa.22,4 L mol -1 K -1 / 273 K R = 8,31 kpa L/mol K = 0,08204 atm L/mol K = 82,0834 atm cm 3 /mol K = 8,3143 J mol -1 K -1 = 8,3143 kpa dm 3 /mol K Gostota plinov = m/v = P M / R T = f (T,P) p.n.p. = m/v 0 = n. M/ n. V m0 = M/V m 0 plina (gostota plina p.n.p.) normalna gostota 15

16 Gay-Lussacov zakon o prostorninskih odnosih pri kemijskih reakcijah v plinastem agregatnem stanju Prostornine plinov, ki zreagirajo in prostornine plinastih reakcijskih produktov, merjene pri enakih pogojih, so v razmerju naravnih števil: H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2HCl(g) n(h 2 ) : n(cl 2 ) : n (HCl)= 1 : 1 : 2 stehiom. razmerje PV = nrt V= (R.T/P).n= k.n če je T,P =konst V(H 2 ) T,P : V(Cl 2 ) T,P : V(HCl) T,P =1 : 1 : 2 16

17 Plinske zmesi: Sestava plinske zmesi Fizikalne in kemijske lastnosti plinskih zmesi so odvisne od njihove sestave. Podajamo jo v masnih deležih, množinskih in prostorninskih deležih. Masni delež: w j =m j /m Množinski delež: Prostorninski delež: x j = n j / n φ j = V j /V = x j Pomni! Žlahtni plini so v elementarnem stanju v obliki enoatomarnih molekul (He, Ne, Ar), ostali elementarni plini pa v obliki dvoatomarnih molekul ( H 2, N 2, O 2, Cl 2..)! 17

18 Daltonov zakon o parcialnih tlakih: Tlak plinske zmesi je enak vsoti parcialnih tlakov posameznih plinov v zmesi. P= p(1) + p(2) + p(3) +...p(k) = p j SPE za komponento: p j.v = n j R T SPE za zmes: P V= n R T n = n1 + n2 +...= P= p1 + p2 + p3 +...p(k) = p j k j 1 n j x j = n j / n j = p j / p j =V j / V j k j 1 k j 1 Povprečna molska masa : M = x j M j k j 1 18

19 Naloge: 1.Izračunaj povprečno molsko maso zraka in masna deleža obeh plinov če zrak vsebuje 80 vol% dušika in 20 vol% kisika! (Ostale pline zanemarimo!) Izpeljava zveze med masnim in množinskim deležem: x j = n j / n = m j.m = w j. M M j.m M j 19

20 1. Neki plin zavzema 12 L pri pritisku 1.2 atm. Kakšen volumen bo zavzemal, če pritisk naraste na 2.4 atm? 2. Vzorec Ne zavzema 105 L pri 27 C in pritisku 985 torr. Kakšen volumen bo zavzemal pri normalnih pogojih (pnp)? 3. 1 mol plina zavzema 27 L in njegova gostota je 1.41 g/l pri neki T in P. Kakšna je njegova molska masa? Kakšna je njegova gostota p.n.p.? 20

21 5. 5 gramov CH 4 zgori na zraku v CO 2 in vodno paro. Kolikšna je prostornina nastalih plinastih produktov pri 100 C in 100 kpa? Zapiši reakcijo in jo uredi! L rezervoar vsebuje naslednjo plinsko mešanico: mol metana, mola vodika, mola dušika pri 25 C. Kakšen je tlak plina v rezervoarju? Kakšni so delni tlaki komponent v plinski mešanici? 21