Moduł 1, Lekcja 1
W trakcie

T 3.2.5 Odpowiedzi do zadań maturalnych

28 marca 2024

Obliczenia stechiometryczne

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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)

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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%

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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%

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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 %

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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%

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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 %

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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%

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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%

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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]

  1. 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

  1. 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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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%

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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)3mHClnAlCl3nH2O
10 g10 g——–——
przereagowało 0,013 mola0,013*30,0130,013*3
pozostało 10-(0,013*78)=9g10-(0,013*3*36,5)=8,6g1,74g0,7g

Suma wszystkich mas to 20g

%(Al(OH)3 ) = 45,65% ; %(HCl) = 42,15%; %(Al(Cl)3 ) = 8,7 % ;

%(H2O) = 3,5 %

Programy - Szkoła Podstawowa w Horyńcu-Zdroju

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

N2H2NH3
V początek1050
przereagowało92718
pozostało12318

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 %