VI.9. Calcule stoechiometrice.
VI.9.1. Calcule stoechiometrice cu randament.
Problemă rezolvată
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 ∙ ANa + 1 ∙ AO + 1 ∙ AH = 23 + 16 + 1= 40 g/mol
μ Zn(OH)2 = 1 ∙ AZn + 2 ∙ AO + 2 ∙ AH = 65 +2 ∙ 16 + 2 ∙ 1 = 99 g/mol
- Scriem reacția chimică și apoi o egalăm (scriem ecuația chimică):
- Calculăm randamentul reacției:
VI.9.2. Calcule stoechiometrice cu mai multe reacții chimice
VI.9.2.1. Calcule stoechiometrice cu reacții în cascadă.
Problemă rezolvată
1) 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 ∙ AS + 2 ∙ AO = 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 ∙ AH + 1 ∙ AO = 2 ∙ 1 + 1 ∙ 16 = 18 g/mol
μ H2SO3 = 2 ∙ AH + 1 ∙ AS + 3 ∙ AO = 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 ∙ ANa + 1 ∙ AO + 1 ∙ AH = 1 ∙ 23 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 = 40 g/mol
μ Na2SO3 = 2 ∙ ANa + 1 ∙ AS + 3 ∙ AO = 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.
mapă1 = 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 :
mapă3 rezultată din reacția a III-a = 360 g
mapă 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
2) Scrie formulele chimice ale produșilor de reacție (inclusiv denumirile lor) corespunzătoare literelor a-d și apoi scrie ecuațiile chimice ale acestor reacții:
Rezolvare:
VI.9.2.2. Calcule stoechiometrice cu apa dură.
Problemă rezolvată
1) 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 ∙ ACa + 1 ∙ AS + 4 ∙ AO = 40 + 32 + 64 = 136 mg/mmol
μ Na2CO3 = 2 ∙ ANa + 1 ∙ AC + 3 ∙ AO = 46 + 12 + 48 = 106 mg/mmol
μ MgCl2 = 1 ∙ AMg + 2 ∙ ACl = 24 + 71 = 95 mg/mmol
- Scriem ecuațiile chimice:
- Calculăm necunoscutele x și y:
Observații
Apa dură este motivul pentru care pe robinetele din casa ta apar urme albicioase, iar unele electrocasnice brusc nu mai funcționează. Aceste lucruri se întâmplă deoarece apa dură conține cantități mari de săruri de calciu și de magneziu, iar acestea se depun pe obiectele cu care intră în contact.
Poți recunoaște ușor apa dură dacă intri în contact cu ea. Dacă vei încerca să bei o astfel de apă, vei observa imediat că are un gust neobișnuit. În plus, dacă atunci când te speli pe mâini cu săpun acesta pur și simplu nu face spumă e foarte posibil ca apa de la robinet pe care o folosești să fie una dură.
Apa dură duce în timp la depunerea de piatră pe instalațiile din casa ta, adică pe robinete, chiuvetă, furtun de duș și pe altele care intră în contact cu ea. Cele mai multe efecte ale apei dure le vei observa în spațiul din baie: pereții de sticlă ai cabinei de duș și faianța vor avea de suferit dacă apa de la robinet conține o cantitate mare de săruri pentru că, în timp, acestea își vor pierde din luciu și se vor mătui.
Dacă folosești apă dură în activitățile tale zilnice, trebuie să știi că:
Apa dură afectează instalațiile sanitare, în timp, conductele se pot înfunda din cauza depunerilor de calcar și vei fi nevoit să le înlocuiești;
Apa dură afectează sănătatea, pot fi afectați rinichii (nisip sau pietre la rinichi), dantura (apariția tartrului), deteriorează părul și pielea, deteriorează hainele, determină apariția depunerilor de calcar în interiorul unor electrocasnice (mașina de spălat).
important
Duritatea apei se exprimă în grade de duritate. Un grad de duritate reprezintă convențional o anumită concentrație de săruri, exprimată sub forma unor compuși de calciu.
Formula pentru transformări este:
1°dH=17,5 ppm și în miligrame/litru prin raportul 1ppm=1mg/l
important
Tipurile de apă dură sunt:
Apă ușor dură – între 1 și 3,5°dH , 17,5 ppm ≈ 1mg/l săruri de calciu
Apă dură moderată – între 3,5 și 122 ppm≈ 7mg/l săruri de calciu
Apă cu duritate crescută – între 7 și 15°dH , 262 ppm ≈ 15mg/l săruri de calciu
Apă foarte dură – peste 15°dH, 360 ppm≫ 20 mg/l săruri de calciu.
În București apa este moderat de dură. De exemplu, pentru sectorul 2 duritatea apei este 7.6 grade germane – probă prelevată din B-dul Barbu Văcărescu.
important
Dedurizarea apei se poate face prin mai multe metode:
prin fierberea apei, carbonații acizi se transformă în carbonați neutri, insolubili, care pot fi îndepărtați prin filtrare;
duritatea permanentă se îndepărtează prin adăugarea de carbonat de sodiu sau var în apa dură:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4
MgSO4 + Ca(OH)2 = CaSO4↓ + Mg(OH)2