Reaktio_3_kertaustehtavien_ratkaisut
Transcription
Reaktio_3_kertaustehtavien_ratkaisut
Kertaustehtävien ratkaisut LUKU 2 1. Neutraloitumisen reaktioyhtälö: H2SO4(aq) 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) 2 H2O(l). Lasketaan NaOH-liuoksen konsentraatio, kun V(NaOH) 150 ml 0,150 l, g m(NaOH) 2,40 g ja M(NaOH) 39,998 . mol n m Kaavoista c ja n yhdistämällä saadaan V M m 2,40 g mol c (NaOH) 0,4000... . MV 39,998 g 0,150 l l mol Lasketaan neutraloinnissa kuluneen NaOH:n ainemäärä, kun V(NaOH) 12,3 ml 0,0123 l. mol n(NaOH) c V 0,4000… 0,0123 l 4,920… 103 mol l Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että 1 1 n(NaOH) 4,920… 103 mol 2,460… 103 mol. n(H2SO4) 2 2 Lasketaan rikkihapon massa. g M(H2SO4) 98,086 mol g 0,2413… g 0,241 g m(H2SO4) n M 2,460… 103 mol 98,086 mol 2. a) 4 HCl(aq) MnO2(s) 2 H2O(l) MnCl2(aq) Cl2(g) b) Lasketaan molempien lähtöaineiden ainemäärät. g M(MnO2) 86,94 mol 0,222 g m n(MnO2 ) 0,002553... mol g M 86,94 mol mol 0,0555 l 0,005661 mol l Molempien lähtöaineiden ainemäärät tiedetään, joten tutkitaan rajoittava tekijä. Jos kaikki MnO2 reagoi, niin HCl kuluu 4 0,0025530… mol 0,01021…mol 0,005661 mol. 1 n(HCl) c V 0,102 HCl loppuu kesken ja on rajoittava tekijä. Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että 1 1 n(HCl) 0,005661 mol 1,41525 103 mol. n(Cl2) 4 4 Lasketaan reaktiossa syntyvän Cl2-kaasun massa ja tilavuus. g 0,1003… g m(Cl2) n m 1,41525 103 mol (2 35,45) mol m 0,1003... g V(Cl2) 0,03165... l 31,7 ml ρ 3,17 gl 3. Määritetään osareaktioiden kertoimet ja kerrotaan reaktioyhtälöt siten, että välituotteet SO2 ja SO3 tulevat käytetyksi. 4 FeS2 11 O2 2 Fe2O3 8 SO2 2 SO2 O2 2 SO3 |4 SO3 H2O H2SO4 |8 4 FeS2 11 O2 2 Fe2O3 8 SO2 8 SO2 4 O2 8 SO3 8 SO3 8 H2O 8 H2SO4 Kokonaisreaktio saadaan laskemalla reaktiot puolittain yhteen. 4 FeS2 15 O2 8 H2O 2 Fe2O3 8 H2SO4 Lasketaan FeS2:n ainemäärä. g M(FeS2) 119,99 mol m 25,0 1000 g n(FeS2 ) 208,3... mol g M 119,99 mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että 8 n(FeS2) 2 208,3… mol 416,7… mol n(H2SO4) 4 Lasketaan rikkihapon massa. g M(H2SO4) 98,086 mol g 40872,5… g 40,9 kg m(H2SO4) n m 416,7… mol 98,086 mol 4. a) NH4NO3(s) N2O(g) 2 H2O(g) 2 NH4NO3(s) 2 N2(g) O2(g) 4 H2O(g) b) i) Lasketaan ensiksi, kuinka monta mg NH4NO3:a hajoaa alemman reaktioyhtälön mukaan. m 35,0 mg n(N2 ) 1,249... mmol g M 2 14,01 mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että n(NH4NO3) n(N2) 1,249… mmol. M(NH4NO3) 80,052 g mol g 99,99… mg mol ii) Lasketaan ylemmän reaktioyhtälön mukaan hajoavan NH4NO3:n massa ja ainemäärä. m(NH4NO3) n M 1,249… mmol 80,052 m(NH4NO3) (626 99,99…) mg 526,0… mg m 526,0... mg n(NH4NO3 ) 6,570... mmol g M 80,052 mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että n(N2O) n(NH4NO3). g 289,2… mg 289 mg m(N2O) n M 6,570… mmol (2 14,01 16,00) mol 5. a) Moolimassat: M(etanoli) M(C2H6O) 46,068 g ja mol g . mol m 13 g Lasketaan etanolin ainemäärä: n(etanoli) 0,282... mol . g M 46,068 mol M(dietyylieetteri)) M(C4H10O) 74,12 Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että n(dietyylieetteri) 1 n(etanoli). 2 1 1 n(etanoli) 0,282… mol 0,141… mol 2 2 g 10,45…g 10 g m(dietyylieetteri) n M 0,141… mol 74,12 mol Teoreettinen saanto oli 10 g. todellinen saanto 5,3 g 100 % 100 % 51% b) saanto-% teoreettinen saanto 10,45... g n(dietyylieetteri) c) Lämpötilan noustessa happamissa olosuhteissa käynnistyy kondensaation rinnalla eliminaatio, jossa etanolista muodostuu eteeniä. Tämä sivureaktio pienentää saantoa. 6. Rinnakkaiset reaktiot: 1. 4 Li(s) O2(g) 2 Li2O(s) 2. 2 Mg(s) O2(g) 2 MgO(s) Moolimassat: M(Mg) 24,31 g g g , M(Li) 6,941 , M(MgO) 40,31 ja mol mol mol g . mol Tehtävä voidaan ratkaista joko reaktioissa kuluvan hapen (6,00 g 3,00 g 3,00 g) suhteen tai metalleista syntyvien oksidien suhteen (6,00 g), kuten tässä. M(Li2O) 29,882 Merkitään m(Mg) x, jolloin m(Li) 3,00 g x. Oksidien seos (massa 6,00 g) muodostuu reaktioissa 1 ja 2, joten m(Li2O) m(MgO) 6,00 g. 2 1 1 moolista Li-oksidia syntyy mol Li2O ja 1 moolista Mg syntyy 1 mol MgO. 4 2 Kirjoitetaan yhtälö. 1 3,00 g x x g g 29,882 mol 1 40,31 mol 6,00 g g g 2 6,941 mol 24,31 mol 6,45771 2,15257x 1,65816x 6,00 0,49441x 0,45771, josta x m(Mg) 0,92577 g 0,926 g LUKU 3 7. Br CH 3 Br CO 2H Br2 pelkistys D Cl CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 HCl CO 2H CH 3CO2 H tai CH 2OH CH 2OH A NaOH CO 2H E CH 3 O CH 2OCCH 3 B heikko hapetin CH 3 CH 3 CO 2- Na+ F CHO C aldehydi Jos A on tyydyttynyt, vastaavasti yhdisteiden B ja C rakenteet ovat tyydyttyneitä. 8. 9. 10. a) Reaktio 1: additio (A:n suhteen), substituutio (bentseenirenkaan suhteen). Reaktio 2: substituutio. Reaktio 3: protoninsiirtoreaktio (neutraloituminen) b) LUKU 4 11. a) Palamisreaktioyhtälö: 2 C7H14(l) 21 O2(g) 14 CO2(g) 14 H2O(g) 100 km:n matkalla V(C7H14) 4,6 l: kg m(C7H14) V 0,80 4,6 l 3,68 kg 3680 g l g M(C7H14) 98,182 mol m 3680 g n(C7H14) 37,48... mol g M 98,182 mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että 2 mol C7H14 tuottaa 14 mol CO2, joten 14 n(CO2 ) n(C7H14 ) 7 37,48... mol 262,3... mol 2 g m(CO2 ) n M 262,3... mol (12,01 2 16,00) 11546 g (100 km kohti) mol Kilometriä kohti CO2-päästö on 115,46 g 115 g. b) Valmistajan ilmoittama CO2-päästö on 109 g/km 10900 g/100 km. g ja NTP:ssä T 273,15 K ja p 101,325 kPa M(CO2) 44,01 mol m Yhdistetään n ja pV nRT , joista saadaan M Nm 10900 g 8,3145 2 273,15 K mRT m V (CO2 ) 5,551... m3 5550 dm3 . N g Mp 101,325 103 2 44,01 m mol 12. Lasketaan nitroglyseriinin ainemäärä. g M(C3H5N3O9) 227,10 mol 25,0 g m n(C3H5N3O9) 0,1100... mol g M 227,10 mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että 4 moolista C3H5N3O9 syntyy 29 mol kaasuja, joten 29 29 V (kaasut) n(C3H5N3O9 ) 0,1100... mol 0,7981... mol 4 4 p V n R T , josta p Nm n R T 0,7981... mol 8,3145 molK (273,15 500) K 5130512 Pa 5130 kPa V 1,0 103 m3 13. a) 2 CaO(s) 5 C(s) 2 CaC2(s) CO2(g) CaC2(s) 2 H2O(l) Ca(OH)2(aq) C2H2(g) b) Kokonaisreaktio: 2 CaO(s) 5 C(s) 4 H2O(l) CO2(g) 2 Ca(OH)2(aq) 2 C2H2(g). 5,78g m 0,1030...mol n(CaO) g M 40,08 16,00 mol Kokonaisreaktiosta päätellään, että n(C2H2) n(CaO) 0,1030… mol. NTP:ssä T 273,15 K ja p 101,325 kPa nRT V (C2H2 ) p Nm 0,1030... mol 8,31451 273,15 K mol K 2,3101... 103 m3 2,31dm3 N 101,325 103 2 m LUKU 5 14. a) Lämpökemiallisesta reaktioyhtälöstä päätellään, että yhtä NO-moolia kohti energiaa sitoutuu kJ 180,5 kJ kJ 90,25 ja yhtä N2-moolia kohti 180,5 . 2 mol mol mol Lämpöä sitoutuu 0,70 mol 90,25 kJ 63,175 kJ 63 kJ. mol b) Lasketaan typen ainemäärä N 101 103 2 17 103 m3 pV m 0,7166... mol n(N2 ) RT 8,3145 Nm (273,15 15) K mol K kJ Energiaa sitoutuu 0,7166… mol 180,5 129,35 kJ 130 kJ. mol 15. a) ΔH nΔHf (reaktiotuotteet) nΔHf (lähtöaineet) kJ kJ kJ 12 mol 285,8 4 mol 393,5 mol mol mol kJ kJ 4 mol 53 5 mol 20 mol mol 5115,6 kJ 5116 kJ (neljää metyylihydratsiinimoolia kohti) g b) M(metyylihydratsiini) 46,078 , joten 1 moolin massa on 46,078 g. mol Tehdään yksikönmuunnos. 5122,1kJ 5115,6 kJ kJ kJ 27,755... 28 4 mol 4 46,078 g g g 9 mol 0 16. a) ΔH nΔHf (reaktiotuotteet) nΔHf (lähtöaineet) 2 mol 296,9 kJ kJ kJ kJ 2 mol 285,8 2 mol 20,2 3 mol 0 mol mol mol mol 1125,0 kJ b) Yhdiste on sitä pysyvämpi, mitä pienempi on sen muodostumisentalpia. ΔHf(SO2 ) ΔHf(H2S), joten rikkidioksidi SO2 on pysyvämpi. c) Vertailuolosuhteissa T (273,15 25) K 298,15 K ja p 101,325 kPa. Lasketaan divetysulfidin ainemäärä. 3 3 N 3 pV 101,325 10 m2 20,0 10 m n(H2S) 0,8174... mol Nm 8,3145 mol 298,15 K RT K n(H2S) ja H° ovat suoraan verrannolliset, joten kirjoitetaan verranto ja ratkaistaan se. 2 mol 1125,0 kJ 1125,0 kJ 0,8174... mol , josta x 459,8... kJ 460 kJ x 0,8174... mol 2 mol Vastaus: energiaa vapautuu 460 kJ 4,60 102 kJ. 17. a) Lasketaan kaasujen kokonaisainemäärä. N 202 103 2 5,0 103 m3 pV m 0,4074 mol n(kaasut) RT 8,3145 Nm (273,15 25,0) K mol K Reaktiot tapahtuvat rinnakkain. Merkitään: m(butaani) x, jolloin m(propaani) 0,4074 mol x. Palamisentalpioita käyttäen saadaan yhtälö kJ kJ (0,4074 mol x) 2220 1064 kJ, josta x 2877 mol mol kJ 159,572 kJ x 657 mol 159,572 kJ x n(butaani) 0,2428 mol kJ 657 mol n(propaani) (0,4074 0,2428) mol 0,1646 mol Lasketaan mooliprosentit. 0,2428 mol mol-%(butaani) 100 % 59,59 % 60 %, ja mol-%(propaani) 40 % 0,4074 mol b) Rinnakkain tapahtuvat reaktiot: 1. C3H8(g) 5 O2(g) 3 CO2(g) 4 H2O(l) 2. 2 C4H10(g) 13 O2(g) 8 CO2(g) 10 H2O(l) Lasketaan hiilidioksidin ainemäärä ja tilavuus. Reaktioyhtälöistä päätellään, että 1 mol 8 propaania tuottaa 3 mol CO2 ja 1 mol butaania tuottaa mol 4 mol CO2. 2 n(CO2) 3 0,1646 mol 4 0,2428 mol 1,465 mol Nm (273,15 25) K 1,465 mol 8,31451 nRT mol K V (CO2 ) 0,03584... m3 36 dm3 p 3 N 101,325 10 2 m c) Veden höyrystyminen kaasuksi sitoo lämpöenergiaa, joten reaktiossa vapautuvan energian määrä on pienempi. LUKU 6 18. Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että typpikaasun kulumisnopeus on 1 mol mol 6000 2000 ja ammoniakkikaasun muodostumisnopeus on 3 min min 2 mol mol . 6000 4000 3 min min 19. a) Jodi on reaktiotuote, joten työssä mitattiin reaktiotuotteen syntymisnopeutta. b) 20 °C:ssa jodin keskimääräinen syntymisnopeus aikavälillä 10–20 min on mmol mmol Δc (3,5 2,0) l 0,0025 ls Δt (20 10) 60 s 30 °C:ssa mmol mmol Δc (7,5 4,5) l 0,0050 ls Δt (20 10) 60 s c) 0,0050 0,0025 mmol ls mmol ls 2,0 , eli reaktionopeus kaksinkertaistui. d) Lämpötilan kasvaessa reaktioon johtavien törmäysten lukumäärä aikayksikköä kohti kasvaa. 20. a) Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että 4 c(NO2) (N2O5)alussa c(N2O5)hetkellä t) 2 (0,100 mol/l c(N2O5)hetkellä t) ja 2 1 1 c(O2) (0,100 mol/l c(N2O5)hetkellä t) tai c(O2) c(NO2). 2 4 [N2O5] (mol/l) Aika t (h) [NO2] (mol/l) [O2] (mol/l) 0,100 0,086 0,073 0,063 0,054 0,046 0,039 0,034 0,029 0 0,50 1,0 0 0,028 0,054 0,074 0,092 0,11 0 0,0070 0,014 0,019 0,023 0,027 0,031 0,033 0,036 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0,12 0,13 0,14 Kuvaajat: / mol c ––– l 0,014 NO2 0,012 0,010 0,080 0,060 0,040 –0,060 mol/l 2,0 h O2 tangentti N2O5 0,020 1,0 2,0 3,0 4,0 t/h b) Piirretään N2O5:n kuvaajalle tangentti kohtaan t 0 h ja lasketaan tangentin kulmakerroin. 0,060 Δc N2O5 :n hajoamisen alkunopeus 2,0 h Δt (vastaukset välillä (0,030 0,03) mol l 0,030 mol hyväksytään) lh c) ΔH nΔHf (reaktiotuotteet) nΔHf (lähtöaineet) kJ kJ kJ 1mol 0 2 mol 11,3 mol mol mol 112,6 kJ 0, joten reaktio on endoterminen 4 mol 33,8 mol lh