Cap.VI. Reacția de schimb.

• Probleme rezolvate.
• Exerciții.
• Test de autoevaluare.

Probleme rezolvate.

Problemă rezolvată - Calcule stoechiometrice cu randament.

6.1. Într-un pahar Berzelius care conține o soluție de azotat de zinc, se adaugă 50 g sol. NaOH 16%. Precipitatul format, spălat și uscat cântărește 9,5 g. Calculează randamentul de transformare a NaOH în Zn(OH)₂.

• Calculăm masa de NaOH din soluția dată :

100 g sol NaOH………16 g NaOH

50 g sol NaOH……….x g NaOH

x = 8 g NaOH

• Calculăm masele molare a NaOH și Zn(OH)₂ :

μ NaOH =1 ∙ A_Na + 1 ∙ A_O + 1 ∙ A_H = 23 + 16 + 1= 40 g/mol

μ Zn(OH)₂ = 1 ∙ A_Zn + 2 ∙ A_O + 2 ∙ A_H = 65 + 2 ∙ 16 + 2 ∙ 1 = 99 g/mol

• Scriem reacția chimică și apoi o egalăm (scriem ecuația chimică):

• Calculăm randamentul reacției:

Problemă rezolvată - Calcule stoechiometrice cu reacții în cascadă.

6.2. Se ard 400 g pucioasă (sulf) cu 80% puritate. Produsul rezultat se barbotează în 720 mL apă, rezultând o substanță care înroșește hârtia de turnesol. În vas se introduce o soluție de hidroxid de sodiu (sodă caustică) 40%.

Se cere:

a) Ce volum de oxigen s-a consumat pentru arderea sulfului ?

b) Masa substanței rezultată din a doua reacție chimică.

c) Masa de sodă caustică, de sare și apă rezultate din a treia reacție chimică.

d) Masa de apă rămasă în vas.

e) Concentrația procentuală de masă a soluției finale de sare.

Rezolvare :

a) Calculăm masa de sulf pur:

• Calculăm volumul de oxigen consumat pentru arderea sulfului și masa de SO₂ obținută din prima reacție:

μ SO₂ = 1 ∙ A_S + 2 ∙ A_O = 32 + 2 ∙ 16 = 64 g/mol

b) Scriem a II-a reacție chimică, calculăm masele molare ale H₂O și H₂SO₃, punem datele problemei pe ecuație și calculăm necunoscutele:

μ H₂O = 2 ∙ A_H + 1 ∙ A_O = 2 ∙ 1 + 1 ∙ 16 = 18 g/mol

μ H₂SO₃ = 2 ∙ A_H + 1 ∙ A_S + 3 ∙ A_O = 2 + 32 + 48 = 82 g/mol

c) Scriem a III-a reacție chimică, calculăm masele molare ale NaOH, Na₂SO₃, punem datele problemei pe ecuație și calculăm necunoscutele:

μ NaOH = 1 ∙ A_Na + 1 ∙ A_O + 1 ∙ A_H = 1 ∙ 23 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 = 40 g/mol

μ Na₂SO₃ = 2 ∙ A_Na + 1 ∙ A_S + 3 ∙ A_O = 46 + 32 + 48 = 126 g/mol

d) Apa rămasă în vas o calculăm adunând

• Apa pusă în a II-a reacție și neconsumată :

  • 720 mL apă cântărește 720 g apă deoarece apa are densitatea de 1g/1mL.

  • m_apă1 = 720 g – 180 g = 540 g apă care nu a reacționat cu SO₂ (în exces).

• Apa din soluția de NaOH de concentrație 40% :

• Apa rezultată din a III-a reacție :

  • m_apă3 rezultată din reacția a III-a = 360 g

  • m_{apă vas} = 540 g + 1200 g + 360 g = 2100 g apă rămasă în vas.

e) Pentru a calcula concentrația soluției de sare (Na₂SO₃), calculăm masa soluției și apoi aplicăm formula concentrației:

Problemă rezolvată

6.3. Scrie formulele chimice ale produșilor de reacție (inclusiv denumirile lor) corespunzătoare literelor a-d și apoi scrie ecuațiile chimice ale acestor reacții:

Rezolvare:

Problemă rezolvată

6.4. Apa dură are un conținut ridicat de săruri solubile de calciu și de magneziu, cu efecte negative atât în activitatea industrială, cât și în gospodărie. Pentru înlăturarea sărurilor de calciu și de magneziu se poate folosi carbonatul de sodiu, procedeu numit dedurizarea apei dure.

a) Scrie ecuațiile reacțiilor chimice dintre carbonatul de sodiu și sulfatul de calciu, respectiv clorura de magneziu.

b) Calculează masa totală de carbonat de sodiu necesară pentru a reacționa cu 150 mg de sulfat de calciu și cu 100 mg de clorură de magneziu, care se află într-o probă de apă dură.

Rezolvare:

• Calculăm masele molare ale substanțelor subliniate:

  • μ CaSO₄ = 1 ∙ A_Ca + 1 ∙ A_S + 4 ∙ A_O = 40 + 32 + 64 = 136 mg/mmol

  • μ Na₂CO₃ = 2 ∙ A_Na + 1 ∙ A_C + 3 ∙ A_O = 46 + 12 + 48 = 106 mg/mmol

  • μ MgCl₂ = 1 ∙ A_Mg + 2 ∙ A_Cl = 24 + 71 = 95 mg/mmol

• Scriem ecuațiile chimice:

• Calculăm necunoscutele x și y:

Problemă rezolvată cu calculul concentrației soluției de sare rezultată

6.5. Ce concentrație are soluția de sare obținută în urma reacției dintre 210 g soluție carbonat de magneziu 20% cu o soluție de acid sulfuric 40% ? Se dau masele atomice: A_S = 32 g/mol, A_O = 16 g/mol, A_C = 12 g/mol, A_H = 1 g/mol, A_Mg = 24 g/mol.

Rezolvare:

• Scriem ecuația reacției chimice:

• Calculăm masele molare ale substanțelor subliniate:

μ MgCO₃ = 1 ∙ A_Mg + 1 ∙ A_C + 3 ∙ A_O = 24 + 12 + 48 = 84 g/mol

μ H₂SO₄ = 2 ∙ A_H + 1 ∙ A_S + 4 ∙ A_O = 2 + 32 + 64 = 98 g/mol

μ MgSO₄ = 1 ∙ A_Mg + 1 ∙ A_S + 4 ∙ A_O = 24 + 32 + 64 = 120 g/mol

μ H₂O = 2 ∙ A_H + 1 ∙ A_O = 2 + 16 = 18 g/mol

• Calculăm masa de carbonat de magneziu din soluția dată:

• Scriem ecuația reacției chimice, scriem datele problemei pe ecuație:

• Calculăm masa de H₂SO₄ conform ecuației chimice:

• Calculăm masa de MgSO₄ conform ecuației chimice:

• Calculăm masa de H₂O conform ecuației chimice:

• Calculăm masa soluției de H₂SO₄ din formula concentrației:

• Calculăm masa de apă din soluția de H₂SO₄

m_{apă 2} = 122,5 g – 49 g = 73,5 g apă

• Calculăm masa de apă din soluția de MgCO₃:

m_{apă 3} = 210 g – 42 g = 168 g apă

• Calculăm masa de apă totală care va dizolva MgSO₄ obținut din reacție:

m_{apă totală} = m_{apă 1} + m_{apă 2} + m_{apă 3} = 9 g + 168 g + 73,5 g = 250,5 g apă

• Calculăm masa soluției de MgSO₄:

m_s2 = m_{apă totală} + m_d2 = 250,5 g apă + 60 g MgSO₄ = 310,5 g sol MgSO₄

• Calculăm concentrația soluției de MgSO₄:

Problemă model cu ecuațiile chimice pentru obținerea oxizilor, acizilor, bazelor și sărurilor

6.6. Scrie ecuațiile chimice și tipul fiecărei reacții chimice:

6.6.1. Obținerea oxizilor:

• 6.6.1.A. Metal / nemetal + oxigen = oxid metalic / oxid nemetalic (Reacție de combinare)

  • 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

  • S + O₂ = SO₂

• 6.6.1.B. Descompunerea carbonaților = oxid metalic + oxid nemetalic (Reacție de descompunere)

  • MgCO₃ = MgO + CO₂↑

• 6.6.1.C. Deshidratarea unor oxiacizi / hidroxizi = apă + oxid (Reacție de descompunere)

  • H₂SO₃ = H₂O + SO₂↑

  • Cu(OH)₂ = H₂O + CuO

• 6.6.1.D. Reacția dintre un oxid metalic + Al = oxid de aluminiu + metal (Reacție de substituție)

  • Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe

6.6.2. Obținerea acizilor:

• 6.6.2.A. Oxid nemetalic + apă = oxiacid (Reacție de combinare)

  • SO₂ + H₂O = H₂SO₃

  • CO₂ + H₂O = H₂CO₃

• 6.6.2.B. Acid tare + sare = acid mai slab + sare (Reacție de schimb)

  • 3H₂SO₄ + 2Na₃PO₄ = 2H₃PO₄ + 3Na₂SO₄

6.6.3. Obținerea bazelor:

• 6.6.3.A. Metal alcalin + apă = bază alcalină + hidrogen (Reacție de substituție)

  • 2Na + 4H₂O = 2NaOH + H₂↑

• 6.6.3.B. Soluție sare + bază alcalină = sare + bază (Reacție de schimb)

  • Zn₃(PO₄)₂ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3Zn(OH)₂

• 6.6.3.C. Oxid metalic + apă = hidroxid (Reacție de combinare)

  • K₂O + H₂O = 2KOH

6.6.4. Obținerea sărurilor:

• 6.6.4.A. Metal + nemetal = sare (Reacție de combinare)

  • 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

• 6.6.4.B. Acid + bază = sare + apă (Reacție de schimb)

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

• 6.6.4.C. Oxid nemetalic (oxid acid) + bază = sare + apă (Reacție de schimb)

  • CO₂ + 2KOH = K₂CO₃ + H₂O

• 6.6.4.D. Oxid metalic (oxid bazic) + acid = sare + apă (Reacție de schimb)

  • 3Na₂O + 2H₃PO₄ = 2Na₃PO₄ + 3H₂O

• 6.6.4.E. Acid + sare = acid + sare (Reacție de schimb)

  • 6HCl + Fe₂S₃ = 2FeCl₃ + 3H₂S

• 6.6.4.F. Bază + sare = bază + sare (Reacție de schimb)

  • 2Al(OH)₃ + 3HgI₂ = 3Hg(OH)₂↓ + 2AlI₃

Exerciții.

Exerciții recapitulative - Reacția de schimb.

6.7. Scrie ecuațiile chimice și tipul fiecărei reacții chimice :

a) Al + Fe₂O₃ => Fe + Al₂O₃

b) Na₂O + H₃PO₄ => Na₃PO₄ + H₂O

c) Fe + F₂ => FeF₃

d) H₂CO₃ => H₂O + CO₂ ↑

e) NH₃ + H₂O => NH₄OH

f) MgCO₃ => MgO + CO₂ ↑

g) Zn(OH)₂ + HNO₃ => Zn(NO₃)₂ + H₂O

h) NiO + C => Ni + CO₂ ↑

6.8. Scrie formulele chimice ale substanțelor lipsă în locurile punctate, apoi ecuațiile chimice și tipul fiecărei reacții chimice:

a) KOH + Al₂(CO₃)₃ => ........ + Al(OH)₃

b) Zn + HNO₃ => Zn(NO₃)₂ + ........

c) Zn + ....... => ZnO

d) ........ => CaO + CO₂ ↑

6.9. Scrie formulele chimice ale produșilor de reacție (inclusiv denumirile lor) corespunzătoare literelor a-d și apoi scrie ecuațiile chimice ale acestor reacții:

6.10. Scrie formulele chimice ale produșilor de reacție (inclusiv denumirile lor) corespunzătoare literelor a-d și apoi scrie ecuațiile chimice ale acestor reacții:

6.11. Se dă următoarea cascadă de reacții chimice. Descoperă formulele chimice ale substanțelor corespunzătoare literelor de la a la h, scrie ecuațiile acestor reacții și tipul fiecărei reacții chimice.

6.12. 300g sol hidroxid de magneziu 20% reacționează cu o soluție de acid azotic 30%. Care este concentrația soluției de sare obținută ?

Test de autoevaluare.

Test de autoevaluare - Reacția de schimb.

6.13. Scrie formulele chimice ale substanțelor lipsă în locurile punctate, apoi ecuațiile chimice: -2p

a) ZnO + HBr = ...... + H₂O

b) CO₂ + Mg(OH)₂ = MgCO₃ + .....

c) HgCl₂ + NaOH = NaCl + ......

d) CuS + HI = CuI₂ +.....

6.14. Se dau următoarele reacții chimice: -2p

a) Identifică formulele chimice ale substanțelor notate de la litera a până la i.

b) Scrie ecuațiile reacțiilor chimice din această schemă.

6.15. Ce masă de precipitat se obține prin reacția dintre sulfat de cupru și 30 g soluție 40% de hidroxid de potasiu? -2p

Se dau masele atomice: A_S = 32 g/mol, A_O = 16 g/mol, A_Cu = 64 g/mol, A_H = 1 g/mol, A_K = 39 g/mol.

6.16. Ce concentrație are soluția de sare obținută în urma reacției dintre 265 g sol carbonat de sodiu 20% cu o soluție de acid sulfuric 24,5%? -2p

Se dau masele atomice: A_S = 32 g/mol, A_O = 16 g/mol, A_C = 12 g/mol, A_H = 1 g/mol, A_Na = 23 g/mol.

Oficiu: -2p