VI. VÝPOČET Z CHEMICKÉ VI. VÝPOČET Z CHEMICKÉ ROVNICEROVNICE

Chemická rovnice (např. hoření zemního plynu):

CH4, O2 jsou reaktanty; CO2, H2O jsou produkty;

čísla 2 jsou stechiometrické koeficienty

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Někdy do rovnice píšeme i skupenství:

g je plyn, l kapalina, s tuhá fáze;

aq označuje látku ve vodném roztoku.

ZÁKLADNÍ POJMY :

Např.: Odstraňování kotelního kamene CaCO3 octem (vodným roztokem kyseliny octové CH3COOH); zároveň uniká plyn CO2:

CaCO3(s) + CH3COOH(aq) → (CH3COO)2Ca(aq) + CO2(g)

URČENÍ STECHIOM. KOEFICIENTŮ :

Např.: x Al(OH)3 + y H2SO4 → Al2 (SO4)3 + z H2O

Bilance hmotnosti: počet atomů každého prvku musí být na obou stranách rovnice shodný

Postup: Začni prvkem tvořícím nejméně sloučenin. Nakonec si nech vodík a kyslík.

Al: vlevo x atomů Al, vpravo 2 atomy, proto x = 2

O: počet atomů O: 2*3 + 3*4 = 3*4 + z; proto z = 6; tj.:

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2 (SO4)3 + 6 H2O

Kontrola H : 2*3 + 3*2 ?=? 6*2

12 = 12 tj. vše je v pořádku

S: vlevo y atomů S, vpravo 3; proto y = 3

2 3

VÝPOČTY Z CHEM. ROVNICE :

Určíme stech.koef. rovnice (1): bilance Fe, O, H

Př.1/VI: Při hašení požáru vodou může za vysokých teplot i železo reagovat s vodou za vzniku vodíku ( ! ) :

Zreaguje-li 10 kg železa:

A) Kolik kg Fe2O3 vznikne?

B) Jaký objem vodíku za n.p. vznikne?

C) Jaký objem vodíku vznikne při 1000oC a 95kPa ?

→2 33Fe H2O H2 Fe2O3+ + (1)

ze 2 molů Fe vznikne 1 mol Fe2O3

mFe = 10 kg

MFe2O3= 159,6 g.mol-1

Zreagováním 10 kg Fe vznikne 14,3 kg Fe2O3.

Zreaguje-li 10 kg železa:A) Kolik kg Fe2O3 vznikne?

2 Fe + 3 H2O → 3 H2 + 1 Fe2O3

mFe2O3 = ?

MFe= 55,9 g.mol-1

z 2 * 55,9 g Fe.............1 * 159,6 g Fe2O3

gg

ggx 5,14275

9,552

100006,159

z rovnice plyne:

vyjádřeme v g:

otázka ze zadání: z 10 000 g Fe............x g Fe2O3

ze 2 molů Fe vzniknou 3 moly H2

mFe = 10 kg

Jaký je tedy objem 268,3 molů H2 za n.p. ?

Zreaguje-li 10 kg železa:B) Jaký objem vodíku za n.p. vznikne?

2 Fe + 3 H2O → 3 H2 + 1 Fe2O3

VH2 = ? (za n.p.)

MFe= 55,9 g.mol-1

z 2 * 55,9 g Fe.............3 moly H2

23,2689,552

100003 Hmolů

g

gmolyx

z rovnice plyne:

vyjádřeme v g a molech:

otázka ze zadání: z 10 000 g Fe............x molů H2

Pokud počítáme s plynem, je VÝHODNÉ nechat v přímé úměrnosti moly plynu !

Jaký je tedy objem 268,3 molů H2 (vzniklých reakcí 10 kg Fe) za n.p. ?

333 01,660091

3,2684,22 mdm

mol

moldmx

Za n.p. má jeden mol plynu objem 22,4 dm3.

1 mol………………………. 22,4 dm3

268,3 mol……………………… x dm3

Zreagováním 10 kg Fe vznikne 6,01 m3 H2 za n.p.

Zreagováním 10 kg Fe vznikne 29,9 m3 H2 při 1000oC a 95 kPa.

Zreaguje-li 10 kg železa:C) Jaký objem vodíku vznikne při 1000oC a 95 kPa?

Z předchozího příkladu (B) víme, že reakcí 10 kg železa vznikne 268,3 molů vodíku.

Otázka zní – jaký bude mít objem 268,3 molů vodíku H2 (vzniklých reakcí 10 kg Fe) při teplotě 1000 oC a tlaku 95 kPa ?

VH2 = ?; p = 95 kPa; T = 1000 oC + 273,15 = 1273,15 K

TRnVp *** p

TRnV HH

2

2

?

33

113

9,2910.95

15,1273...31,83,2682

2m

Pa

KKmolmPamol

p

TRnV HH

ze 2 molů Zn vzniknou 2 moly ZnO

mZn = 5 kg

MZnO = 81,4 g.mol-1

Shořelo-li 5 kg Zn, vzniklo 6,2 kg ZnO.

Př.2/VI: Sami: Shořelo-li 5 kg práškového zinku, jaká hmotnost oxidu zinečnatého vznikla?

Zn + O2 → ZnOmZnO = ?

MZn= 65,4 g.mol-1

z 2 * 65,4 g Zn.............2 * 81,4 g ZnO

kggg

ggx 2,62,6223

4,652

50004,81*2

z rovnice plyne:

vyjádřeme v g:

otázka ze zadání: z 5 000 g Zn..............x g ZnO

2 2

ze 2 molů Al vzniknou 3 moly H2

mAl = 0,5 kg

Jaký je tedy objem 27,8 molů H2 za n.p. ?

Př.3/VI: Sami: Jaký objem vodíku za n.p.vznikne reakcí 0,5kg hliníku s kyselinou sírovou?

Al + H2SO4 → H2 + Al2(SO4)3

VH2 = ? (za n.p.)

MAl= 27 g.mol-1

z 2 * 27 g Al.............3 moly H2

28,27272

5003 Hmolů

g

gmolyx

z rovnice plyne:

vyjádřeme v g a molech:

otázka ze zadání: z 500 g Al…..........x molů H2

Pokud počítáme s plynem, je VÝHODNÉ nechat v přímé úměrnosti moly plynu !

2 3 3

Jaký je tedy objem 27,8 molů H2 (vzniklých reakcí 0,5 kg Al) za n.p. ?

33 7,6221

8,274,22 dm

mol

moldmx

Za n.p. má jeden mol plynu objem 22,4 dm3.

1 mol………………………. 22,4 dm3

27,8 mol……………………… x dm3

Zreagováním 0,5 kg Al s H2SO4 vznikne 622,7 dm3 H2 za n.p.

ze 2 molů KClO3 vzniknou 3 moly O2

mKClO3 = 100 g

Jaký je tedy objem 1,22 molů O2 při 101 kPa a 30 oC ?

Př.4/VI: Sami: Při tepelném rozkladu chlorečnanu draselného (Travex) vzniká kyslík. Jaký objem O2 se uvolní při 30oC a 101 kPa při rozkladu 100 g KClO3 ?

KClO3 → O2 + KClVO2 = ?

MKClO3= 122,5 g.mol-1

z 2 * 122,5 g KClO3.............3 moly O2

222,15,1222

1003 Omolů

g

gmolyx

z rovnice plyne:

vyjádřeme v g a molech:

otázka ze zadání: z 100 g KClO3…............x molů O2

Pokud počítáme s plynem, je VÝHODNÉ nechat v přímé úměrnosti moly plynu !

2 23

p = 101 kPa; T = 30 oC

Tepelným rozkladem 100 g KClO3 vznikne 0,03 m3 O2 (30 dm3 O2) při teplotě 30 oC a tlaku 101 kPa.

Otázka zní – jaký bude mít objem 1,22 molů kyslíku O2 (vzniklých rozkladem 100 g KClO3) při teplotě 30 oC a tlaku 101 kPa ?

VO2 = ?; p = 101 kPa; T = 30 oC + 273,15 = 303,15 K

TRnVp *** p

TRnV OO

2

2

?

33

113

03,010.101

15,303...31,822,12

2m

Pa

KKmolmPamol

p

TRnV OO

Př.5/VI: Při havárii vyteklo 50 litrů koncentrované HCl do prázdné jímky.

Pozn. dosud do chem.reakce vstupovaly čisté látky (100%)teď: roztok HCl (36%); označme ho indexem S.

Kolik kg Ca(OH)2 potřebujeme pro její neutralizaci? Kon-

centrovaná HCl je roztok o wHCl = 36 %; hustota roztoku je

1,18 kg.dm-3 .

Pro výpočet je třeba zjistit hmotnost čisté (100%) HCl

hmotnost čisté (100%) HCl vypočítat pomocí hmotnostního zlomku ze zadání (w = 36%)

hmotnost roztoku HCl vypočítat za pomocí hustoty a objemu

VS = 50 dm3 S = 1,18 kg.dm-3 w = 0,36 (=36%)

kapaliny jsou obvykle zadány objemem, ve výpočtech se ale používají hmotnosti

nutno převést objem na hmotnost – pomocí HUSTOTY

S

SS V

m SSS Vm

%)36(5950.18,1 33 wHClkgdmdmkgmS

Do odpadní jímky vyteklo 59 kg HCl (w=36%), ve kterých tvoří kyselina 36% hmotnosti a zbytek – tj. 64% hmotnosti tvoří voda

Jaká je tedy hmotnost čisté (100%) HCl ?

59 kg……..…..100 %

x kg………….36 %kgkgx 2,21

100

3659

Do odpadní jímky uniklo 21,2 kg 100% HCl (tím jsme se zbavili wkyseliny ze zadání), dále postupujeme jak jsme zvyklí pro výpočet dle chem. rovnice pro čisté látky

2

2 moly HCl reagují s 1 molem Ca(OH)2

mHCl = 21,2 kg

MCa(OH)2= 74,1 g.mol-1

Na neutralizaci 50l HCl (36%) je potřeba 21,5 kg Ca(OH)2.

HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2OmCa(OH)2 = ?

MHCl = 36,5 g.mol-1

z 2 * 36,5 g HCl.............1 * 74,1 g Ca(OH)2

kggg

ggx 5,215,21519

5,362

212001,74

z rovnice plyne:

vyjádřeme v g:

otázka ze zadání: z 21 200 g HCl..............x g Ca(OH)2

mHCl = 21,2 kg mCa(OH)2 = ?

21

Př.6/VI: Doma: Vypočtěte objem kyslíku za n.p., který vznikne rozkladem 10 kg roztoku peroxidu vodíku o wH2O2 = 0,3. (rovnici nejdříve vyčíslete!, 988 dm3 O2)

Př.7/VI: Doma: Reakcí dusičnanu barnatého a uhličitanu sodného (sody) vzniká sraženina uhličitanu barnatého. Kolik gramů dusičnanu barnatého potřebujete k přípravě 100 g uhličitanu barnatého? (rovnici nejdříve vyčíslete; 132,4 g Ba(NO3)2)

Ba(NO3)2 +

H2O2 O2 → H2O +

NaNO3 BaCO3Na2CO3 +→

sraženina