Základní chemické pojmy a zákony

Základní chemické pojmy a zákony LRR/ZCHV – Základy chemických výpočtů Jiří Pospíšil

Relativní atomová (molekulová) hmotnost Ar (Mr)  Mr číslo udávající, kolikrát je hmotnost daného atomu (molekuly) větší než hmotnost 1/12 nuklidu 12C, tj. než hmotnost atomové hmotnostní jednotky mu = 1,660540(1).10-27 kg Mr je bezrozměrné  Molární hmotnost M je definována jako podíl skutečné hmotnosti látky v kg a jejího látkového množství (počtu molů) n:

𝑀=

2

𝑚 𝑛

𝑘𝑔. 𝑚𝑜𝑙

−1

ZCHV – Výpočty z chemických rovnic

Relativní molekulová a molární hmotnost: příklady • Příklad: Určete relativní molekulovou a molární hmotnost kyslíku: • Mr (O2) = 2x16 = 32 (hmotnostních jednotek) • M (O2) = 0.032 𝑘𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1 = 32 𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1 • 1 mol látky váží právě tolik, kolik je relativní molekulová hmotnost dané látky má však jednotku kg.mol-1 nebo g.mol-1

• Určete relativní molekulovou hmotnost následujících sloučenin: • manganistan draselný, octan sodný, fosforečnan amonný, uhličitan hořečnatý, kyselina dusičná, oxid dusný

3


Příklady: Molární hmotnost • manganistan draselný M(KMnO4) = 158.03 𝑔. 𝑚𝑜𝑙 −1

• octan sodný M(CH3COONa) = 82.03 𝑔. 𝑚𝑜𝑙 −1 • fosforečnan amonný M((NH4)3PO4) = 149.09 𝑔. 𝑚𝑜𝑙 −1 • uhličitan hořečnatý (MgCO3) = 84.31 𝑔. 𝑚𝑜𝑙 −1

• kyselina dusičná M(HNO3) = 63.01 𝑔. 𝑚𝑜𝑙−1 • oxid dusný M(N2O) = 44.01 𝑔. 𝑚𝑜𝑙 −1

4


Molový (molární) objem VM • určen podílem objemu látky V (dm3) a látkového množství n:

𝑉 𝑉𝑀 = 𝑛

𝑑𝑚3 𝑚𝑜𝑙

• za normálních podmínek: (pn = 1.01325.105 Pa, tn = 0°C)

• platí pro ideální plyn 𝑉𝑀 = 22.4141 2 𝑑𝑚3 . 𝑚𝑜𝑙 −1 nebo 𝑉𝑀 = 22.4141 2 𝑙. 𝑚𝑜𝑙 −1

5


Hustota látky • látka zaujímá:

𝒅=

𝒎 𝑽

• jednotkou je tedy 𝒌𝒈/𝒎𝟑 nebo 𝒈/𝒄𝒎𝟑

• Příklad: Jaká je hustota kyslíku za normálních podmínek? •

d(O2) =

6

𝒎 𝑽

=

𝟑𝟐 𝟐𝟐.𝟒𝟏

= 𝟏. 𝟒𝟑 𝒌𝒈. 𝒎−𝟑


Avogadrův zákon

 stejné objemy všech plynů obsahují za stejných podmínek tentýž počet částic  tzn. v 22.4141 m3 každého plynu bude za normálních podmínek vždy stejný počet částic

 měřením bylo zjištěno, že tento počet je asi 𝟔, 𝟎𝟐𝟐. 𝟏𝟎𝟐𝟑 částic  toto číslo se nazývá AVOGADROVA KONSTANTA NA

𝑁𝐴 = 7

𝟐𝟑 𝟔, 𝟎𝟐𝟐𝟏𝟑𝟕. 𝟏𝟎

−𝟏 𝒎𝒐𝒍


Příklady • Kolik molekul obsahuje a jaký objem za normálních podmínek zaujímá 10 kg vodíku? • Řešení: • Mr(H2) = 2 • 2 g H2.........6.1023 částic ……… 22.41 dm3 • 10 kg H2 ...... N částic ……………………. V dm3 plynu (litrů plynu) • ____________________________ • 𝑵 = 𝑵𝑨 . 𝒏 = 𝑵𝑨

𝒎 [𝒈] 𝑴 [𝒈]

= 𝟔. 𝟎𝟐𝟑. 𝟏𝟎𝟐𝟑

𝟏𝟎,𝟎𝟎𝟎 [𝒈] 𝟐 [𝒈]

=

𝟑. 𝟏𝟎𝟐𝟕 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒌𝒖𝒍 𝑯𝟐 • 𝑽 = 𝑽𝑴 . 𝒏 = 𝑽𝑴

8

𝒎 [𝒈] 𝑴 [𝒈]

= 𝟐𝟐. 𝟒𝟏

𝟏𝟎,𝟎𝟎𝟎 𝟐

= 𝟏𝟏𝟐 𝒎𝟑 𝑯𝟐


Dále vypočítejte:

• 1. Kolik molekul obsahuje a jaký objem za normálních podmínek zaujímá – a ) 10 kg dusíku – b) 0,02 g hélia – c) 2,2 g oxidu uhličitého 2. Kolik molekul obsahuje 0,65 molu HCl? 3. Jaká je hmotnost 1 m3 vodíku za normálních podmínek a kolik molekul uvedený objem obsahuje? 9


Směsi a roztoky • Látky, které obsahují dvě nebo více složek, se nazývají směsi. • složení soustavy vyjadřujeme nejčastěji pomocí hmotnostního zlomku. • Hmotnostní zlomek w(A) složky A v soustavě je roven podílu hmotností m(A) složky A a soustavy m:

•

w A =

𝒎 𝑨 𝒎

=

𝒎𝑨 (𝒎𝑨 +𝒎𝑩 +𝒎𝑪 +𝒎𝑫 +⋯ )

10

𝒎𝑨 𝒎

=

= 𝒎𝑨 σ𝑨 𝒏𝒎


Směsi a roztoky-hmotnostní zlomek • Příklad: Slitina zlata stříbra, označovaná jako čtrnáctikarátové zlato, obsahuje ve 24 hmotnostních dílech slitiny 14 dílů čistého zlata. • Jaký je hmotnostní zlomek zlata ve slitině? • Řešení: w Au =

𝒎 𝑨𝒖 𝟏𝟒 = = 𝟎. 𝟓𝟖𝟑 = 𝟓𝟖. 𝟑% 𝒎(𝒔𝒍𝒊𝒕𝒊𝒏𝒂) 𝟐𝟒

• Výsledek: • Hmotnostní zlomek zlata ve čtrnáctikarátovém zlatu je 58,3 %.

11


Směsi - hmotnostní zlomek • Příklad: • Mořské řasy obsahují 0,03 % jodu. Jaká by byla hmotnost jodu získaná z 5 tuny mořských řas?. • Protože je hmotnostní zlomek jodu v řasách 0,03 %, platí: •

•

100 t řas . . . . . . . 0,03 t jodu 5 t řas . . . . . . . . . . x t jodu 𝒙 𝒕 𝒋𝒐𝒅𝒖 𝒗 𝟓𝒕 𝟎.𝟎𝟑 (𝒕 𝒋𝒐𝒅𝒖 𝒗𝒆 𝟏𝟎𝟎 𝒕)

=

𝟓 (𝒕 ř𝒂𝒔) 𝟏𝟎𝟎 (𝒕 ř𝒂𝒔)

• =

𝟓 (𝒕 ř𝒂𝒔) 𝟏𝟎𝟎 (𝒕 ř𝒂𝒔)

= 5 . 0,03 / 100 = 0,0015 t = 1,5 kg

• Výsledek: Z 5 t mořských řas lze získat 1,5 kg jodu. 12


Roztoky •

Roztok je homogenní směs složená ze dvou (nebo několika) látek. Zastoupení jednotlivých složek v roztoku označujeme jako koncentrace roztoku.

•

Koncentraci roztoku udává nejčastěji: 1. Hmotnostní zlomek (hmotnostní procentová koncentrace) 2. Objemový zlomek (objemová procentní koncentrace) 3. Hmotnostní koncentrace 4. Molární koncentrace 5. Normální koncentrace

•

Hmotnostní zlomek w(A) rozpuštěné látky A v roztoku je podíl hmotnosti m(A) rozpuštěné látky A a hmotnosti m roztoku. w(A) = m(A) / m

•

Vyjadřuje se nejčastěji v procentech a udává tedy počet gramů rozpuštěné látky ve 100 g roztoku

13


Roztoky-hmotnostní zlomek • Příklad: Roztok jsme získali rozpuštěním 30 g chloridu sodného ve 100 g vody. Vypočtěte hmotnostní zlomek NaCl v roztoku. • Hmotnost roztoku je 30 + 100 = 130 g a dosadíme do w(NaCl) = 30 / 130 = 0,2308 = 23,08 % • Výsledek: Získali jsme 23,08 % roztok chloridu sodného.

14


Roztoky-objemový zlomek • Objemový zlomek f(A) rozpuštěné látky A v roztoku je podíl objemu V(A) rozpuštěné látky A a objemu V roztoku. f(A) = V(A) / V Vyjadřuje se nejčastěji v procentech a udává tedy počet dm3 rozpuštěné látky ve 100 dm3 roztoku Příklad: Objemový zlomek kyslíku ve vzduchu je 21,9 %. Vypočtěte, jaký objem zaujímá kyslík v místnosti o rozměrech 5 x 4 x 2,5 m naplněné vzduchem. • Objem místnosti je 5 x 4 x 2,5 = 50 m3. Objemový zlomek kyslíku je 21,9 %, tedy ve 100 dm3 vzduchu je 21,9 dm3 kyslíku. • 100 dm3 vzduchu . . . . . . . 21,9 dm3 kyslíku 50 000 dm3 vzduchu . . . . . . x dm3 kyslíku • x : 21,9 = 50000 : 100 x = 50000 . 21,9 / 100 = 10950 dm3 = 10,95 m3 • Výsledek: Kyslík v místnosti zaujímá objem přibližně 11 m3.

15


Roztoky-hmotnostní koncentrace • Hmotnostní koncentrace cm(A) rozpuštěné látky A v roztoku je podíl hmotnosti m(A) rozpuštěné látky A a objemu V roztoku. cm(A) = m(A) / V Vyjadřuje se nejčastěji v g.dm-3 • Příklad: Odpařením 12,0 cm3 vodného roztoku NaCl se získalo 0,132 g NaCl. Vypočtěte hmotnostní koncentraci NaCl v tomto roztoku. cm(NaCl) = m(NaCl) / V = 0,132 / 12 = 0,011 g.cm-3

Výsledek: Hmotnostní koncentrace NaCl v roztoku byla 0,011 g.cm-3.

16


Roztoky-molární koncentrace • Molární koncentrace (látková koncentrace) c(A) rozpuštěné látky A v roztoku je podíl látkového množství n(A) rozpuštěné látky A a objemu V roztoku. cm(A) = n(A) / V Vyjadřuje se nejčastěji v mol.dm-3 • Molární koncentrace tedy udává počet molů látky v jednom dm3 roztoku. O roztok, který má molární koncentraci 2 mol.dm-3 říkáme, že je 2molární a označujeme jako 2M roztok. Příklad: Vypočtěte molární koncentraci roztoku NaOH, který vznikl rozpuštěním 10 g NaOH v 125 cm3 vody.

• Vypočteme nejprve látkové množství rozpuštěného NaOH: n(NaOH) = m(NaOH) / Mr(NaOH) = 10 / 40 = 0,25 mol Nyní dosadíme do vztahu: c(NaOH) = n(NaOH) / V = 0,25 / 0,125 = 2 mol.dm-3 • Výsledek: Molární koncentrace NaOH v roztoku je 2 mol.dm-3 17


Roztoky-molární koncentrace • Příklad: Vypočtěte, kolik gramů dusitanu draselného potřebujeme na přípravu 400 cm3 4M roztoku dusitanu draselného. • Hmotnost 1 molu KNO2 je 85,11 g, hmotnost 4 molů KNO2 je tedy 4.85,11 = 340,44 g Toto množství bychom museli rozpustit v 1 dm3, aby byl 4M . Trojčlenkou zjistíme, kolik musíme rozpustit ve 400 cm3:1000 cm3 . . . . . . . 340,44 g KNO2 400 cm3 . . . . . . . . . . . . . x g KNO2x : 340,44 = 400 : 1000 x = 400 . 340,44 / 1000 = 10950 dm3 = 136,18 g KNO2

Výsledek: Na přípravu 400 cm3 4M roztoku dusitanu draselného potřebujeme 136,18 g KNO2.

18


Základní chemické pojmy a zákony

Recommend Documents