Monika Fabiańska
ZADANIA CHEMICZNE
DLA GEOLOGÓW
Uniwersytet Śląski
Wydział Nauk o Ziemi
Sosnowiec 2012
SPIS TREŚCI
str
Wstęp
3
A. Obliczenia stechiometryczne
4
1. Informacje podstawowe
4
2. Obliczanie względnej masy cząsteczkowej, masy molowej związku, stosunku wagowego, stosunku molowego i liczby moli
5
3. Układanie proporcji, przeliczanie jednostek
9
4. Procenty wagowe i objętościowe, promile, ppm i ppb
11
5. Ustalanie wzoru związku chemicznego
15
6. Obliczenia chemiczne na podstawie równań reakcji
19
B. Roztwory i ich stężenia
22
1. Sposoby wyrażania stężeń roztworów
22
2. Przeliczanie stężeń
24
3. Rozpuszczalność
27
C. Iloczyn rozpuszczalności
29
D. Iloczyn jonowy wody. pH i pOH.
33
1. Iloczyn jonowy wody.
33
2. pH i pOH.
33
E. Gazy
35
F. Kinetyka chemiczna
38
1. Podstawowe pojęcia i prawa
38
2. Czas połowicznego rozpadu
40
3. Czynniki wpływające na zmianę szybkości reakcji chemicznych
41
4. Wydajność reakcji
42
G. Stan równowagi chemicznej
44
1. Podstawowe pojęcia i prawa
44
2. Prawo działania mas (Guldberga-Waagego)
45
H. Elementy rachunkowe geochemii organicznej
48
1. Przeliczanie wyników na stan suchy i bezpopiołowy
48
2. Stosunki atomowe i diagram van Krevelena
49
3. Oznaczanie składu elementarnego paliw kopalnych, wilgoci, popiołu i części lotnych
50
I. Zadania zbiorcze
54
J. Przykładowe reakcje chemiczne
55
1. Informacje podstawowe
55
2. Reakcje przebiegające bez zmiany stopnia utleniania pierwiastków
57
3. Reakcje przebiegające ze zmianą stopnia utleniania pierwiastków (redoks)
59
4. Reakcje dysocjacji elektrolitycznej
61
ODPOWIEDZI
63
ANEKS
WSTĘP
Celem niniejszego zbioru zadań chemicznych jest zapoznanie studentów geologii ze zróżnicowanymi rodzajami obliczeń, jakie będą prowadzić w czasie swoich studiów w ramach kursu „Zagadnienia chemiczne w naukach o Ziemi”. Zbiór został podzielony na działy tematyczne, z których każdy zawiera:
1) Informacje podstawowe – definicje i prawa przydatne w rozwiązywaniu zadań
2) Przykłady zadań wraz z rozwiązaniami
3) Zadania do samodzielnego rozwiązania przez studenta
Większość zadań zastała osadzona w kontekście nauk o Ziemi, to jest mineralogii, geochemii nieorganicznej, geochemii organicznej, hydrochemii lub ma ilustrować istotne zagadnienia przyrodnicze.
Na końcu zbioru znajdują się zadania zbiorcze, wymagające wiedzy z kilku działów, i z tego względu uznane za trudniejsze.
Zbiór zadań został zaopatrzony w Aneks zawierający jednostki układu SI i mnożniki.
A. OBLICZENIA STECHIOMETRYCZNE
1. Informacje podstawowe
Stechiometria to interpretacja ilościowa zjawisk chemicznych. Zaliczamy tu obliczenia takie jak:
· składu procentowego związku;
· masy pierwiastka w określonej masie związku;
· ilości (masy, objętości, ilości moli) produktów otrzymanych w danej reakcji;
· ilości substratów (masy, objętości, ilości moli) koniecznej do uzyskania danej ilości (masy, objętości, ilości moli) produktów.
Wymagana wiedza i umiejętności:
· przeliczanie jednostek masy i objętości;
· znajomość wzorów chemicznych;
· znajomość podstawowych praw chemicznych i fizycznych;
· umiejętność uzgadniania równania reakcji chemicznej.
Podstawowe prawa i definicje
1. Mol
Mol (jednostka liczności materii) jest to taka liczba cząstek (elementów) materii (neutronów, protonów, elektronów, atomów, cząsteczek związku chemicznego), jaka jest równa ilości atomów w 12 g (0,012 kg) izotopu węgla 12C.
Liczba ta przybliżana jest stałą Avogadro (N) równą 6,023.10 23.
2. Jednostka masy atomowej – dalton, atomowa jednostka masy (a.j.m.), unit (u)
u = 1/12 masy atomu 12C = 1,66057 . 10-27 kg
Uwaga: wszystkie te nazwy i skróty odnoszą się do jednej i tej samej jednostki określonej powyższą definicją.
3. Względna masa atomowa, względna masa cząsteczkowa, masa molowa
Względna masa atomowa jest to liczba wskazująca, ile razy masa danego atomu jest większa od 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C [u]
Względna masa cząsteczkowa jest to liczba wskazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa od 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C [u]. Względna masa cząsteczkowa jest suma mas atomowych atomów wchodzących w skład cząsteczki.
Masa molowa to masa 1 mola cząstek materii (neutronów, protonów, elektronów, atomów, cząsteczek związku chemicznego itp.) wyrażona w gramach. Dla jednego mola atomów (cząsteczek) jest ona liczbowo jest równa względnej masie atomowej (cząsteczkowa).
4. Wzór chemiczny związku
Wzór chemiczny związku to zapis jego składu pierwiastkowego za pomocą symboli pierwiastków tworzących ten związek wraz z podaniem ilości poszczególnych atomów wchodzących w skład związku w postaci indeksu stechiometrycznego.
Np: FeS2
gdzie: Fe – żelazo, S – siarka, 2 – indeks stechiometryczny
5. Prawo zachowania masy
W procesach chemicznych suma mas substancji reagujących nie ulega zmianie.
czyli dla reakcji A + B = C + D
suma mas substratów A i B = sumie mas produktów C i D
6. Prawo stosunków stałych
Niezależnie od sposobu otrzymywania danego związku chemicznego jego skład jakościowy i ilościowy pozostaje taki sam.
Inaczej: Masy pierwiastków tworzących dany związek są w nim w stałych, ściśle określonych stosunkach wagowych charakterystycznych dla danego związku.
...