Általános Kémia II gyakorlat I. ZH előkészítő 2016. • • • • •
Oxidációs számok Redoxiegyenletek rendezése Oldatkészítés, koncentrációegységek átváltása Sztöchiometriai számítások Gáztörvények
Honlap: http://harmatv.web.elte.hu Példatárak: Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Kiadó) Szakács László, Mörtl Mária, Knausz Dezső: Általános Kémiai Példatár (ELTE Eötvös Kiadó)
Oxidációs számok Néhány szabály kiindulásként • Elemek: 0 • Egyszerű ionok: a töltéssel megegyező, pl. Na+ ; Cl– Alkáli fém ionok: +1; Alkáli földfém ionok: +2 – Halogenid ionok: -1 • • • • •
+1
-1
Oxigén: általában -2; O2: 0; peroxidokban: -1 O Hidrogén: általában +1; H2: 0; fém hidridek: -1 +1 Kovalens vegyületek: a kovalens kötések elektronjait a nagyobb H elektronegativitású elemhez rendeljük Összetett ionok: az oxidációs számok összege az ion össztöltése: pl. MnO4-2 Semleges vegyületek: az oxidációs számok összege 0
Oxigéntartalmú anionok, a központi atom oxidációs száma: ClO- hipoklorit +1 SO32szulfit +4 ClO2- klorit +3 SO42szulfát +6 ClO3- klorát +5 NO2nitrit +3 ClO4- perklorát +7 NO3nitrát +5
-1
H
O
O
-2
O +7Mn O O -2
Oxidációs számok Szerves vegyületek. Elektronegativitás: H
-3
-1
+0 0 0
-3
+1
0
-1 -3 +3
Redoxiegyenletek rendezése • Oxidációs számok felírása • Oxidációs szám változások megállapítása • Az oxidációs szám változások alapján a változó oxidációs számú elemek mólarányának meghatározása:
•
pl. A változása +3 és B változása -2, ekkor 2 mol A reagál 3 mol B-vel, mert így lesz az összes oxidációs szám változás 0 (+3)*2 + (-2)*3=0 A többi reakciópartner mólarányának rendezése: anyagmegmaradás, töltésmegmaradás
Vas(II)-szulfát és kálium permanganát reakciója savas közegben: Fe2+ + MnO4- + H+ = Fe3+ + Mn2+ +… oxidációs számok +2 +7 -2 +1 +3 +2 ox. szám változás +1 -5 mólaránya a reakcióban 5 : 1 5Fe2+ + 1MnO4- + H+ = 5Fe3+ + 1Mn2+ +… oxigének rendezése 5Fe2+ + MnO4- + H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O hidrogének rendezése 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O ellenőrzés: töltések 5*2 -1 +8 = 5*3 +2
Redoxiegyenletek rendezése IONEGYENLET: csak a reakcióban ténylegesen részt vevő ionok, molekulák: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O UGYANEZ SZTÖCHIOMETRIAI EGYENLETTEL FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 +K2SO4 +H2O Ox.sz:+2 +7 +3 +2 ox.sz.v:+1 -5 Arány: 5 : 1 10 FeSO4 + 2 KMnO4 + H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +K2SO4 +H2O
kálium r:10 FeSO4 + 2 KMnO4 + H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +K2SO4 +H2O szulfát r:10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 +K2SO4 +H2O oxigén r:10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4+K2SO4 +8H2O Ellenőrzés: hidrogének: 10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8H2SO4 = 5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4+K2SO4 +8H2O
Redoxiegyenletek rendezése Cr2O72- + I- + H+ = Cr3+ + I2 + H2O Ox.sz: +6 -1 +3 0 Ox.sz.v: -3*2 +1*2 Cr2O72- + 6I- + H+ = 2Cr3+ + 3I2 + H2O Oxigén r. Cr2O72- + 6I- + H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O
Hidrogén r. Cr2O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O Ell. töltés. Cr2O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O
Szinproporció, diszproporció: I- + Ox.sz: -1 Ox.sz.v: +1 5I- + Töltés r., hidrogének: Ell. oxigének:
IO3- + H+ = I2 + H2O +5 0 -5 1IO3- + H+ = 3I2 + H2O
5I- + 1IO3- + 6H+ = 3I2 + 3H2O 5I- + IO3- + 6H+ = 3I2 + 3H2O
Ezüsttükör próba Reagens készítése: AgNO3 + NH3 2 Ag+ + 2 OH- + = Ag2O + H2O Ag2O+ 4NH3 + H2O = 2Ag(NH3)2+ + 2 OHReakció aldehid csoporttal Ag(NH3)2+ + R-CHO + H2O = Ag + R-COO- + NH3 Ox.sz.: +1 +1 0 +3 Ox.sz.v: -1 +2 2Ag(NH3)2+ + 1R-CHO + H2O = 2Ag + 1R-COO- + NH3 2Ag(NH3)2+ + R-CHO + H2O = 2Ag + R-COO- +NH3 +3NH4+
2Ag(NH3)2NO3 + R-CHO + H2O = 2Ag + NH4R-COO +NH3 +2NH4NO3
Oldatkészítés 1. 200 cm3 0,300 mol/dm3 koncentrációjú CuSO4 reagens oldatot akarunk készíteni mérőlombikban. Hány gramm CuSO4.5H2O-t (rézgálicot) kell feloldanunk? Ha 1 dm3 oldatban 0,3 mol CuSO4 van, akkor 0,2 dm3 oldatban X mol X=0,3*0,2=0,06 mol, ennyi kritályos réz-szulfát kell A rézgálic moláris tömege: M=249,6 g/mol A bemérendő rézgálic tömege: m=249,6*0,06=14,98g Ezt feloldjuk kevesebb vízben, majd térfogatát pontosan 200 cm3-re egészítjük ki.
Oldatkészítés 2. 200 cm3 3,5m/m%-os CuSO4 oldatot akarunk készíteni mérőlombikban (sűrűsége 1,0349g/cm3). Hány gramm CuSO4.5H2O-t (rézgálicot) kell feloldanunk? Számítsuk ki, hogy ez hány mol/dm3-es oldat! 200 cm3 oldat tömege: m=ρ*V=200*1,0349=206,98 g Ennek a 3,5%-a a CuSO4 tömege : m(CuSO4)=206,98*3,5/100=7,244g
Aránypárral számítsuk ki, hogy ez hány gramm kristályvíztartalmú rézgálicnak felel meg! 1 mol CuSO4 tömege: 159,6g, ez 249,6g CuSO4.5H2O -ban van Tehát 7,244g CuSO4 X g CuSO4.5H2O -ban van X= 249,6*7,244/159,6=11,329g Koncentráció kiszámítása: n(CuSO4)= m/M=7,244/159,6=0,0454 mol Voldat=0,2 dm3 A koncentráció c=noldott anyag/Voldat=0,0454/0,2= 0,227 mol/dm3 .
Sztöchiometriai számítások 1. 0,75 g szőlőcukor oxidációjához hány cm3 0,3 mol/dm3-es CuSO4 oldatból készített Fehling reagens kell? Először fel kell írni, és rendezni a reakcióegyenletet! Fehling reakció:
2Cu2+ + R-CHO + 4OH- = Cu2O + R-COOH +2H2O
Tehát 1 mol aldehid (1 mol szőlőcukor) 2 mol Cu2+ ionnal (2 mol CuSO4-tal) reagál A szőlőcukor képlete: C6H12O6, moláris tömege: M=180 g/mol 0,75 g szőlőcukor anyagmennyisége n=m/M=0,75/180=0,00417mol Ha 1 mol szőlőcukor 0,00417 mol
2 mol CuSO4-tal reagál, akkor X mollal X= 2*0,00417=0,00833mol
A CuSO4 oldat térfogata: Voldat=noldottanyag/coldottanyag =0,00833/0,3= 0,0278dm3=27,8cm3
Egyetemes gáztörvény Ideális gázok esetén:
pV=nRT T: Kelvin, (0°C = 273,14K) p és V vagy kPa és dm3, vagy Pa és m3 R=8,314 J/(mol*K)
Sztöchiometriai számítások 2, Gáztörvény Klórgázt fejlesztünk tömény, 35 m/m%-os sósavból kálium permanganáttal. -Hány gramm sósav oldatra és hány gramm kálium permanganátra van szükségünk, ha 18°C-on és 100 kPa nyomáson pontosan 2 dm3 klórgázt szeretnénk előállítani? -A képződő klórgázt 100 g vízben maradéktalanul elnyeletjük. Hány m/m%-os lesz az így képződött klóros víz? Először fel kell írni, és rendezni a reakcióegyenletet! 16 HCl + 2 KMnO4 = 5 Cl2 + 2 MnCl2 + 2 KCl + 8 H2O Tehát 5 mol Cl2 képződéséhez 2 mol KMnO4 és 16 mol HCl kell 1 mol 2/5 mol 16/5 mol A képződő gáz: egyetemes gáztörvény alkalmazása: pV=nRT T: Kelvin, p és V vagy kPa és dm3, vagy Pa és m3 n=pV/RT=100*2/[8,314*(18+273)]=0,0827 mol
n(KMnO4)= 0,0827*2/5=0,0331 mol n(HCl)=0,0827*16/5=0,265 mol
m(KMnO4)=M*n=158*0,0331=5,22g
m(HCl)=M*n=36,5*0,265=9,655g ez még csak a HCl molekulák tömege!! Aránypárral: a 35%-os HCl oldat 100 g-jában 35g HCl molekula van ” X g-jában 9,655g ” m(35%-os HCl oldat)= X = 9,655/0,35=27,6g
Sztöchiometriai számítások 2, Gáztörvény Klórgázt fejlesztünk tömény, 35 m/m%-os sósavból kálium permanganáttal. -Hány gramm sósav oldatra és hány gramm kálium permanganátra van szükségünk, ha 18°C-on és 100 kPa nyomáson pontosan 2 dm3 klórgázt szeretnénk előállítani? -A képződő klórgázt 100 g vízben maradéktalanul elnyeletjük. Hány m/m%-os lesz az így képződött klóros víz? Folytatás: 100g vízben oldjuk a képződött 0,0827 mol Cl2 gázt - hány tömeg%-os lesz az oldat? Tömeg% definíciója: moldott anyag/moldat*100%= moldott anyag/(moldott anyag +moldószer) *100 % n(Cl2)= 0,0827 mol m(Cl2)=n*M=0,0827mol*71g/mol=5,87g m/m%=5,87/(100+5,87) *100%=5,54%
Függelék: oldatok összetételének jellemzésére használt mennyiségek Tömeg, m [kg, t, q, dkg vagy dag, g, …] Térfogat, V [m3, dm3, l, ml …] Sűrűség ρ vagy d [g/cm3, kg/m3,…] Fajsúly: nem használjuk Anyagmennyiség n [mol] Moláris tömeg M [g/mol]
Oldatok összetételének jellemzése:
SI prefixumok exa E 1018 peta P 1015 tera T 1012 giga E 109 mega M 106 kilo k 103 hekto E 102 deka da, 10
deci d 10-1 centi c 10-2 milli m 10-3 mikro μ 10-6 nano n 10-9 piko p 10-12 femto f 10-15 atto a 10-18
• Anyagmennyiség koncentráció „molaritás” (‚B’ vegyület anyagmennyisége 1 dm3 oldatban cB vagy [B], [mol/dm3, vagy M] • Tömegkoncentráció (B tömege 1 dm3 oldatban) ρB [g/dm3, kg/m3] • Molalitás (Raoult-koncentráció) (B anyagmennyisége 1 kg oldószerben) mB [mol/kg] • Móltört xi=ni /(Σj nj) • Tömegszázalék (B tömege 100 g oldatban) g/g%, %(w/w), tömeg%, % Tömegtört wi =mi /(Σj mj) • Térfogatszázalék (B térfogata 100 cm3 elegyben. A térfogati kontrakció miatt nem célszerű folyadékelegyekre használni) V/V%, %(v/v), tf% … • Vegyesszázalék %(w/v), %(m/V) (B tömege g-ban kifejezve 100 cm3 oldatban. Dimenzióval rendelkezik!) • Hígítás V (a koncentráció reciproka) • ppm, (B tömege az oldat tömegének milliomod részeiben)
