Γεληθή Φεκεία. Νίθνο Ξεθνπθνπισηάθεο Δπίθνπξνο Καζεγεηήο

Γεληθή Φεκεία Νίθνο Ξεθνπθνπισηάθεο Δπίθνπξνο Καζεγεηήο Πνιπηερλείν Κξήηεο Τκήκα Μεραληθψλ Πεξηβάιινληνο Γξαθείν Κ2.125, ηει.: 28210-37772 e-mail:nikosxek@gmail.com

Πεξηερφκελα Μνξηαθφ βάξνο θαη ηππηθφ βάξνο Ζ έλλνηα ηνπ mole Σηνηρεηνκεηξία ρεκηθψλ αληηδξάζεσλ 2

Πεξηνδηθφο Πίλαθαο ησλ Σηνηρείσλ Αηνκηθφο αξηζκφο 3

Μορηαθό βάρος Τν κορηαθό βάρος (molecular weight, MW) κηαο νπζίαο είλαη ην άζξνηζκα ησλ αηνκηθψλ βαξψλ φισλ ησλ αηφκσλ ηα νπνία ππάξρνπλ ζην κφξην ηεο νπζίαο. MW ηνπ H 2 O = 2 1,008 + 15,999 = 18,015 amu MW ηεο NH 3 = 14,007 + 3 1,008 = 17,031 amu MW ηνπ H 2 SO 4 = 2 1,008 + 32,06 + 4 15,999 = 98,07 amu MW ηνπ CHCl 3 = 12,011 + 1,008 + 3 35,45 = 119,37 amu 4

Τσπηθό βάρος Τν ησπηθό βάρος (formula weight, FW) κηαο νπζίαο είλαη ην άζξνηζκα ησλ αηνκηθψλ βαξψλ φισλ ησλ αηφκσλ ηα νπνία ππάξρνπλ ζε κηα ηππηθή κνλάδα ηεο νπζίαο, αλεμάξηεηα αλ ε νπζία είλαη κνξηαθή ή φρη. FW ηνπ NaCl = 22,989769 + 35,45 = 58,44 amu FW ηνπ Fe 2 (SO 4 ) 3 = 2 55,845 + 3 32,06 + 12 15,999 = 399,75 amu FW ηνπ CuSO 4 5H 2 O = 63,546 + 32,06 + 4 15,999 + 10 1,008 + 5 15,999 = 249,68 amu 5

Μνξηαθφ θαη ηππηθφ βάξνο Παραηήρεζε!!!: ην κνξηαθφ θαη ην ηππηθφ βάξνο κηαο νπζίαο ππνινγίδεηαη κε βάζε ηα αθξηβή αηνκηθά βάξε, φπσο απηά δίλνληαη ζηνλ πεξηνδηθφ πίλαθα ησλ ζηνηρείσλ. Καηά ηελ εθηέιεζε ησλ πξάμεσλ λα εθαξκφδεηε ηνπο θαλφλεο γηα ηα ζεκαληηθά ςεθία. Σπλήζσο ην κνξηαθφ θαη ην ηππηθφ βάξνο ζηξνγγπινπνηείηαη ζην δεχηεξν δεθαδηθφ ςεθίν: Π.ρ. MW ηνπ H 2 = 2,016 amu 2,02 amu Π.ρ. MW ηνπ H 2 O = 18,015 amu 18,02 amu MW ηεο NH 3 = 17,031 amu 17,03 amu 6

Άζθεζε 3.1 Υπνινγίζηε ηα ηππηθά βάξε ησλ αθφινπζσλ ελψζεσλ. Σηξνγγπινπνηείζηε ην απνηέιεζκα ζην δεχηεξν δεθαδηθφ ςεθίν. NO 2 C 6 H 12 O 6 NaOH Mg(OH) 2 (NH 4 ) 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O 7

Άζθεζε 3.2 Βξείηε ηηο ηππηθέο κάδεο ησλ παξαθάησ ελψζεσλ. Σε θάζε πεξίπησζε λα ζηξνγγπινπνηήζεηε ην απνηέιεζκα ζην δεχηεξν δεθαδηθφ ςεθίν. CH 3 OH N 2 O 5 K 2 CO 3 Ni 3 (PO 4 ) 2 NH 4 Cl Ca(OH) 2 8

Η έλλοηα ηοσ mole Οξηζκφο ηνπ mole (ζχκβνιν mol): πνζφηεηα ηεο χιεο ε νπνία πεξηέρεη ηφζα αληηθείκελα (άηνκα, κφξηα, ηφληα, ηππηθέο κνλάδεο ή νπνηαδήπνηε άιια αληηθείκελα) φζα πεξηέρνληαη ζε αθξηβψο 12 g ηνπ ηζνηφπνπ ηνπ 12 C. Σε 12 g ηνπ ηζνηφπνπ ηνπ 12 C πεξηέρνληαη 6,02214179 10 23 άηνκα. Ο αξηζκφο απηφο νλνκάδεηαη αρηζκός Avogadro, ζχκβνιν Ν Α, θαη έρεη κνλάδεο mol 1. Ν Α = 6,02214179 10 23 mol 1 9

Η έλλοηα ηοσ mole Άξα, 1 mol χιεο πεξηέρεη 6,022 10 23 αληηθείκελα (άηνκα, κφξηα, ηφληα, ηππηθέο κνλάδεο ή νπνηαδήπνηε άιια αληηθείκελα). Γειαδή ην mole νξίδεηαη κε βάζε ηνλ αξηζκφ ησλ αληηθεηκέλσλ. Καη αληηζηνηρία νξίδεηαη θαη ε δσδεθάδα (ληνπδίλα) = πεξηέρεη αθξηβψο 12 αληηθείκελα. π.ρ. 1 δσδεθάδα (ληνπδίλα) απγά = 12 απγά. 10

Η έλλοηα ηοσ mole 1 mol αηφκσλ 12 C = 6,022 10 23 άηνκα 12 C 1 mol αηφκσλ Ο = 6,022 10 23 άηνκα Ο 1 mol κνξίσλ Ο 2 = 6,022 10 23 κφξηα Ο 2 1 mol κνξίσλ Ζ 2 Ο = 6,022 10 23 κφξηα Ζ 2 Ο 1 mol ηππηθψλ κνλάδσλ NaCl = 6,022 10 23 ηππηθέο κνλάδεο NaCl 1 mol ηφλησλ ΝΟ 3 = 6,022 10 23 ηφληα ΝΟ 3 1 mol πέηξεο = 6,022 10 23 πέηξεο 1 mol άλζξσπνη = 6,022 10 23 άλζξσπνη 1 mol επξψ = 6,022 10 23 επξψ!!! 11

Η έλλοηα ηοσ mole Προζοτή!!!: 1 mol αηφκσλ νμπγφλνπ πεξηέρεη 6,022 10 23 άηνκα νμπγφλνπ. 1 mol κνξίσλ Ο 2 πεξηέρεη 6,022 10 23 κφξηα Ο 2, ηα νπνία είλαη 2 6,022 10 23 άηνκα νμπγφλνπ. Ο φξνο mole γηα ηηο ηνληηθέο ελψζεηο αλαθέξεηαη ζηνλ αξηζκφ ησλ ηππηθψλ κνλάδσλ ηεο νπζίαο, π.ρ. 1 mol ηππηθψλ κνλάδσλ Na 2 CΟ 3 πεξηέρεη 6,022 10 23 ηππηθέο κνλάδεο Na 2 CΟ 3, νη νπνίεο πεξηέρνπλ 2 6,022 10 23 ηφληα Na + θαη 6,022 10 23 ηφληα CO 3 2. 12

1 mol δηαθφξσλ νπζηψλ 1-Οθηαλφιε C 8 H 17 OH HgI 2 Ο 2 S 8 Μεζαλφιε CH 3 OH Ζ 2 Ο NaCl 13

Πόζο δσγίδεη 1 mol??? 1 mol αληηθεηκέλσλ πεξηέρεη πάληα Ν Α = 6,022 10 23 αληηθείκελα. Ωζηφζν, ε κάδα ηνπ 1 mol αληηθεηκέλσλ δελ είλαη πάληνηε ε ίδηα. Πξνθαλψο εμαξηάηαη απφ ην είδνο ησλ αληηθεηκέλσλ. Ζ κάδα ηνπ 1 mol αληηθεηκέλσλ είλαη δηαθνξεηηθή θάζε θνξά, αλάινγα κε ηε κάδα ηνπ θάζε ελφο αληηθεηκέλνπ. 14

Πφζν δπγίδεη 1 mol? Έζησ 1 mol θξάνπιεο θαη 1 mol πνξηνθάιηα. Έζησ φηη ε θάζε θξάνπια δπγίδεη 10 g θαη ην θάζε πνξηνθάιη δπγίδεη 200 g (20 θνξέο πεξηζζφηεξν). 1 mol θξάνπιεο δπγίδεη 10 6,022 10 23 g θαη 1 mol πνξηνθάιηα δπγίδεη 200 6,022 10 23 g (20 θνξέο πεξηζζφηεξν). 15

Πφζν δπγίδεη 1 mol? Έζησ ηα εμήο άηνκα: Ζ: A r = 1 amu (γηα ηελ αθξίβεηα 1,008 amu) 12 C: A r = 12 amu, εμ νξηζκνχ Mg: A r = 24 amu (γηα ηελ αθξίβεηα 24,3050 amu) 1 mol αηφκσλ 12 C πεξηέρεη Ν Α = 6,022 10 23 άηνκα 12 C θαη δπγίδεη 12 g (εμ νξηζκνχ). Τν θάζε έλα άηνκν πδξνγφλνπ έρεη 12 θνξέο ιηγφηεξε κάδα απφ ην θάζε έλα άηνκν ηνπ 12 C. Καηά ζπλέπεηα, 1 mol αηφκσλ Ζ πεξηέρεη Ν Α = 6,022 10 23 άηνκα Ζ θαη δπγίδεη 1 g (γηα ηελ αθξίβεηα 1,008 g). 16

Πφζν δπγίδεη 1 mol? Οκνίσο, ην θάζε έλα άηνκν καγλεζίνπ έρεη 2 θνξέο κεγαιχηεξε κάδα απφ ην θάζε έλα άηνκν ηνπ 12 C. Καηά ζπλέπεηα, 1 mol αηφκσλ Mg πεξηέρεη Ν Α = 6,022 10 23 άηνκα Mg θαη δπγίδεη 24 g (γηα ηελ αθξίβεηα 24,3050 g). θ.ν.θ. Δειαδή, 1 mol αηόκωλ, κορίωλ, ηόληωλ ή ησπηθώλ κολάδωλ δσγίδεη όζο ηο αηοκηθό ή ηο κορηαθό ή ηο ησπηθό βάρος ζε g!!! 17

1 mol δπγίδεη φζν ην A r, MW ή FW ζε g 1 mol αηφκσλ H δπγίδεη 1,008 g 1 mol αηφκσλ Ο δπγίδεη 15,999 g 1 mol αηφκσλ Na δπγίδεη 23,989769 g 1 mol κνξίσλ H 2 δπγίδεη 2,016 g 1 mol κνξίσλ Ο 2 δπγίδεη 31,998 g 1 mol κνξίσλ Ζ 2 Ο δπγίδεη 18,015 g 1 mol ηφλησλ ΝΟ 3 δπγίδεη 62,004 g 1 mol ηππηθψλ κνλάδσλ NaCl δπγίδεη 58,44 g 1 mol ηππηθψλ κνλάδσλ CuSO 4 5H 2 O δπγίδεη 249,68 g 18

Γρακκοκορηαθή κάδα Ζ γρακκοκορηαθή κάδα (molar mass) κηαο νπζίαο είλαη ε κάδα ελφο mole ηεο νπζίαο. Ζ γξακκνκνξηαθή κάδα κεηξηέηαη ζε g/mol. Η γρακκοκορηαθή κάδα θάζε οσζίας κεηρεκέλε ζε g/mol, είλαη πάληα αρηζκεηηθά ίζε κε ηο κορηαθό ή ηο ησπηθό βάρος ηες οσζίας κεηρεκέλο ζε amu. Σπλήζσο ε γξακκνκνξηαθή κάδα, φπσο ην κνξηαθφ θαη ην ηππηθφ βάξνο, ζηξνγγπινπνηείηαη ζην δεχηεξν δεθαδηθφ ςεθίν. 19

Άζθεζε 3.3 i. Πφζε είλαη ε κάδα ζε γξακκάξηα ελφο αηφκνπ ρισξίνπ, Cl; ii. Πφζε είλαη ε κάδα ζε γξακκάξηα ελφο κνξίνπ ρισξηδίνπ ηνπ πδξνγφλνπ, ΖCl; Λύζε: Γηαηξνχκε ηε γξακκνκνξηαθή κάδα κε ηνλ αξηζκφ Avogadro: μάζα ενόρ αηόμος Cl 35,45 g/mol 23 6,022 10 mol 1 5,887 10 23 g μάζα ενόρ μοπίος ΗCl 36,46 g/mol 23 6,022 10 mol 1 6,054 10 23 g 20

Άζθεζε 3.4 i. Πφζε είλαη ε κάδα ζε γξακκάξηα ελφο αηφκνπ αζβεζηίνπ, Ca; ii. Πφζε είλαη ε κάδα ζε γξακκάξηα ελφο κνξίνπ αηζαλφιεο, C 2 H 5 OH; 21

Άζθεζε 3.5 Υπνινγίζηε ηε κάδα ζε γξακκάξηα θαζεκηάο απφ ηηο παξαθάησ νληφηεηεο (ζσκαηίδηα): άηνκν Na άηνκν Ν κφξην CH 3 Cl ηππηθή κνλάδα Hg(NO 3 ) 2 κφξην PBr 3 ηππηθή κνλάδα Fe(OH) 2 κφξην (C 2 H 5 ) 2 O κφξην C 3 H 8 O 3 22

Υποιογηζκοί κε moles Γηα λα ππνινγίδνπκε ηνλ αξηζκφ ησλ moles κηαο νπζίαο δηαηξνχκε ηε κάδα ηεο νπζίαο κε ηε γξακκνκνξηαθή ηεο κάδα: φπνπ: n m Μ (3.1) n: ν αξηζκφο ησλ moles ηεο νπζίαο, ζε mol m: ε κάδα ηεο νπζίαο, ζε g M: ε γξακκνκνξηαθή κάδα ηεο νπζίαο, ζε g/mol 23

Υπνινγηζκνί κε moles Ο αξηζκφο ησλ moles κηαο νπζίαο κπνξεί λα ππνινγηζηεί θαη απφ ηελ αθφινπζε ζρέζε: φπνπ: n N N A (3.2) n: ν αξηζκφο ησλ moles ηεο νπζίαο, ζε mol Ν: ν αξηζκφο ησλ αηφκσλ, κνξίσλ, ή ηππηθψλ κνλάδσλ ηεο νπζίαο Ν Α : ν αξηζκφο Avogadro 6,022 10 23 mol 1 24

Άζθεζε 3.6 Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα είλαη ηα 0,0654 mol ZnI 2. Λύζε: Τν κνξηαθφ βάξνο ηνπ ZnI 2 είλαη: 65,38 + 2 126,90447 = 319,18894 amu 319,19 amu Άξα ε γξακκνκνξηαθή κάδα ηνπ ZnI 2 είλαη 319,19 g/mol. n m m Μ n M m 0,0654 mol 319,19 g/mol m 20,9 g 25

Άζθεζε 3.7 Ζ αλάιπζε ελφο δηαιχκαηνο Ζ 2 Ο 2 δείρλεη φηη ζε 1,00 L δηαιχκαηνο ππάξρνπλ 0,909 mol H 2 O 2. Πφζε είλαη ε κάδα ηνπ ππεξνμεηδίνπ ηνπ πδξνγφλνπ ζε απηφ ηνλ φγθν δηαιχκαηνο. 26

Άζθεζε 3.8 Να ππνινγίζεηε πφζα moles είλαη ηα 45,6 g ρξσκηθνχ κνιχβδνπ(ηη), PbCrO 4. Λύζε: Τν κνξηαθφ βάξνο ηνπ PbCrO 4 είλαη: 207,2 + 51,9961 + 4 15,999 = 323,1921 amu 323,2 amu (ην αηνκηθφ βάξνο ηνπ κνιχβδνπ δίλεηαη κε έλα δεθαδηθφ ςεθίν). Άξα ε γξακκνκνξηαθή κάδα ηνπ PbCrO 4 είλαη 323,2 g/mol. n Μ m n 45,6 g 323,2 g/mol 0,141 mol 27

Άζθεζε 3.9 Να ππνινγίζεηε πφζα moles είλαη ηα 28,5 g ληηξηθνχ νμένο, ΖΝΟ 3. 28

Άζθεζε 3.10 Πφζα κφξηα ππάξρνπλ ζε έλα δείγκα ρισξηδίνπ ηνπ πδξνγφλνπ, HCl, κάδαο 3,46 g. Λύζε: Τν κνξηαθφ βάξνο ηνπ HCl είλαη: 1,008 + 35,45 = 36,458 amu 36,46 amu, άξα ε γξακκνκνξηαθή ηνπ κάδα είλαη 36,46 g/mol. Υπνινγίδνπκε ηα moles ηνπ HCl: n N N A n N Μ m n NA n N 5,715 3,46 g 36,46 g/mol 0,0949 10 22 mol 6,022 μόπια HCl 0,0949 10 mol 23 mol 1 29

Άζθεζε 3.11 Πφζα κφξηα ππάξρνπλ ζε 56 mg HCN; 30

Άζθεζε 3.12 Να ππνινγηζηεί ν αξηζκφο ησλ moles ησλ παξαθάησ νπζηψλ: i. 2,00 g NaOH ii. 4,90 g H 2 SO 4 iii. 3,00 g CH 3 COOH iv. 5,00 g CaCO 3 v. 6,30 g HNO 3 vi. 5,26 g Fe 2 (SO 4 ) 3 7H 2 O vii. 4,74 g KAl(SO 4 ) 2 12H 2 O viii.9,16 g Na 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 24H 2 O 31

Υποιογηζκοί κε moles Έζησ ην κφξην ηνπ λεξνχ, H 2 O. 1 κφξην Ζ 2 Ο πεξηέρεη 2 άηνκα Ζ θαη 1 άηνκν Ο. 6,022 10 23 κφξηα Ζ 2 Ο πεξηέρνπλ 2 6,022 10 23 άηνκα Ζ θαη 6,022 10 23 άηνκα Ο. 1 mol κνξίσλ Ζ 2 Ο πεξηέρεη 2 mol αηφκσλ Ζ θαη 1 mol αηφκσλ Ο. 18,015 g H 2 O πεξηέρνπλ 2 1,008 = 2,016 g πδξνγφλνπ θαη 15,999 g νμπγφλνπ. 32

Άζθεζε 3.13 Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα πδξνγφλνπ θαη νμπγφλνπ πεξηέρνληαη ζε 0,913 g λεξνχ. Λύζε: 2,016 g ςδπογόνος 0,913 g H2O 18,015 g H O 2 0,102 g ςδπογόνος 15,999 g οξςγόνος 0,913 g H2O 18,015 g H O 2 0,811 g οξςγόνος 33

Άζθεζε 3.14 Έζησ 1,000 g απφ ηα αθφινπζα ηφληα: i. ΝΟ 2 ii. ΝΟ 3 iii. ΝΖ 4 + Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα αδψηνπ πεξηέρεη ην θάζε ηφλ. Λύζε: i. ΝΟ 2 : ii. ΝΟ 3 : iii. ΝΖ 4+ : 14,007 g N 46,005 g NO 2 1,000 g NO 2 0,3045 g N 34

Άζθεζε 3.15 Να ππνινγίζεηε πφζα γξακκάξηα άλζξαθα πεξηέρνληαη ζε: i. 12,08 g γιπθφδεο, C 6 H 12 O 6. ii. 18,55 g νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH. iii. 5,44 g κεζαλφιεο, CH 3 OH. Λύζε: i. C 6 H 12 O 6 : ii. 612,011 g C 12,08 g C6H12O6 180,156 g C6H12O6 4,832 g C CH 3 COOH: iii. CH 3 OH: 35

Σηοητεηοκεηρία τεκηθώλ αληηδράζεωλ Πρόβιεκα #1: Πφζε πνζφηεηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε kg απαηηείηαη γηα ηελ παξαγσγή 907 kg ακκσλίαο, NH 3, ζχκθσλα κε ηε κέζνδν Haber: Ν 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 36

Σηνηρεηνκεηξία ρεκηθψλ αληηδξάζεσλ Σηοητεηοκεηρία (stoichiometry) είλαη ν ππνινγηζκφο ησλ πνζνηήησλ ησλ αληηδξψλησλ θαη πξντφλησλ ηα νπνία ζπκκεηέρνπλ ζε κηα ρεκηθή αληίδξαζε. Ν 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 1 κφξην Ν 2 3 κφξηα Ζ 2 2 κφξηα ΝΖ 3 6,022 10 23 3 6,022 10 23 2 6,022 10 23 κφξηα Ν 2 κφξηα Ζ 2 κφξηα ΝΖ 3 1 mol Ν 2 3 mol Ζ 2 2 mol ΝΖ 3 28,014 g Ν 2 3 2,016 g Ζ 2 2 17,031 g ΝΖ 3 37

Σηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο θαη mol Σε θάζε ρεκηθή εμίζσζε νη ζηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο εθθξάδνπλ ηελ αλαιογία ηωλ moles ησλ αληηδξψλησλ θαη ησλ πξντφλησλ ηα νπνία ζπκκεηέρνπλ ζηελ αληίδξαζε. 38

Σηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο θαη mol Ν 2 + 3Ζ 2 2ΝΖ 3 1 mol Ν 2 αληηδξά κε 3 mol Ζ 2 θαη ζρεκαηίδνληαη 2 mol ΝΖ 3. 10 mol Ν 2 αληηδξνχλ κε 30 mol Ζ 2 θαη ζρεκαηίδνληαη 20 mol ΝΖ 3. 0,1 mol Ν 2 αληηδξνχλ κε 0,3 mol Ζ 2 θαη ζρεκαηίδνληαη 0,2 mol ΝΖ 3. θ.ν.θ. 39

Σηνηρεηνκεηξηθνί ζπληειεζηέο θαη mol Σηελ πξνεγνχκελε αληίδξαζε έζησ φηη έρνπκε 4,8 mol H 2. Πφζε πνζφηεηα αδψηνπ, Ν 2, απαηηείηαη ψζηε λα αληηδξάζεη πιήξσο ην πδξνγφλν, Ζ 2 ; Σηελ πεξίπησζε απηή, πφζε πνζφηεηα ακκσλίαο, ΝΖ 3, παξάγεηαη; Απάληεζε: Απαηηνχληαη: Παξάγνληαη: 1mol N2 4,8 mol H 2 1,6 mol 3 mol H 2 N 2 2 mol NH3 4,8 mol H 2 3,2 mol 3 mol H 2 NH 3 40

Μεζνδνινγία ιχζεο ησλ πξνβιεκάησλ Γεδνκέλα: κάδες ησλ αληηδξψλησλ Α ή/θαη Β ρξήζε ησλ γξακκνκνξηαθψλ καδψλ αα + ββ γγ + δγ Εεηνχκελα: κάδες ησλ πξντφλησλ Γ ή/θαη Γ ρξήζε ησλ γξακκνκνξηαθψλ καδψλ moles ησλ αληηδξψλησλ Α ή/θαη Β ρξήζε ησλ ζηνηρεηνκεηξηθψλ ζπληειεζηψλ ηεο ρεκηθήο εμίζσζεο moles ησλ πξντφλησλ Γ ή/θαη Γ 41

Πρόβιεκα #1: Πφζε πνζφηεηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε kg απαηηείηαη γηα ηελ παξαγσγή 907 kg ακκσλίαο, NH 3, ζχκθσλα κε ηε κέζνδν Haber: Ν 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηεο ακκσλίαο: 3 m 907 10 g 4 n 5,3310 mol NH Μ 17,03 g/mol n 3 42

Πρόβιεκα #1: Λύζε Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ Ζ 2 ηα νπνία απαηηνχληαη γηα ηελ παξαζθεπή ηεο παξαπάλσ πνζφηεηαο ΝΖ 3 : 3 mol H 4 2 5,3310 mol NH3 2 mol NH3 8,00 10 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ Ζ 2 : 4 mol H 2 n Μ m m n Μ 8,00 10 4 mol 2,02 g/mol m 1,62 10 5 g H 2 ή 162 kg H 2 43

Άζθεζε 3.16 Έζησ ε αληίδξαζε: Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO 2 (g) Πφζα γξακκάξηα ζηδήξνπ κπνξνχλ λα παξαρζνχλ απφ 1,00 kg Fe 2 O 3 ; Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ Fe 2 O 3 : 3 m 1,00 10 g n n 6,26 mol Fe Μ 2O3 159,69 g/mol 44

Άζθεζε 3.16 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ ζηδήξνπ: 6,26 mol Fe O 2 mol Fe 2 3 12,52 mol Fe 1mol Fe 2 O 3 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ ζηδήξνπ: n Μ m m n Μ 12,52 mol 55,85 g/mol m 699,2 g Fe 45

Άζθεζε 3.17 Τν κεηαιιηθφ λάηξην αληηδξά κε ην λεξφ παξάγνληαο αέξην πδξνγφλν θαη δηάιπκα πδξνμεηδίνπ ηνπ λαηξίνπ. Πφζα γξακκάξηα κεηαιιηθνχ λαηξίνπ απαηηνχληαη γηα λα παξαρζνχλ 7,81 g H 2 ; 46

Άζθεζε 3.18 Έζησ ε αληίδξαζε: 4HCl(aq) + MnO 2 (s) 2H 2 O(s) + MnCl 2 (aq) + Cl 2 (g) Πφζα γξακκάξηα ΖCl απαηηνχληαη γηα λα αληηδξάζνπλ κε 5,00 g MnO 2 ; Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ MnO 2 : m 5,00 g n n 0,0575 mol MnO 2 Μ 86,94 g/mol 47

Άζθεζε 3.18 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ ΖCl: 4 mol HCl 0,0575 mol MnO 2 0,230 mol HCl 1mol MnO 2 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ ΖCl: n Μ m m n Μ 0,230 mol 36,46 g/mol m 8,39 g HCl 48

Άζθεζε 3.19 Καηά ηελ ζέξκαλζε ηνπ ζνπιθηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ κε νμπγφλν παξάγεηαη νμείδην ηνπ ςεπδαξγχξνπ θαη δηνμείδην ηνπ ζείνπ. Πφζα ρηιηφγξακκα αεξίνπ νμπγφλνπ ελψλνληαη κε 5,00 10 3 g ζνπιθηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ; 49

Άζθεζε 3.20 Καηά ηελ ζέξκαλζε ηνπ νμεηδίνπ ηνπ πδξαξγχξνπ(ηη) παξάγεηαη νμπγφλν θαη κεηαιιηθφο πδξάξγπξνο. Αλ παξαρζνχλ 6,47 g νμπγφλνπ, πφζα γξακκάξηα κεηαιιηθνχ πδξαξγχξνπ έρνπλ ηαπηφρξνλα παξαρζεί; 50

Άζθεζε 3.21 Τν βνπηάλην, C 4 H 10, θαίγεηαη απφ ην νμπγφλν ηνπ αέξα πξνο CO 2 θαη H 2 O. Πφζε είλαη ε πνζφηεηα ζε moles ηνπ CO 2 ε νπνία παξάγεηαη θαηά ηελ θαχζε 0,15 mol βνπηαλίνπ, C 4 H 10 ; Λύζε: Αξρηθά γξάθνπκε ηελ ηζνζηαζκηζκέλε εμίζσζε θαχζεο ηνπ βνπηαλίνπ: C 4 H 10 (g) + 13/2O 2 (g) 4CO 2 (g) + 5H 2 O(g) 51

Άζθεζε 3.21: Απάληεζε Σχκθσλα κε ηελ ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο έρνπκε: 0,15 mol C H 4 mol CO2 4 10 0,60 1mol C H 4 10 mol CO 2 52

Άζθεζε 3.22 Να ππνινγίζεηε ηα γξακκάξηα ηνπ νμπγφλνπ ηα νπνία απαηηνχληαη γηα ηελ πιήξε θαχζε ησλ παξαθάησ νπζηψλ, θαζψο θαη ηα γξακκάξηα ηνπ CO 2 ηα νπνία παξάγνληαη θαηά ηελ θαχζε: i. 3,24 g θαηλφιεο, C 6 H 5 OH. ii. 5,14 g νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH. iii. 2,18 g αηζαλφιεο, CH 3 CH 2 OH. Λύζε: i. Αξρηθά γξάθνπκε ηελ ηζνζηαζκηζκέλε εμίζσζε θαχζεο ηεο θαηλφιεο: C 6 H 5 OH + 7Ο 2 6CO 2 + 3H 2 O 53

Άζθεζε 3.22 Καηφπηλ ππνινγίδνπκε ηα moles ηεο θαηλφιεο: n Μ m 3,24 g n 0,0344 mol C6H5OH 94,11 g/mol Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ νμπγφλνπ ζχκθσλα κε ηελ ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο: 7 mol O2 0,0344 mol C6H5OH 0,241 1mol C H OH 6 5 mol Έπεηηα, ππνινγίδνπκε ηα γξακκάξηα ηνπ Ο 2 : O 2 n Μ m m n Μ 0,241 mol 32,00 g/mol 7,71 g O2 54

Άζθεζε 3.22 Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ CO 2 ζχκθσλα κε ηελ ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο: 6 mol CO2 0,0344 mol C6H5OH 1mol C H OH Τέινο ππνινγίδνπκε ηα γξακκάξηα ηνπ CΟ 2 : 6 5 0,206 mol CO 2 n m m n Μ 0,206 mol 44,01 g/mol 9,07 g CO Μ 2 ii. 5,14 g νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH. iii. 2,18 g αηζαλφιεο, CH 3 CH 2 OH. 55

Περηορηζηηθό αληηδρώλ Πρόβιεκα #2: Σε έλα θιεηζηφ δνρείν ηνπνζεηνχληαη 7,0 γξακκάξηα αδψηνπ, Ν 2, θαη 3,0 γξακκάξηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε θαηάιιειεο ζπλζήθεο ψζηε λα πξαγκαηνπνηεζεί ρεκηθή αληίδξαζε. Να βξείηε πφζα γξακκάξηα ακκσλίαο, ΝH 3 ζα ζρεκαηηζηνχλ. 56

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Σπρλά ζηηο ρεκηθέο αληηδξάζεηο έλα ή πεξηζζφηεξα αληηδξψληα πξνζηίζεληαη ζε αλαινγίεο κεγαιχηεξεο απφ ηηο ζηνηρεηνκεηξηθά απαηηνχκελεο, π.ρ. Ζ 2 + Η 2 2ΖΗ 0,1 mol 0,5 mol Σχκθσλα κε ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο, ε αλαινγία moles H 2 θαη I 2 είλαη 1:1. 57

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Σχκθσλα κε ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο θαη ηα αξρηθά moles ησλ αληηδξψλησλ ζπκπεξαίλνπκε φηη: νιφθιεξε ε πνζφηεηα ηνπ Ζ 2 ζα αληηδξάζεη έλα κέξνο ηεο πνζφηεηαο ηνπ Η 2 (ζπγθεθξηκέλα 0,4 mol) ζα πεξηζζέςεη ζα ζρεκαηηζηνχλ 2 0,1 = 0,2 mol HI 58

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Τν αληηδξψλ ην νπνίν θαηαλαιψλεηαη πιήξσο φηαλ ε αληίδξαζε θηάζεη ζην ηέξκα ηεο νλνκάδεηαη περηορηζηηθό αληηδρώλ (limiting reactant), ζην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα ην Ζ 2. Έλα αληηδξψλ ην νπνίν δελ θαηαλαιψλεηαη πιήξσο νλνκάδεηαη αληηδρώλ ζε περίζζεηα (excess reactant), ζην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα ην Η 2. Τα moles ησλ πξντφλησλ θαζνξίδνληαη πάληνηε απφ ηα αξρηθά moles ηνπ πεξηνξηζηηθνχ αληηδξψληνο, ζην πξνεγνχκελν παξάδεηγκα 0,2 mol HI. 59

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Σπρλά θαηαζηξψλνπκε έλα πίλαθα ηηκψλ σο εμήο: moles Ζ 2 + Η 2 2ΖΗ Αξρηθά 0,1 0,5 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα 0,1 0,1 + 0,2 Τειηθά 0 0,4 0,2 Άξα παξάγνληαη 0,2 mol HI θαη περηζζεύοσλ 0,4 mol I 2 60

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ 61

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ Έζησ ε αληίδξαζε: 2Ζ 2 + Ο 2 2Ζ 2 Ο 1 mol 1 mol moles 2Ζ 2 + Ο 2 2Ζ 2 Ο Αξρηθά 1 1 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα 1 0,5 Τειηθά 0 0,5 1 + 1 62

Πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ 2Ζ 2 + Ο 2 2Ζ 2 Ο 1 mol 1 mol 63

Περηορηζηηθό αληηδρώλ Πρόβιεκα #2: Σε έλα θιεηζηφ δνρείν ηνπνζεηνχληαη 7,0 γξακκάξηα αδψηνπ, Ν 2, θαη 3,0 γξακκάξηα πδξνγφλνπ, H 2, ζε θαηάιιειεο ζπλζήθεο ψζηε λα πξαγκαηνπνηεζεί ρεκηθή αληίδξαζε. Να βξείηε πφζα γξακκάξηα ακκσλίαο, ΝH 3 ζα ζρεκαηηζηνχλ. 64

Λύζε ηοσ προβιήκαηος Αξρηθά κεηαηξέπνπκε ηηο κάδεο ησλ αληηδξψλησλ ζε moles. N 2 : n m M 7,0 g 28,01 g/mol 0,25 mol H 2 : n m M 3,0 g 2,02 g/mol 1,5 mol 65

Λύζε ηοσ προβιήκαηος Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα moles N 2 + 3H 2 2NΖ 3 Αξρηθά 0,25 1,5 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη 0,25 0,75 + 0,50 Τειηθά 0 0,75 0,50 Άξα παξάγνληαη 0,50 17,03 = 8,5 g ΝH 3 θαη περηζζεύοσλ 0,75 2,02 = 1,5 g H 2 66

Άζθεζε 3.23 Μεηαιιηθφο ςεπδάξγπξνο θαη πδξνρισξηθφ νμχ αληηδξνχλ ζχκθσλα κε ηελ εμίζσζε: Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) Αλ πξνζηεζνχλ 0,30 mol Zn ζε πδξνρισξηθφ νμχ ην νπνίν πεξηέρεη 0,52 mol HCl, πφζα moles H 2 ζα παξαρζνχλ; Λύζε: Καηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: 67

Άζθεζε 3.23 moles Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + Ζ 2 (g) Αξρηθά 0,30 0,52 Αληηδξνχλ 0,26 0,52 Παξάγνληαη + 0,26 + 0,26 Τειηθά 0,04 0 0,26 0,26 Ζ πνζφηεηα ηνπ Ζ 2 ε νπνία παξάγεηαη είλαη 0,26 mol. 68

Άζθεζε 3.24 Έζησ ε αληίδξαζε: 2Al(s) + 6HCl(g) 2AlCl 3 (s) + 3H 2 (g) Έζησ φηη ην δνρείν ηεο αληίδξαζεο πεξηέρεη 0,15 mol Al θαη 0,35 mol HCl. Πφζα mol AlCl 3 κπνξνχλ λα παξαρζνχλ; 69

Άζθεζε 3.25 Έζησ ε αληίδξαζε: 2CH 3 CHO(l) + O 2 (g) 2CH 3 COOH(l) Σην δνρείν ηεο αληίδξαζεο ηνπνζεηνχληαη 20,0 g αθεηαιδευδεο, CH 3 CHO, θαη 10,0 g O 2. Πφζα γξακκάξηα νμηθνχ νμένο, CH 3 COOH, παξάγνληαη; Πφζα γξακκάξηα απφ ην αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα κέλνπλ κεηά ην ηέινο ηεο αληίδξαζεο; 70

Άζθεζε 3.25 Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ησλ αληηδξψλησλ: CH 3 CHO: n m M 20,0 g 44,05 g/mol 0,454 mol O 2 : n m M 10,0 g 32,00 g/mol 0,313 mol 71

Άζθεζε 3.25 Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: moles 2CH 3 CHO + O 2 2CH 3 COOH Αξρηθά 0,454 0,313 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα 0,454 0,227 + 0,454 Τειηθά 0 0,086 0,454 Άξα παράγοληαη 0,454 60,05 = 27,3 g CH 3 COOH θαη περηζζεύοσλ 0,086 32,00 = 2,8 g O 2 72

Άζθεζε 3.26 Σε έλα πείξακα ζεξκαίλνληαη 7,36 g ςεπδαξγχξνπ κε 6,45 g ζείνπ, ηα νπνία αληηδξνχλ ζχκθσλα κε ηελ εμίζσζε: 8Zn + S 8 8ZnS Πφζε πνζφηεηα ζνπιθηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ παξάρζεθε; 73

Άζθεζε 3.27 Έζησ νη αληηδξάζεηο: 2C(s) + O 2 (g) 2CO(g) ZnO(s) + CO(g) Zn(s) + CO 2 (g) Πφζε είλαη ε κέγηζηε πνζφηεηα ςεπδαξγχξνπ ε νπνία κπνξεί λα ιεθζεί απφ 75,0 g νμεηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ θαη 50,0 g άλζξαθα; Λύζε: Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ άλζξαθα: m 50,0 g C: n 4,16 mol M 12,01 g/mol 74

Άζθεζε 3.27 Με βάζε ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο πξψηεο αληίδξαζεο ηα moles ηνπ CO είλαη: 2 mol CO 4,16 mol C 4,16 mol CO 2 mol C Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα moles ηνπ νμεηδίνπ ηνπ ςεπδαξγχξνπ: ZnO: n m M 75,0 g 81,38 g/mol 0,922 mol Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: 75

Άζθεζε 3.27 πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα moles ZnO + CO Zn + CO 2 Αξρηθά 0,922 4,16 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη 0,922 0,922 + 0,922 + 0,922 Τειηθά 0 3,238 0,922 0,922 Άξα ε κέγηζηε πνζφηεηα ςεπδαξγχξνπ ε νπνία κπνξεί λα ιεθζεί είλαη 0,922 mol ή 0,922 65,38 = 60,3 g Zn. 76

Άζθεζε 3.28 Μίγκα 0,500 g Cu 2 O θαη CuO πεξηέρεη 0,425 g Cu. Πφζε είλαη ε κάδα ηνπ CuO ζην κίγκα; Λύζε: Έζησ x θαη y ε κάδα ηνπ Cu 2 O θαη ηνπ CuO αληίζηνηρα. Θα ηζρχεη φηη: x + y = 0,500 Γηα ην Cu 2 O ηζρχεη φηη: 1 mol Cu 2 O πεξηέρεη 2 mol Cu ή 143,09 g Cu 2 O πεξηέρνπλ 2 63,55 = 127,10 g Cu 77

Άζθεζε 3.28 Άξα ε κάδα ηνπ ραιθνχ ζην Cu 2 O ζα είλαη: 127,10 g Cu x g Cu 2O 143,09 g Cu O Οκνίσο, γηα ην CuO ηζρχεη φηη: 2 0,88825x g Cu 1 mol CuO πεξηέρεη 1 mol Cu ή 79,55 g CuO πεξηέρνπλ 63,55 g Cu Άξα ε κάδα ηνπ ραιθνχ ζην CuO ζα είλαη: y g CuO 63,55 g Cu 0,7989y g Cu 79,55 g CuO 78

Άζθεζε 3.28 Άξα έρνπκε ην εμήο ζχζηεκα εμηζψζεσλ: x + y = 0,500 0,88825x + 0,7989y = 0,425 Λχλνληαο ην ζχζηεκα έρνπκε: x = 0,286 θαη y = 0,214 Άξα ε κάδα ηνπ CuO ζην κίγκα είλαη 0,214 g. 79

Θεσξεηηθή θαη πξαγκαηηθή απφδνζε Ζ ζεωρεηηθή απόδοζε ελφο πξντφληνο είλαη ε κέγηζηε πνζφηεηα πξντφληνο ε νπνία κπνξεί λα ιεθζεί ζε κηα αληίδξαζε απφ δεδνκέλεο πνζφηεηεο αληηδξψλησλ. Ζ πραγκαηηθή απόδοζε ελφο πξντφληνο είλαη απηή ε νπνία πξνζδηνξίδεηαη πεηξακαηηθά. Σπλήζσο ε πξαγκαηηθή απφδνζε είλαη κηθξφηεξε ηεο ζεσξεηηθήο ιφγσ: απσιεηψλ θαηά ην δηαρσξηζκφ ησλ πξντφλησλ παξάιιεισλ αληαγσληζηηθψλ αληηδξάζεσλ ρεκηθήο ηζνξξνπίαο 80

Δθαηνζηηαία απφδνζε Ζ εθαηνζηηαία απφδνζε ελφο πξντφληνο είλαη ην επί ηνηο εθαηφ πειίθν ηεο πξαγκαηηθήο απφδνζεο πξνο ηε ζεσξεηηθή απφδνζε: Εκαηοζηιαί α απόδοζη ππαγμαηική απόδοζη θεωπηηική απόδοζη 100 (3.3) Αλ ζην παξάδεηγκα 3.15 ε πξαγκαηηθή απφδνζε ζε CH 3 COOH ήηαλ 23,8 g, ηφηε: 23,8 Εκαηοζηιαί α απόδοζη ζε CH3COOH 100 27,3 87,2% 81

Άζθεζε 3.29 Έζησ ε αληίδξαζε ηεο κεζαλφιεο, CH 3 OH, κε κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα, CO, πξνο ζρεκαηηζκφ νμηθνχ νμεφο, CH 3 COOH: CH 3 OH(l) + CO(g) CH 3 COOH(l) Σε έλα πείξακα, 15,0 g κεζαλφιεο θαη 10,0 g κνλνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα εηζάγνληαη ζην δνρείν ηεο αληίδξαζεο. Πφζε είλαη ε ζεσξεηηθή απφδνζε ζε νμηθφ νμχ; Αλ ε πξαγκαηηθή απφδνζε είλαη 19,1 g, πφζε είλαη ε εθαηνζηηαία απφδνζε; 82

Άζθεζε 3.29 Αξρηθά ππνινγίδνπκε ηα moles ησλ αληηδξψλησλ: CH 3 OH: n m M 15,0 g 32,04 g/mol 0,468 mol CO: n m M 10,0 g 28,01 g/mol 0,357 mol 83

Άζθεζε 3.29 Σηε ζπλέρεηα θαηαζηξψλνπκε ηνλ αθφινπζν πίλαθα ηηκψλ: moles CH 3 OH + CO CH 3 COOH Αξρηθά 0,468 0,357 Αληηδξνχλ Παξάγνληαη αληηδξψλ ζε πεξίζζεηα πεξηνξηζηηθφ αληηδξψλ 0,357 0,357 + 0,357 Τειηθά 0,111 0 0,357 Άξα παράγοληαη 0,357 60,05 = 21,4 g CH 3 COOH θαη περηζζεύοσλ 0,111 32,04 = 3,56 g CO 84

Άζθεζε 3.29 Ζ εθαηνζηηαία απφδνζε ζε νμηθφ νμχ είλαη: 19,1 Εκαηοζηιαί α απόδοζη ζε CH3COOH 100 21,4 89,3% 85

Άζθεζε 3.30 Να ππνινγίζεηε ηελ πνζφηεηα ηνπ CO 2 εθθξαζκέλε ζε kg, ε νπνία εθιχεηαη θαηά ηελ πιήξε θαχζε 150 L βελδίλεο. Να ζεσξήζεηε φηη ν ρεκηθφο ηχπνο ηεο βελδίλεο είλαη C 8 H 18 θαη φηη ε ππθλφηεηα ηεο βελδίλεο ηζνχηαη κε 735 kg/m 3. Απάληεζε: Αξρηθά γξάθνπκε ηελ αληίδξαζε θαχζεο ηνπ νθηαλίνπ: C 8 H 18 + 25/2Ο 2 8CO 2 + 9H 2 O 86

Άζθεζε 3.30: Απάληεζε Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ νθηαλίνπ, απφ ηελ ππθλφηεηά ηνπ. Ηζρχεη φηη ξ = 735 kg/m 3 = 735 g/l. Άξα: π m V m πv m 735 g L 150L 110250 g Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα mol ηνπ νθηαλίνπ. Ηζρχεη φηη: Μ(C 8 H 18 ) = 114,23 g/mol 87

Άζθεζε 3.30: Απάληεζε Άξα: n m M 110250 g 114,23 g/mol Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ηα mol ηνπ CO 2 : n(co 2 ) = 8 n(c 8 H 18 )= 7721,26 965,158 Τέινο, ππνινγίδνπκε ηε κάδα ηνπ CO 2 : mol m nm m 7721,26 mol 44,01 g/mol 339813 Γειαδή, ζα ζρεκαηηζηνχλ 340 kg CO 2. g 88