Blandade Övningar Stökiometri och Gaslagen 2

Transkript

1 Blandade Övningar Stökiometri och Gaslagen På baksidan av ett paket med Liljeholmens Stearinljus står berättat att Lars Johan Hierta, grundaren av Aftonbladet, i London år 1837 kom i kontakt med ett nytt ljus, stearinljuset. Han startade 1839 en fabrik, Liljeholmens Tekniska fabrik, för tillverkning av stearinljus. På askens framsida står Herrgårdsljus. I asken ligger 8 antikljus i ren stearin. Varje ljus har massan 58 gram. En mycket stor del av stearinet är stearinsyra (C 17 H 35 COOH). Dessa 8 ljus förbränns i en husvagn vars luftvolym är 19 m 3. Husvagnen har tätats så att inget gasutbyte sker med omgivningen. Vid förbränningens början var volymhalten syrgas 21%, temperaturen 21,0 C och trycket 98 kpa. a) Skriv en balanserad reaktionsformel för förbränningen av stearinsyra. b) Beräkna halten av syrgas respektive koldioxid i husvagnen efter förbränningen. Anta att ljusen består av ren stearinsyra. Halten av koldioxid före förbränningen kan försummas. 2 2 Med pipett mäter man upp 5,00 cm 3 havsvatten som överförs till en titrerkolv. För att få en passande volym sätter man till 20,00 cm 3 destillerat vatten och dessutom en indikator. Sedan titreras innehållet i kolven med silvernitratlösning med koncentrationen 0,1000 mol/dm 3. Det går åt 16,4 cm 3 silvernitratlösning. a) Skriv formeln för titrerreaktionen. b) Beräkna koncentrationen av kloridjoner i havsvattnet. Indikatorn består av en lösning av kaliumkromat, K 2 CrO 4, med masshalten 5,00 %. Lösningens densitet är 1,04 g/cm 3. Vid titreringen tillsätts 1,00 cm 3 av indikatorn. c) Visa att koncentrationen av kromatjoner vid ekvivalenspunkten i den aktuella titreringen är 0,0063 mol/dm 3. Indikatoromslaget beror på att det bildas en röd fällning av silverkromat, Ag 2 CrO 4. Utfällningen startar först när silverjonkoncentrationen i lösningen blivit tillräckligt stor. d) Beräkna koncentrationen av silverjoner när utfällningen av Ag 2 CrO 4 startar. Beräkna som jämförelse koncentrationen av silverjoner vid ekvivalenspunkten i titrerreaktionen. Löslighetsprodukten är för silverkromat 1, (mol/dm 3 ) 3, för silverklorid 1, (mol/dm 3 ) 2. 1 a) C 17H 35COOH + 26 O 2 18 CO H 2O b) Volymhalt O 2 efter förbränning: 16 % Volymhalt CO 2 efter förbränning: 3,9 % 2 a) Ag + Cl - AgCl (s) b) 0,328 mol/dm 3 c) 0,0063 mol/dm 3 d) [Ag + ] utf = 1, mol/dm 3 ; [Ag + ] ekv = 1, mol/dm 3

2 3 3 a) En kemisk förening innehöll kol, klor, kväve och svavel men inga andra grundämnen. Vid fullständig förbränning av föreningen bildades koldioxid, klor, kväve och svaveldioxid (alla i gasform) i volymförhållandet 4:1:2:4. Ange föreningens empiriska formel. b) Skriv balanserad reaktionsformel för den reaktion som sker då permanganatjoner reagerar med svaveldioxid i sur vattenlösning. Det bildas mangan(ii)joner samt sulfatjoner. c) Vattenlösningar av följande ämnen har alla koncentrationen 0,10 mol/dm 3 : CH 3 COOH (HAc); HCl; CH 3 COONa (NaAc); NaCl; NaOH; Ordna lösningarna efter fallande ph dvs. börja med den lösning som har högst ph. d) Järnpulver sätts till vattenlösningar av följande salter: koppar(ii)nitrat magnesiumnitrat natriumnitrat silvernitrat zinknitrat Vilka metaller faller ut? 4 4 En burk innehåller natriummetall, som är förorenad av natriumoxid, Na 2 O, och natriumklorid. Ett prov av den förorenade metallen med massan 0,500 g löses i vatten. a) Skriv formler för de två reaktioner, som sker när provet löses i vatten. När provet med massan 0,500 g löses i vatten bildas 249 cm 3 vätgas som har trycket 98,0 kpa vid 25 o C. Lösningen späds med vatten till volymen 250,0 cm 3. 25,0 cm 3 av denna lösning titreras med 0,112 mol/dm 3 saltsyra. Då förbrukas 18,2 cm 3 av syran för neutralisation av lösningen. b) Beräkna substansmängden vätgas som bildas. c) Skriv formel för titrerreaktionen och beräkna substansmängden natriumhydroxid som bildas vid reaktion mellan provet och vatten. d) Beräkna substansmängden natrium respektive natriumoxid i provet. e) Beräkna masshalten (i procent) natrium, natriumoxid respektive natriumklorid i provet. 3 a) Empirisk formel: C 2ClN 2S 2 b) 2 MnO SO H 2O 2 Mn SO H + c) NaOH NaAc NaCl HAc HCl d) silver och koppar 4 a) 2 Na (s) + 2 H 2O 2 Na OH - + H 2(g) Na 2O (s) + H 2O 2 Na OH - b) 9, mol c) 2, mol d) 3, mol e) Masshalt(Na) = 90,5 %; Masshalt(Na 2O) = 4,3 %; Masshalt(NaCl) = 5,2 %

3 5 5 Ett gasformigt ämne med molekylformeln XeF z, där z är ett heltal, inneslöts i en från början lufttom kolv med volymen 1,0 dm 3. Då blev trycket 5,0 kpa. Vätgas tillsattes till dess att totaltrycket blev 20,0 kpa. En elektrisk gnista fick passera genom blandningen. Då bildades xenon och vätefluorid. Den bildade vätefluoriden avlägsnades genom reaktion med torr fast KOH. Efter denna reaktion återstod endast xenon och oreagerad vätgas i kolven. Denna gasblandnings totaltryck var 10,0 kpa. Alla tryck mättes vid temperaturen 27 o C. a) Beräkna substansmängden XeF z respektive H 2 i kolven innan någon reaktion ägt rum. b) Skriv reaktionsformeln för reaktionen mellan XeF z och vätgas. c) Beräkna den totala substansmängden gas i kolven efter reaktion med KOH och bestäm därefter heltalet z. 6 6 I en lokal med golvarean 20,7 m 2 och takhöjden 2,50 m förbränner man 1,00 dm 3 olja. Oljan kan antas ha formeln C 18 H 38 och densiteten 0,7768 g/cm 3. a) Skriv reaktionsformeln för fullständig förbränning av oljan. b) Beräkna massan vatten som bildas vid förbränningen. Före förbränningen av oljan hade luften i lokalen volymhalten 20,4 procent syre. Temperaturen var 21 C och lufttrycket 101 kpa. c) Hur stor del av luftens syre i lokalen förbrukas vid den fullständiga förbränningen av oljan? Ge svaret i procent. 7 7 Beräkna ph i följande blandning a) 10,0 cm 3 0,20 mol/dm 3 saltsyra och 40,0 cm 3 0,050 mol/dm 3 natriumhydroxidlösning b) 25,0 cm 3 0,25 mol/dm 3 ammoniak och 50,0 cm 3 0,125 mol/dm 3 salpetersyra c) 40,0 cm 3 1,0 mol/dm 3 ättiksyra (HAc) och 60,0 cm 3 0,50 mol/dm 3 natriumhydroxidlösning 5 a) n(xef z) = 2,00 mmol; n(h 2) = 6,00 mmol b) XeF z +(z/2) H 2 Xe + z HF c) n(gas) = 4,00 mmol ; z = 4 6 a) 2 C 18H O 2 36 CO H 2O b) m(h 2O) =1,05 kg c) Andel förbrukad syrgas = 19,3 % 7 a) ph = 7,00 b) ph = 5,16 c) ph = 5,22

4 8 8 En lösnings absorbans kan mätas i en spektrofotometer där lösningen befinner sig i en kyvett. Sambandet mellan absorbansen, A, den molara absorptionskoefficienten, ε, kyvettlängden (mätt i cm), d, och det absorberande ämnets koncentration, c, ges av Lambert - Beers lag: A = ε d c Absorbansen i två 2, mol/dm 3 vattenlösningar, den ena innehållande ämne X och den andra ämne Y, mättes vid två våglängder. Kyvettlängden var 1 cm. Nedanstående resultat erhölls: a) Beräkna ε för ämnet X vid de båda våglängderna. Gör samma beräkning för Y. Ange korrekt enhet för ε. Absorbansen, A, saknar enhet. b) Beräkna absorbansen vid 440 nm respektive 600 nm för en lösning som innehåller 5, mol/dm 3 av X samt 1, mol/dm 3 av Y. c) En lösning som innehåller både X och Y har en absorbans på 0,828 vid 440 nm respektive 0,587 vid 600 nm. Beräkna koncentrationen av X och Y i lösningen. 9 9 Förening A är en ester av en enprotonig karboxylsyra. Formeln kan skrivas R-CO-O-R. Man väger upp 0,544 g av ämnet A och tillsätter 50,0 cm 3 0,100 mol/dm 3 natriumhydroxidlösning. Blandningen får reagera under återloppskokning. a) Skriv formeln för den reaktion som sker. Efter avkylning återtitreras överskottet av hydroxidjoner med 0,100 mol/dm 3 saltsyra. Det går åt 10,00 cm 3. b) Beräkna esterns molmassa. Man sätter sedan till ett överskott av saltsyra till reaktionsblandningen. Den organiska syran bildar då en fällning, som filtreras, tvättas och torkas. En elementaranalys av syran visar att masshalten kol är 68,8 %, masshalten väte är 5,0 % och resten är syre. c) Bestäm syrans molekylformel. d) Rita esterns strukturformel och ange dess namn. 8 a) ε (X,440) = 385 cm 1 dm 3 mol 1 ; ε (X,600) = 1320 cm 1 dm 3 mol 1 ε (Y,440) = 2775 cm 1 dm 3 mol 1 ; ε (Y,600) = 500 cm 1 dm 3 mol 1 b) A (440) = 0,470; A (600) = 0,710 c) [X] = 3, mol/dm 3 och [Y] = 2, mol/dm 3 9 a) R-CO-O-R + OH - R-CO-O - + R -OH b) 136 g/mol c) C 7H 6O 2 Anm. Eftersom syran inte kan ha större molmassa än estern är detta också syrans molekylformel. d) metylbensoat

5 10 10 För att bestämma manganhalten i te upphettades 0,48 g teblad tills ljusgrå aska bildades. Askan kokades med en kemikalielösning så att manganet överfördes till permanganatjoner. När lösningen svalnat filtrerades den ner i en 100 cm 3 mätkolv. Kolven fylldes till märket med avjonat vatten. Permanganathalten bestämdes spektrofotometriskt. Absorbansen mättes vid 520 nm och var 0,25. Med hjälp av en kalibreringskurva bestämdes permanganatkoncentrationen. [MnO 4- ] / (mol/dm 3 ) Absorbans vid 520 nm , ,70 2, ,35 1, ,19 0, , a) Rita en kalibreringskurva. Använd ett kalkylprogram. b) Beräkna koncentrationen av permanganatjoner i lösningen. c) Beräkna masshalten mangan (i procent) i tesorten. En labbgrupp som undersökte halten mangan i en tesort fann att lösningen var så svagt violett att endast 5 % av det inkommande ljuset Io absorberades vid den spektrofotometriska mätningen, då man använde 1,00 cm kyvett. Därför bytte eleverna från 1,00 cm kyvett till en med längden 10,00 cm. d) Hur mycket av det infallande ljuset bör lösningen ha absorberat då 10 cm kyvetten användes Det sägs att en droppe av YES diskmedel räcker gott och väl. En av de aktiva substanserna i YES är natriumdodecylsulfat, NaC 12 H 25 SO 4, och för att dessa molekyler skall kunna bilda miceller krävs en koncentration på minst mol/dm 3. Hur stor volym diskvatten kan man få av en droppe om koncentrationen av natriumdodecylsulfat i diskmedel är 0,54 mol/dm 3 och volymen av en droppe antas vara 0,06 cm 3? Svara i cm a) Diagrammet b) c(mno 4- ) = 1, mol/dm 3. c) Masshalten mangan = 0,21 % d) 40% absorberades 11 4 cm 3

6 12 12 Natrium reagerar med vatten enligt. 2 Na (s) + 2 H 2 O (l) 2 Na OH - + H 2(g) 1,15 g natrium reagerar fullständigt med överskott av vatten. Den bildade lösningen späds till 250,0 cm 3. a) Beräkna koncentrationen av hydroxidjoner i den utspädda lösningen. Svara i mol/dm 3 med två decimaler. b) Den bildade vätgasen samlas upp i ett kärl med volymen 2,0 dm 3. Vad blir trycket av vätgas vid en temperatur av 25 C? Svara i hela kpa En större förpackning Mohrs salt, (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 6H 2 O, har av misstag förorenats av järnpulver. Föroreningen antas vara jämnt spridd i hela förpackningen. För att ta reda på om man trots allt kan använda saltet tog man ut ett prov ur förpackningen och bestämde halten järnpulver. Analysen gick till på följande sätt: Provet löstes i utspädd svavelsyra under försiktig upphettning. Då bildades vätgas som samlades upp över vatten i ett gasmätrör, varvid volymen gas uppmättes till 92,3 cm 3. Temperaturen på såväl gasen som lösningen var 34 C. Det yttre trycket var 104,3 kpa. Vattnets mättningstryck vid denna temperatur är 5,3 kpa. För att bestämma substansmängden järn(ii)joner i provlösningen titrerades en tiondel av lösningen med 0,0200 mol/dm 3 lösning av kaliumpermanganat, KMnO 4. Då åtgick 28,57 cm 3 permanganatlösning. a) Skriv reaktionsformler för reaktionen mellan järn och svavelsyra samt för titrerreaktionen. b) Beräkna masshalten järnpulver i det förorenade saltet. Ge svaret i massprocent När ett rostfritt stål (Fe-Cr legering med kromhalt över 10%) oxiderar vid höga temperaturer (ca C) bildas oxider på stålet. Vilka oxider som bildas beror både på temperaturen samt den omgivande miljön och har stor betydelse för materialets egenskaper. De oxider som kan bildas på ren metall av järn och krom är FeO, Fe 3 O 4, Fe 2 O 3 och Cr 2 O 3. Ange utifrån de bildade oxiderna vilka oxidationstal (heltal) som är möjliga för järn och krom. 12 a) 0,20 mol/dm 3 b) 31 kpa 13 a) Fe (s) + 2H + Fe 2+ + H 2(g) och MnO Fe H + Mn Fe H 2O b) Andel järn i provblandningen = 2,0 % 14 Järn: +II, +III Krom: +III

7 15 15 En gasblandning av vätgas, kolmonoxid och kvävgas upptog volymen 40 cm cm 3 syrgas (vilket var i överskott) fick reagera med gasblandningen. Vid de rådande omständigheterna var det bara vätgasen och kolmonoxiden som reagerade med syrgasen. När man hade kylt till rumstemperatur blev volymen 51 cm 3. När man tillsatte koncentrerad kaliumhydroxidlösning, KOH (aq), sjönk volymen till 41 cm 3. Alla aktuella gaser får betraktas som ideala och har därmed samma molvolym. Det innebär att volymerna mellan olika gaser förhåller sig som antalet mol mellan samma gaser. Flytande ämnens och vattenlösningars volym kan betraktas som försumbara jämfört med gasernas. a) Skriv reaktionsformeln för reaktionen mellan syrgas och vätgas. Sätt ut aggregationsformerna i formeln (vatten kyldes till rumstemperatur). b) Skriv reaktionsformeln för reaktionen mellan syrgas och kolmonoxid. Sätt ut aggregationsformerna. c) Skriv reaktionsformeln för reaktionen mellan koldioxid och kaliumhydroxid. Sätt ut aggregationsformerna. d) Vilken volym hade den bildade koldioxiden? e) Vilken volym hade vätgasen som fanns i den ursprungliga gasblandningen? f) Vilken volymhalt hade kvävgasen i den ursprungliga gasblandningen? g) Hur många cm 3 syrgas fanns i överskott? 15 a) 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2O (l) b) 2 CO (g) + O 2(g) 2 CO 2(g) c) CO 2(g) + 2 KOH (aq) K 2CO 3(aq) + H 2O d) 10 cm 3 CO 2(g) e) 16 cm 3 H 2(g) 10 cm 3 CO 2(g) har bildat utav 10 cm 3 CO (g) och 5 cm 3 O 2(g). Sammanlagda volymen gas innan reaktionen är 80 cm 3 efter reaktionen är det 51 cm 3 gas kvar. Gasvolymen har alltså minskad med 29 cm cm 3 kolmonoxid har ersatts av 10 cm 3 koldioxid. 5 cm 3 av dessa 29 cm 3 är syrgasen som har reagerat med kolmonoxid. De resterande 24 cm 3 måste då ha varit 2 delar vätgas och en del syrgas som bildade vatten i flytande form. Alltså 16 cm 3 vätgas och 8 cm 3 syrgas. f) 40 cm 3 gasblandning 16 cm 3 vätgas 10 cm 3 kolmonoxid = 14 cm 3 kvävgasen. g) 40 cm 3 syrgas 8 cm 3 syrgas 5 cm 3 syrgas = 27 cm 3 syrgas som fanns i överskott.

8 16 16 Blymönja, Pb 3 O 4 är en förening som innehåller både Pb(II) och Pb(IV) joner. Följande reaktionsformel visar hur upplösningen av blymönja i salpetersyra går till. Pb 3 O 4(s) + 4 H + PbO 2(s) + 2 Pb H 2 O Den bildade blydioxiden är i fast form och kan filtreras bort. Man utgår ifrån 10,00 g blymönja, hur många cm 3 HNO 3 med koncentrationen 2,000 M ska man minst tillsätta för att ovanstående reaktion ska ske fullständigt? Efter avslutad reaktion, enligt ovan, filtreras reaktionsblandningen, filtret sköljs med destillerat vatten och filtratet som nu endast innehåller Pb(II)-joner späds till 50,00 cm 3. Hur många cm 3 HCl med koncentrationen 2,000 M ska man minst tillsätta till filtratet så att följande reaktion kan ske fullständigt? Pb Cl - PbCl 2(s) 16.3 När man nu har tillsatt den beräknade volymen HCl, bildas alltså en fällning av bly(ii)klorid, denna fällning filtreras bort och sköljs med en liten mängd destillerat vatten, så att den nya volymen blir 55,00 cm 3. Men filtratet innehåller fortfarande Pb(II)-joner på grund av den relativt höga lösligheten för bly(ii)klorid, som är 4,755 g/dm 3. Hur många g kaliumjodid, KI, i fast form, skall man tillsätta till det senaste filtratet så att följande reaktion sker fullständigt med de kvarvarande Pb(II)-jonerna. Obs! Volymen ändras inte denna gång Pb I - PbI 2(s) Hur många g PbI 2 kan man maximalt få, om lösligheten för densamma är 0,5582 g/dm 3? ) 29,17 cm ) 29,17 cm ) 0,3122 g 16.4) 0,4028 g