T 3.2.5 Odpowiedzi do zadań maturalnych
Zadanie 1
Ogrzewano próbkę chloranu(V) potasu w wyniku czego uzyskano beztlenową sól oraz gaz, który w warunkach normalnych zajmuje objętość 448 ml. Oblicz masę KClO3 użytego w reakcji rozkładu termicznego.
Odpowiedź:
KClO3 ⟶ KCl + 3/2O2
nO2=0,02 mola ==> nKClO3=0,13 mola
m = 1,6 g
Zadanie 2
Oblicz ile można otrzymać tlenku wapnia podczas ogrzewania 100 kg węglanu wapnia zawierającego 5% zanieczyszczeń, zakładając że wydajność reakcji wynosi 10%
Odpowiedź:
CaCO3 ⟶ CaO + CO2
mCaCO3=100*0,95=95 kg ==> nCaCO3=950 moli
nCaO=950*0,1=95 moli
m = 5,32 kg
Zadanie 3
Tlenek pewnego metalu o wzorze ogólnym M2O3 w ilości 0,319 g można zredukować w warunkach podwyższonej temperatury za pomocą wodoru do czystego metalu oraz wody, co wymaga 12 mg wodoru. Zidentyfikuj metal M.
Odpowiedź:
M2O3 + 3H2 ⟶ 2M + 3H2O
mH2=0,012g ==> nH2=0,006 ==> nM2O3=0,006/3 =0,002 mola
n=m/M ==> M=m/n ==> 159,5 g/mol
Fe (żelazo)
Zadanie 4
Azotan(V) amonu podczas ogrzewania (T = 120 ℃) rozkłada się z wydzieleniem tlenu, azotu oraz wody. Oblicz łączną objętość gazów, którą można otrzymać w wyniku rozkładu 32 g NH4NO3 zmierzonych w warunkach p = 1013 hPa , T = 730 K.
Odpowiedź:
NH4NO3 ⟶ 1/2O2 + N2 + 2H2O
nNH4NO3=0,4 mola
nO2=0,2 mola ==> nN2=0,4 mola ==> nH2O=0,8 mola
Łączna objętość to 1,4 mola
Wykorzystując: pV=nRT
V = 83,88 dm3
Zadanie 5
Zmieszano ze sobą 1 mol siarczku żelaza(III), 63 g wody oraz 67,2 dm3 tlenu (zmierzone w warunkach normalnych), a w układzie przebiegała reakcja zgodnie z opisanym niżej równaniem. Oblicz masę powstałego wodorotlenku żelaza.
2 Fe2S3 + 3 O2 + 6 H2O ⟶ 4 Fe(OH)3 + 6S
Odpowiedź:
2 Fe2S3 + 3 O2 + 6 H2O ⟶ 4 Fe(OH)3 + 6S
1 mol 3 mole 3,5 mola
Z Analizy liczby moli substratów wynika, że siarczku żelaza jest limitująca ponieważ jest niedomiarem więc ilości produktów zależą od jego ilości.
nFe(OH)3=1*2=2 mole
m = 214 g
Zadanie 6
Chloran(VII) potasu można otrzymać w wyniku serii następujących po sobie reakcji przedstawionych poniżej.
Cl2 + 2 KOH ⟶ KCl + KClO + H2O
3 KClO ⟶ 2KCl + KClO3
4 KClO3 ⟶ KCl + 3KClO4
Oblicz jaką masę chloru należy użyć, aby wyprodukować 1 tonę chloranu(VII) potasu.
Odpowiedź:
Zapisujemy reakcje sumaryczną dodając stronami wszystkie reagenty mnożąc reakcje cząstkowe tak aby produkty przejściowe uległy skróceniu.
Cl2 + 2 KOH ⟶ KCl + KClO + H2O // x12
3 KClO ⟶ 2KCl + KClO3 //x4
4KClO3 ⟶ KCl + 3KClO4
sumarycznie:
12Cl2 + 24KOH + ⟶ 21KCl + 3KClO4 + 12H2O
Obliczamy liczbę moli KClO4 a następnie liczbę moli Cl2, która jest cztery razy większa od liczby moli chloranu.
Otrzymana liczbę moli chloru mnożymy razy masę molową cząsteczki Cl2
m = 2,05 tony
Zadanie 7
Stop glinu z miedzią (m = 0,42 g) został potraktowany nadmiarem kwasu solnego, w wyniku czego powstało 415 ml wodoru odmierzonego w warunkach normalnych. Oblicz skład procentowy tego stopu.
Odpowiedź:
Al + 3HCl ⟶ AlCl3 + 3/2H2
Cu + HCl reakcja nie zachodzi
Cała objętość wodoru wynika z ilości glinu:
nH2=0,02 ==> nAl=2/3*0,02=0,013 mola ==> mAl=0,351g
%Cu = 16,67% %Al = 83,33%
Zadanie 8
Reakcja chlorowania alkanów według mechanizmu rodnikowego może zakończyć się podstawieniem więcej niż jednego atomu wodoru. Podczas reakcji chlorowania metanu zaobserwowano dwie następujące po sobie reakcje, przebiegające z wydajnością odpowiednio 85% oraz 60%.
Do reakcji użyto 40 g metanu oraz nadmiaru chloru.
Oblicz masę dichlorometanu, który powstanie w tej reakcji.
Ile należy użyć metanu (w molach), aby w reakcji z nadmiarem chloru powstało 100 g CH2Cl2?
CH4 + Cl2 ⟶ CH3Cl + HCl
CH3Cl + Cl2 ⟶ CH2Cl2 + HCl
Odpowiedź:
Sumaryczne równanie reakcji:
CH4 + 2Cl2 ⟶ CH2Cl2 + 2HCl
Sumaryczna wydajność 0,85 * 0,60 * 100 = 51%
nCH4=2,5 mola ==> nCH2Cl2 = 2,5* 0,51= 1,275 mola
nCH2Cl2=1,18 ==> nCH4 = 1,18/0,51=0,35 mola (z uwzględnieniem wydajności)
n(CH4) = 2,31 mola; m = 108,375g
Zadanie 9
Folię aluminiową o wymiarach 5 cm ✕ 2 dm ✕ 0,6 mm roztworzono w nadmiarze kwasu solnego. Oblicz objętość gazu , która wydzieli się w trakcie tej reakcji, zakładając warunki normalne. Gęstość glinu wynosi d = 2,7 g•cm−3..
Odpowiedź:
Al + 3HCl ⟶ AlCl3 + 3/2H2
VAl= 6cm3 ==> m= d*V ==> 16,2 g ==>nAl=0,6 mola ==> nH2= 0,9 mola
V = 20,16 dm3
Zadanie 10
Próbkę o masie 5 gram kredy, która w większości składa się z węglanu wapnia została roztworzona w nadmiarze kwasu solnego, w wyniku czego wydzieliło się 1 dm3 gazu odmierzonego w warunkach normalnych. Oblicz zawartość procentową węglanu wapnia w próbce analizowanej kredy.
Odpowiedź:
CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + CO2 + H2O
nCO2=0,045 mola ==> nCaCO3=0,045 mola ==> mCaCO3=4,5g
zawartość % CaCO3 = 4,5/5 = 90%
Zadanie 11
Kriolit o wzorze Na3AlF6 jest ważnym związkiem pod kątem przemysłowym. Otrzymuje się w go w wyniku reakcji przedstawionej poniżej:
Al2O3 (s) + 6 NaOH (aq) + 12 HF (g) ⟶ 2 Na3AlF6 (s) + 9 H2O (l)
Używając 7,8 g tlenku glinu, 0,5 mola NaOH oraz nadmiaru HF (g) otrzymano 27 g kriolitu. Oblicz wydajność reakcji.
Odpowiedź:
nAl2O3=0,076 mola ==> nNa3AlF6=2*0,076=0,152 mola
mNa3AlF6=31,92 g
W = 84,6 %
Zadanie 12
W trakcie projektowania syntezy organicznej przeróżnych ważnych związków, jak na przykład leków bierze się pod uwagę wiele czynników jak wydajność reakcji i całkowita liczba etapów. Dąży się oczywiście do zapewnienia jak największej wydajności oraz do jak najmniejszej ilości etapów. Oblicz całkowitą wydajność syntezy pewnego leku, która składa się z sześciu etapów, każdy z nich o wydajności 95%.
Odpowiedź:
W= (0,95)6 = 0,735 = 73,5%
Zadanie 13
Próbka zanieczyszczonego magnezu w ilości 1,3 g została częściowo roztworzona w roztworze zawierającym 0,075 mola HCl (zanieczyszczenia nie uległy reakcji z kwasem). Pozostały po reakcji nadmiar HCl został miareczkowany roztworem NaOH w obecności odpowiedniego wskaźnika, w wyniku czego ustalono, że liczba moli kwasu solnego po reakcji z magnezem wyniosła 0,0125 mola. Oblicz jaki procent zanieczyszczeń znajdował się w analizowanej próbce magnezu.
Odpowiedź:
Mg + 2HCl ⟶ MgCl2 + H2
nHCl=0,075-0,0125=0,0625 mola ==> nMg=0,0625/2=0,03125 mola
mMg=0,75g
%(zanieczyszczeń) = 42,31 %
Zadanie 14
Mieszaninę stałego CaCO3 oraz CaO o masie 0,69 g wyprażono do stałej masy, w wyniku czego zaobserwowano wydzielanie się CO2 jako jedynego gazu. Po reakcji zważono stałą pozostałość uzyskując m = 0,5 g. Oblicz początkowy skład mieszaniny wyrażony w procentach masowych.
Odpowiedź:
Reakcji ulega:
CaCO3 ⟶ CaO + CO2
mCO2=0,69-0,5=0,19g ==> nCO2=0,0043 mola ==> nCaCO3=0,0043 ==> mCaCO3=0,43g
%(CaCO3) = 62,3% %(CaO) = 37,7%
Zadanie 15
Mieszanina NaBr oraz KBr o łącznej masie m = 0,56 g została poddana reakcji z nadmiarem azotanu srebra, w wyniku czego strąca się osad AgBr o masie 0,97 g. Oblicz skład procentowy wyjściowej mieszaniny NaBr oraz KBr.
Odpowiedź:
Z jonami Ag+ reagują bromki z obu związków ilość moli NaBr oznaczamy jako x a ilość moli KBr jako y i układamy równania:
nAgBr=0,0052
x MNaBr + y MKBr = 0,56
x + y =0,0052
Z podanego układu równań obliczany liczby moli NaBr oraz KBr a następnie ich masy.
%(KBr) = 37,5% %(NaBr) = 62,5%
Zadanie 16
Zapisz równania reakcji chlorku chromu(III) ze stechiometryczną ilością wodorotlenku potasu prowadzące do powstania osadu a następnie roztwarzania powstałego osadu w nadmiarze wodorotlenku. Pamiętaj, że związki chromu na trzecim stopniu utlenienia są amfoteryczne i tworzą związki kompleksowe o liczbie koordynacyjnej VI.
CrCl3 + 3KOH → Cr(OH)3↓ + 3KCl
Cr(OH)3↓ + 3KOH → K3[Cr(OH)6]
- Oblicz najmniejszą masę wodorotlenku potasu jaką należy dodać do 10 g chlorku chromu(III) aby otrzymać maksymalna masę osadu.
Odpowiedź:
nCrCl3=0,063 mola ==> nKOH =3*0,063 = 0,189 mola
mKOH = 10,6 g
- Oblicz najmniejszą masę wodorotlenku potasu jaką należy dodać do 10 g chlorku chromu(III) aby otrzymać klarowny roztwór.
Odpowiedź:
nCrCl3=0,063 mola ==> nKOH =6*0,063 = 0,378 mola
mKOH = 21,2 g
Zadanie 17
Pewna uwodniona sól podwójna, w skład której wchodzą dwa kationy (w stosunku ilościowym 1 : 1) oraz jeden anion, została poddana analizie. Sól ta wrzucona do wody rozpuściła się. Roztwór wodny tej soli podzielono na kilka części i przeprowadzono następujące reakcje:
• Po dodaniu BaCl2 wytrąca się biały osad nierozpuszczalny w kwasach mineralnych.
• Pod dodaniu zasady sodowej powstaje szaroniebieski osad rozpuszczalny w nadmiarze zasady a przystawiony do wylotu probówki zwilżony papierek wskaźnikowy barwi się na niebiesko.
Podaj wzory jonów tworzących opisaną sól podwójną:
Jony wchodzące w skład soli:
NH4+ , Cr3+ , SO42-
Wyznacz wzór opisanej soli podwójnej wiedząc, że zawiera 45,18 % wody Obliczenia wykonaj z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
Odpowiedź:
Zakładamy, że masa soli jest równa 100 g.
mH2O=45,18 g msoli=54,82 g
Następnie obliczamy liczby moli soli i wody. Kolejna czynność to sprowadzenie otrzymanych liczb do najprostszego stosunku liczb całkowitych.
Wzór soli podwójnej: (NH4)Cr(SO4)2 • 12 H2O
Zadanie 18
Stopy srebra są stosowane na wyroby artystyczne, do produkcji monet i na spoiwa twarde. Wyroby artystyczne wykonuje się ze stopów srebra z miedzią, z miedzią i cynkiem lub z miedzią i kadmem. W stopach monetowych składnikiem jest miedź, a w spoiwach miedź i cynk.
1,72 g stopu miedzi i srebra rozpuszczono w stężonym kwasie azotowym. Wydzielający się gaz zajął objętość 0,672 dm3 (w przeliczeniu na warunki normalne). Oblicz zawartość procentową miedzi i srebra w tym stopie.
Odpowiedź:
Cu + 4HNO3 ⟶ Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Ag + 2HNO3 ⟶ AgNO3 + NO2 + H2O
nCu = x; nAg=y
nNO2=0,03 mola
Układamy układ równań:
x MCu + y MAg = 1,72
2x + y =0,03
Z podanego układu równań obliczany liczby moli Cu oraz Ag a następnie ich masy.
%(Ag) = 62,8% %(Cu) = 37,2%
Zadanie 19
Zmieszano 10 g wodorotlenku glinu z 10 g kwasu solnego otrzymując odpowiednią sól i wodę. Oblicz skład mieszaniny poreakcyjnej w procentach masowych w momencie, w którym przereagowało 10% początkowej masy wodorotlenku glinu.
Odpowiedź:
Al(OH)3↓ + 3HCl→ AlCl3 + 3H2O
mAl(OH)3 | mHCl | nAlCl3 | nH2O |
10 g | 10 g | ——– | —— |
przereagowało 0,013 mola | 0,013*3 | 0,013 | 0,013*3 |
pozostało 10-(0,013*78)=9g | 10-(0,013*3*36,5)=8,6g | 1,74g | 0,7g |
Suma wszystkich mas to 20g
%(Al(OH)3 ) = 45,65% ; %(HCl) = 42,15%; %(Al(Cl)3 ) = 8,7 % ;
%(H2O) = 3,5 %
Zadanie 20
Zmieszano 10 dm3 azotu z 50 dm3 wodoru otrzymując amoniak. Oblicz skład mieszaniny poreakcyjnej w procentach objętościowych w momencie, w którym przereagowało 90% początkowej ilości azotu.
Odpowiedź:
N2 + 3H2 ⟶ 2NH3
N2 | H2 | NH3 | |
V początek | 10 | 50 | — |
przereagowało | 9 | 27 | 18 |
pozostało | 1 | 23 | 18 |
Suma 1 + 23 + 18 = 42
%N2=1/42=2,4%
%H2=23/42=54,8%
%NH3=18/42=42,%
%N2 = 2,4% , %H2 = 54,8% , %NH3 = 42,8 %