12.02.2018

Calcularea pH-ului după reacția acid tare cu bază tare


Calcularea pH-ului unei soluții după amestecarea AT cu BT

Calculați pH-ul soluției obținute la amestecarea a 1 litru soluție HCl de 4% (ρsol.=1,02 g/cm3) cu 1 litru soluție NaOH 5% (ρsol.=1,054 g/cm3). Densitatea soluției finale este de 1,019 g/cm3.

Se dă:
Vsol.(HCl) = 1 L=1000 cm3
ω(HCl) = 4% =0,04
ρsol.(HCl) = 1,02 g/cm3
Vsol.(NaOH) = 1 L =1000 cm3
ω(NaOH)=5%=0,05
ρsol.(NaOH) = 1,054 g/cm3 
ρsol.fin. = 1,019 g/cm3
Rezolvare:
Pentru a calcula pH-ul unei soluții utilizăm formula: pH = ─ lg[H+], unde prin [H+] se notează concentrația molară a ionilor de hidrogen.
La amestecarea soluțiilor de HCl și NaOH are loc reacția:
HCl+NaOH=NaCl+H2O.
În soluție are loc reacția ionică:
H+ + OH= H2O
Astfel, pentru determinarea pH-ul soluției finale trebuie să calculăm concentrația ionilor H+. 
pH = ?
  

1.      Calculăm msol.(HCl)= ρsol.·Vsol.= 1,02 g/cm3·1000 cm3=1020 g
2.      Calculăm m(HCl)= ω.·msol.= 0,04·1020 g= 40,8 g
3.      Calculăm cantitatea de HCl dizolvată:  υ(HCl) = m:M = 40,8 g: 36,4609 g/mol = 1,1190 mol
4.      Din ecuația de disociere a lui HCl:
 HCl → H++ Cl
1 mol         1 mol
se observă că υ(HCl) = υ(H+)=1,1190 mol, deoarece raportul molar în ecuație este 1:1.
5.      Calculăm msol.(NaOH)= ρsol.·Vsol.= 1,054 g/cm3·1000 cm3=1054 g
6.      Calculăm m(HCl)= ω.·msol.= 0,05·1054 g= 52,7000 g
7.      Calculăm cantitatea de NaOH dizolvată:  υ(NaOH=m:M = 52,7000 g: 39,9959 g/mol= =1,3176 mol
8.      Din ecuația de disociere a lui NaOH:
NaOH → Na++ OH
  1 mol                             1 mol
se observă că υ(NaOH) = υ(OH)=1,3176 mol, deoarece raportul molar în ecuație este 1:1.            
9.      Determinăm ionii în exces, conform ecuației:
H+ + OH= H2O
 Deoarece raportul molar în ecuație este 1:1 , se observă că υ(H+)υ(OH); 1,1190 mol<1,3176 mol
După reacție, în soluție există exces de ioni OH . 
10.  Calculăm cantitatea de ioni  în soluția finală (excesul) :
υ(OH)reacționat= υ(H+)=1,1190 mol, deoarece raportul molar în ecuație este 1:1.
υ(OH)exces= υ(OH)inițial–υ(OH)reacționat=1,3176 mol–1,1190 mol=0,1986 mol
11.  Calculăm masa soluției finale
      msol.fin. = msol.(HCl)+ msol.(NaOH)=1020 g+1054 g = 2074 g
12.  Calculăm volumul soluției finale
      Vsol.fin.= msol.fin.sol.fin.=2074 g: 1,019 g/cm3=2035,33 cm3= 2,0353 L
13.  Calculăm concentrația de  ioni hidroxil în soluția finală:
  CM(OH) =υ(OH)exces: Vsol.fin. = 0,1986 mol: 2,0353L=9,7578·10─2 mol/L.
Deoarece valoarea concentrației ionilor OH─  >>10─7 mol/L, vom neglija ionii OH formați din disocierea apei.
14.  Calculăm [H+] utilizând relația [H+]·[OH] = 10─14
[H+]=10─14:[OH] =10─14:9,7578· 10─2 = 1,0248· 10─13 mol/L
15.  Calculăm pH-ul soluției:
pH = ─ lg[H+] = ─lg1,0248· 10─13= lg1,0248 ─ lg10─13= ─0,0106 +13 = 12,9894
                                                                                                   Răspuns: pH = 12,9894          

10.18.2018

Determinarea masei moleculare a unei substanțe pe baza presiunii osmotice a soluției sale


Care este masa moleculară a zahărului, dacă un litru de soluție ce conține 10 g de zahăr la temperatura de 0°C are presiunea osmotică de 0,664·105 Pa?                            
                    (problemă propusă la IJSO Moldova, august 2017)


Se dă:
Vsol.(zahăr) = 1 L
m(zahăr) =10 g
Πsol.(zahăr) = 0,664·105 Pa
tº = 0ºC
         Rezolvare:
1.      Transformăm presiunea din Pa (Pascal) în atm (atmosfere).
1 atm ......................... 101,3·103 Pa
Πsol.(zahăr) ................. 0,664·105 Pa →
          Πsol.(zahăr) = 0,664·105/101,3·103 = 0,655 atm
2.       Calculăm CM din relația presiunii osmotice: Π = CM·R·T  
M(zahăr) = ?
               CM(zahăr)= Πsol.(zahăr): R·T 
              T=273+tºC, deoarece  tºC= 0ºC, T=273 K
               CM(zahăr)=0,655 atm: (0,082 L·atm/mol·K  ·273K) =0,0292 mol/L
3.      Calculăm masa molară a zahărului din formula concentrației molare CM=m/M·Vsol. 
M(zahăr)=m:(CM·Vsol.)=10g: (0,0292 mol/L·1 L) = 342 g/mol
                        
                                                                            Răspuns: Mr (zahăr)=342  

Precizare: Zahărul are formula C12H22O11.
                 M(C12H22O11) = 342 g/mol


Determinarea presiunii osmotice a unei soluții



Calculați presiunea osmotică a unei soluții apoase ce conține 30 g de glucoză (C6H12O6) în 2 litri de soluție.                                
        (problemă propusă la proba de baraj IJSO Moldova, august 2018)

        
Se dă:
m (C6H12O6) = 30 g
Vsol.(C6H12O6) = 2 L
Rezolvare
Pentru a calcula presiunea osmotică (Π) utilizăm formula:
            Π= CM·R·T  , unde
CM(C6H12O6) = m(C6H12O6): [M(C6H12O6)· Vsol.(C6H12O6) ]  
R - constanta universală a gazelor = 8314 Pa·L/mol·K
T - temperatura absolută a soluţiei (în grade K).
Πsol.(C6H12O6) = ?

1.      Calculăm concentrația molară a soluției de glucoză.
      M(C6H12O6)= 6·12 g/mol+12·1 g/mol+6·16 g/mol=180 g/mol  
       CM(C6H12O6) =30g: (180g/mol· 2L) = 0,0833 mol/L
2.      Calculăm presiunea osmotică a soluției.
Deoarece în problemă nu se precizează temperatura soluției, vom considera temperatura soluției egală cu temperatura camerei: 25°C.
Pentru calcularea temperaturii absolute (T) folosim formula T= t°C +273K. 
Deci, T= 273 + 25 = 298 (K)
 Πsol.(C6H12O6) =  CM(C6H12O6) ·R·T  =0,0833 mol/L ·8314Pa·L/mol·K ·298 K
= 205638,476 Pa 2,05·105 Pa
                                                                               Răspuns: Πsol.(C6H12O6) =  2,05·105 Pa

Presiunea osmotică


Osmoza - este fenomenul de trecere a unui dizolvant printr-o membrană semipermeabilă care separă dizovantul pur de o soluţie în acelaşi dizolvant sau separă 2 soluţii de concentraţii diferite. Trecerea se face de la dizolvantul curat spre soluţie sau de la soluţia diluată spre cea concentrată.
            Membranele semipermeabile sunt acele membrane ce permit trecerea liberă a particulelor dizolvantului şi nu lasă să treacă particulele substanţei dizolvate. Ex.: membrana celulară, vezica urinară, pereţii intestinului. Membrane artificiale sunt pergamentul, celofanul etc.
            Forţei care determină osmoza îi corespunde presiunea osmotică. Experimental presiunea osmotică poate fi măsurată cu osmometrul.
 Presiunea osmotică este acea presiune pe care ar avea-o substanţa dizolvată, dacă la temperatura dată ea s-ar afla în stare gazoasă şi ar ocupa acelaşi volum ca şi soluţia.
            Formula de calcul este:      P= CM·R·T      
CM - concentraţia molară = cantitatea de substanță dizolvată într-un litru de soluție (mol/l).
 Se calculează cu formula: 
R - constanta universală a gazelor. Poate avea diverse valori, în funcție de unitatea de măsură:

T - temperatura absolută a soluţiei (în grade K).  Pentru a transforma temperatura din grade Celsius în grade Kelvin se utilizează relația:     T= t°C +273

            Presiunea osmotică joacă un rol important în viaţa plantelor şi animalelor. Membrana celulară este permeabilă pentru apă şi ioni şi impermeabilă pentru moleculele multor substanţe. Datorită osmozei şi presiunii osmotice plantele absorb din sol apa şi sărurile minerale şi le ridică prin tulpină la înălţimi mari. Dacă se introduc în apă celule, atunci apa difuzeză în interiorul celulei, volumul sucului celular creşte, membrana se întinde şi crapă. Acest fenomen se foloseşte la extragerea zahărului din celulele sfeclei de zahăr.
Sângele omului şi sucul celular al hematiilor au  presiunea osmotică medie egală cu 7,65 atm, sau 775,136 kPa. Orice soluţie a cărei presiune osmotică este mai mare decât a sângelui se numeşte soluţie hipertonică, iar cea cu presiunea mai mică decât a sângelui se numeşte soluţie hipotonică. Dacă introducem hematii în apă sau într-o soluţie hipotonică, atunci apa prin membrană pătrunde în interiorul celulei, volumul sucului celular creşte, iar membrana se întinde şi crapă. Acest fenomen se numeşte hemoliză. Într-o soluţie hipertonică osmoza este orientată invers - apa din hematii trece în soluţie şi membrana celulară se încreţeşte. Fenomenul se numeşte plasmoliză. Celulele microorganismelor, care se află în soluţii concentrate, pierd apa, se contractă şi mor. Astfel se explică păstrarea alimentelor prin sărare sau a fructelor prin zaharificare.
            Soluţii cu aceeaşi concentraţie au aceeaşi presiune osmotică (sunt izotonice). Soluţia de NaCl cu  partea de masă de 0,86% este izotonică  cu sângele omului şi se numeşte soluţie fiziologică.


5.30.2018

Determinarea concentrației unei soluții după electroliză



O soluție de sulfat de potasiu cu masa de 1000 g  și concentrația de 5% este supusă pentru un timp electrolizei, utilizând electrozi inerți. În urma procesului, la anod se degajă 80 L de gaz (măsurat la t=25ºC și  P=1,24·105 Pa).
Calculați partea de masă (în %) a sulfatului de potasiu în soluția obținută după electroliză.




Determinarea concentrației unei soluții cunoscând nr. de atomi din ea


             Determinați concentrația unei soluții de acid percloric, știind că numărul atomilor de oxigen este de 10 ori mai mare decât cel al atomilor de clor.


Determinarea compoziției procentuale a unui amestec gazos după densitatea relativă




Determinarea concentrației substanței din soluția obținută prin dizolvarea unui cristalohidrat


Determinarea concentrației substanței din soluția obținută prin dizolvarea unui cristalohidrat


Zeama bordeleză este  o soluție care se utilizează pentru combaterea ciupercilor vătămătoare plantelor. Aceasta este preferată de grădinari deoarece este mai puțin toxică decât alte substanțe și mai ușor de obținut. Se obține prin amestecarea unei soluții de apă de var cu o soluție de piatră vânătă.
Calculați concentrația unei soluții preparate prin dizolvarea a 1 kg de piatră vânătă în 50 litri de apă.

Se dă:
m(CuSO4·5H2O) = 1 kg
V (H2O) = 50 L
     Rezolvare:
1.     Calculăm masa de sulfat de cupru (II) din cristalohidrat:
Mr(CuSO4·5H2O)=160 + 5·18 = 250
250 g CuSO4·5H2O .................160 g CuSO4
1 kg CuSO4·5H2O .................   m(CuSO4)
ω(CuSO4) = ?

m(CuSO4) = 1kg·160 g : 250 g = 0,64 kg
2.     Calculăm concentrația soluției pe baza formulei:
ω(CuSO4) = m(CuSO4) · 100% : (m(CuSO4) + m(H2O
m(H2O) = ρ·V= 1kg/L·50 L = 50 kg
ω(CuSO4) = (0,64 kg·100%):(0,64 kg + 50kg) = 1,26 %


Răspuns: ω(CuSO4)=1,26%

4.09.2018

Calcularea titrului unei soluții pe baza concentrației normale



Determinarea procentului de apă dintr-un cristalohidrat


DETERMINAREA PĂRŢII DE MASĂ A APEI DINTR-UN CRISTALOHIDRAT

        Piatra acră sau piatra de alaun, cum se mai numește sulfatul dublu de potasiu și aluminiu, se găsește în natură sub forma cristalohidratului KAl(SO4)2·12H2O. Determinați partea de masă a apei în cristalohidrat.
Se dă:
KAl(SO4)2·12H2O
Rezolvare:
Se calculează masa moleculară a substanţei KAl(SO4)2·12H2O:
Mr (KAl(SO4)2·12H2O) = Mr(KAl(SO4)2)+ 12Mr(H2O)= 258 + 12·18= 474
Determinăm partea de masă a apei pe baza proporției dintre Mr(cristalohidrat) și masa de apă conținută.
ω(H2O)  = ?

     100%  ....................... 474
     ω(H2O) .....................12·18 → ω(H2O)=216·100%/474= 45,57%
                              Răspuns: piatra de alaun conține 45,57 % H2O.

Calcularea compoziției procentuale a unui aliaj


DETERMINAREA PĂRŢILOR DE MASĂ ALE COMPONENTELOR UNUI AMESTEC/ALIAJ

            Moneda de 50 de bani aflată în  circulație în Republica Moldova este confecționată din oțel placat cu bronz și cântărește 3,1 g. Oțelul este un aliaj ce conține fier și carbon, iar în bronz, componente principale sunt cupru și staniu. Culoarea roșiatică a monedei se datorează cuprului.

Determinați compoziția procentuală a mondei (părțile de masă ale metalelor), dacă s-a determinat că ea conține 2,79 g fier, 37,2 mg de carbon, 189,1 mg cupru și 40,3 mg staniu, restul fiind mici cantități de alte metale.

Se dă:
m(Fe)  = 2,79 g
m(C)  = 37,2 mg
m(Cu)  = 189,1 mg
m(Sn)  = 40,3 mg
        Rezolvare:
 Se calculează procentul din fiecare metal utilizând proporția:
        100%  ......................... 3,1 g aliaj
        ω(metal) ......................    m(metal) →ω(metal)=m(metal)·100%/ 3,1 g
Atenție! Transformăm toate masele substanțelor în grame.
ω(Fe) = 2,79 g·100%/ 3,1 g = 90%
ω(C) = 0,0372 g·100%/ 3,1 g = 1,2%
ω(Cu) = 0,1891 g·100%/ 3,1 g = 6,1%
ω(Sn) =  0,0403 g·100%/ 3,1 g = 1,3 %
ω(Fe) -?, ω(C) -?
ω(Cu) -?, ω(Sn) -?

  
Răspuns:   Moneda conține 90% fier, 1,2% carbon, 6,1% cupru și 1,3% staniu

Determinarea formulei moleculare pe baza compoziției procentuale (var. 2)


Glicerolul (sau glicerina) este un lichid siropos cu gust dulce, ce se dizolvă ușor în apă și în alcool. Soluțiile de glicerol sunt folosite ca anticongelanți pentru autoturisme, deoarece îngheață la temperaturi scăzute. De exemplu, amestecul format din 8% glicerol și restul apă îngheață la -20,3 °C.

 PROBLEMĂ
Determinați formula chimică a glicerolului dacă în compoziția ei intră 39,13% C, 8,7%H, 52,17% O.

Se dă:
ω(C) = 39,13 %
ω(H) =   8,7 %
ω(O) = 52,17 %
Rezolvare:
1.      Calculăm masa moleculară relativă a substanței:
Mr (CaHbOc) = a∙Ar(C) + b∙Ar(H) + c∙Ar(O) =  12·a+b+16·c   
CaHbOc-?

2.      Scriem proporția pentru determinarea procentului de C din substanță:
 Mr  .......................................   12·a
       100% ................................ 39,13%      Mr = 12a·100% : 39,13% = 30,667·a
3.      Mr  nu poate avea valoare fracționară (deoarece am utilizat valorile rotunjite pentru masele atomice relative), scriem numărul obținut pentru ca fracție și determinăm cea mai mică valoare a lui a, pentru care Mr devine număr întreg:
Mr =30,667·a = 30 ·a → a=3 →  Molecula de glicerol conține 3 atomi de C.
4.      Calculăm masa moleculară relativă a glicerolului:
            Mr = 30,667·3 = 92
5.      Calculăm valoarea lui b utilizând proporția pentru deteminarea procentului de H:
Mr =92 .................................  b
             100% ................................ 8,7 % b = 92·8,7% : 100%= 8
Molecula glicerolului conține 8 atomi de H.

6.      Calculăm valoarea lui c, utilizând formula de calcul pentru Mr:
Mr (CaHbOc) = 12·a+b+16·c = 12·3+8+16·c =92 →
 16·c = 92 – (12·3+8) = 48  → c = 48:16 =3. Glicerolul conține 3 atomi de O.

Răspuns: Glicerolul are formula chimică C3H8O3.

Determinarea formulei moleculare a unei substanțe, cunoscând compoziția ei procentuală (partea de masă a elementelor componente)


Metoda de rezolvare propusă se adresează elevilor din clasa a VII-a, care nu cunosc noțiunea de „cantitate de substanță”.

PROBLEMĂ:
Adrenalina sau epinefrina este hormonul secretat în stările de stres. Ea pregătește organismul pentru producerea unei cantități mari de energie, ceea ce se resimte prin creșterea frecvenței cardiace și a presiunii sângelui.
Determinați formula chimică a adrenalinei dacă în compoziția ei intră 59,02% C, 7,10 %H, 26,23% O și restul azot.

Se dă:
ω(C) = 59,02 %ω(H) =   7,10 %ω(O) = 26,23 %
Rezolvare:
Calculăm procentul de azot:
   ω(N) = 100% - (59,02% + 7,10% + 26,23 %) = 7,65%
Presupunem că masa substanței este 100, astfel masa fiecărui element este egală cu procentul ei.

CaHbNcOd-?

Deoarece într-o moleculă de substanță trebuie să fie cel puțin câte un atom al fiecărui element component, masa fiecărui element din substanță trebuie să fie mai mare sau cel puțn egală cu valoarea masei atomice relative.
Se observă că nu se întâmplă asta pentru azot: 7,65 < 14.
Calculăm ce masă moleculară are substanța dacă ea va un atom de azot:
7,65 ................................ 100
14 ..................................   x → x = 14·100 : 7,65= 183
Calculăm ce mase obținem pentru celelalte elemente, considerând această valoare (183).
pentru C:
 59,02 ................................ 100
y ......................................   183  → y = 59,02·183 : 100= 108
Verificăm dacă 108 este multiplu de 12 (masa atomică relativă a carbonului): 108: 12 = 9, substanța ar putea conține 9 atomi de C.
pentru H:
7,10 ............................... 100
z ..................................   183 → z = 7,10·183 : 100= 12,99 ~ 13, substanța ar putea conține 13 atomi de H.
pentru O:
26,23 ............................. 100
w ..................................  183 → w = 26,23·183 : 100= 48, substanța ar putea conține 3 atomi de O.
Deoarece am obținut numere întregi pentru fiecare element la calcularea numărului de atomi componenți, putem concluziona că formula substanței este: C9H13NO3.


Răspuns: Adrenalina are formula chimică C9H13NO3.

Notă 
În chimia organică există două feluri de formule care arată compoziția cantitativă a substanței: formula moleculară și formula brută (adică cel mai mic raport atomic al elementelor componente). Această metodă de rezolvare va conduce la formula brută. În cazul adrenalinei cele două formule coincid.
În celelalte cazuri, pentru a găsi formula moleculară e nevoie de informații despre masa moleculară relativă.

1.18.2018

DETERMINAREA FORMULEI MOLECULARE A UNEI SUBSTANŢE PE BAZA RAPORTULUI DE MASĂ AL ELEMENTELOR COMPONENTE ( var. 2)

La arderea cărbunilor de pământ, din substanțele organice care conțin sulf se formează oxizi de sulf. Acești compuși  se combină cu apa și produc iritaţii ale căilor respiratorii ce care în urma expunerii repetate pot duce la apariţia bronşitei cronice.
Determină formula oxidului de sulf în care raportul de masă al elementelor este S:O=2:3.

Se dă:
m(S): m(O)=2 : 3
Rezolvare:
1. Mr (SxOy) = x ·Ar(S)+ y·Ar(O)= x ·32+ y·16
2. Raportul de masă va fi:
m(S): m(O)=32x : 16y= (2·16x): 16y
SxOy  -?          
                                     
3.     În compoziția oxizilor trebuie să existe cel puțin un atom de S, dec
Amplificăm raportul de masă din datele prolemei cu 16, pentru a obține la m(S) valoarea 32, corespunzătoare unui atom de sulf.
  m(S): m(O)=2 : 3 = (2·16) : (3 ·16) = 32:48= (1·32):(3·16) = (1·Ar(S)):(3·Ar(O))

4.     Se observă că x=1 și y=3. Oxidul SxOy are formula SO3.



Răspuns:   Formula oxidului este SO3.