1. Trudniejsze zadania ze stechiometrii

Kiedy masz do czynienia z kilkoma reakcjami ważny staje się Twój brudnopis, który wcale nie powinien być taki brudny. Jeżeli wszystko u Ciebie jest ,,iksem” , to czasem możesz mieć problem tylko z własnej winy, bo po chwili okazuje się, że już nie wiesz ani co liczysz, ani co przed chwilą policzyłeś!

Zakładając, że jesteś już po odpowiedniej lekturze, przechodzimy od razu do zadań, bo jak wiemy, to na nich najlepiej się uczyć.

1. Stechiometria wzorów – zadania obliczeniowe do matury
2. Stechiometria reakcji chemicznych – zadania obliczeniowe do matury

2. Zadania z mieszaninami

Zadanie 1 – Jaka masa siarczku węgla może zostać całkowicie utleniona do odpowiednich tlenków przy użyciu tlenu, który wydzieli się podczas reakcji 296 g ponadtlenku potasu (KO₂) z wodą? Wskazówka : ponadtlenki litowców reagują z wodą z wydzieleniem tlenu oraz jednoczesnym utworzeniem tak zwanej wody utlenionej.

Rozwiązanie :

Zaczynamy obowiązkowo od napisania równań reakcji : 

2KO₂  +  2H₂O  ⟶  2KOH  +  H₂O₂  + O₂  

 CS₂  +  3O₂  ⟶  CO₂  + 2SO₂

Liczba moli ponadtlenku potasu jest równa n_KO2= 4,17 mola ⇒ n_O2 = 2,085 mola. Taka liczba moli tlenu starczy na utlenienie 0,695 mola CS₂ ⇒ m_CS2 = 52,82 g.

Zadanie 2 – Chloran (VII) potasu można otrzymać w wyniku serii następujących po sobie reakcji przedstawionych poniżej. Oblicz jaką masę chloru (wynik podaj w tonach) należy użyć, aby wyprodukować 1 tonę chloranu (VII) potasu.

Cl₂ + 2 KOH ⟶ KCl + KClO + H₂O

3 KClO ⟶ KCl + KClO₃

4 KClO₃ ⟶ KCl + 3KClO₄

Rozwiązanie :

m_KClO4 = 1000 kg = 10⁶ g ⇒ n_KClO4 = 7220,2 mola

n_KClO3 = 9626,9 mola ⇒ n_KClO = 28880,7 mola ⇒ n_Cl2 = 28880,7 mola ⇒ m_Cl2 = 2,05 tony

Zadanie 3 – Podczas ogrzewania x moli chloranu (V) potasu i jego rozkładu powstał chlorek potasu oraz tlen. Ile moli butenu (C₄H₈) można całkowicie spalić z użyciem tlenu, który powstał w wyniku wspomnianej reakcji?

Rozwiązanie :

KClO₃  ⟶  KCl  +  1,5 O₂  

C₄H₈  +  6O₂  ⟶  4CO₂  +  4H₂O 

To zadanie może się dla wielu osób wydawać trudne, ponieważ nie operujemy na liczbach, tylko na literkach, a tego wszyscy nienawidzą.

Patrząc po równaniach reakcji widzimy, że jeśli użyjemy x moli KClO₃ to powstanie nam 1,5x moli tlenu. Aby spalić 1 mol C₄H₈  potrzeba 6 moli tlenu, więc skoro my dysponujemy x molami tlenu, to starczy nam na 0,25x mola butenu. Rzucimy oczywiście kołem ratunkowym, czyli proporcją :

1 mol C₄H₈  ―  6 moli O₂ 

? moli C₄H₈  ―  1,5x moli O₂ 

Zadanie 4 – Do 40 mL roztworu siarczanu miedzi o nieznanym stężeniu dodano nadmiar jodku potasu. Po wydzieleniu brunatnej substancji, dodawano kroplami do kolby tiosiarczan sodu. Aby przereagował cały jod potrzeba było 34 mL roztworu Na₂S₂O₃ o stężeniu 0,5 mol・dm^ー3  . Oblicz stężenie siarczanu miedzi. Poniżej przedstawiono równania przebiegających reakcji w formie jonowej skróconej.

2Cu²⁺  +  4I^ー   ⟶   2CuI ↓ +  I₂

 I₂  +  2S₂O₃^2ー   ⟶    2I^ー   +  S₄O₆^2ー

Rozwiązanie :

To zadanie natomiast może wydawać się trudne dlatego, że reakcje są dziwne. Pewnie zastanawiasz się, co to za abstrakcyjne związki, czemu w pierwszej reakcji nie powstaje CuI₂ ? Prawda jest taka, że pod kątem matury jest to absolutnie nieistotne, a istotna jest tylko stechiometria reakcji! Liczba moli jonów tiosiarczanowych (S₂O₃^2ー) wynosi 0,034  • 0,5 = 0,017 mola, a zatem liczba moli jodu jest dwa razy mniejsza, podczas gdy liczba moli siarczanu miedzi (tutaj jako jony Cu²⁺ ) jest dwa razy większa od ilości jodu. W takim razie liczba jonów miedzi też wynosi 0,017 mola, więc stężenie siarczanu miedzi jest równe 0,017 : 0,04 = 0,425 mol・dm^ー3  .

Zadanie 5 – Jodobenzen jest przykładem związku organicznego z obecnym wiązaniem C―I  , które jest słabsze niż wiązania C―Br czy  C―Cl. To sprawia, że wykorzystuje się ten związek do reakcji sprzęgania, jak chociażby w reakcji Sonogashiry.  Jodobenzen można otrzymać wychodząc z aniliny (C₆H₅NH₂) w dwuetapowym procesie, który przedstawiono poniżej : 

C₆H₅NH₂ + HNO₂ + HCl  ⟶  C₆H₅N₂⁺Cl^ー + 2H₂O

C₆H₅N₂⁺Cl^ー + KI   ⟶  C₆H₅I  + N₂  +  KCl 

W przeprowadzonej syntezie otrzymano 16,3 g jodobenzenu wychodząc początkowo z 9,3 g aniliny. Oblicz wydajność syntezy. 

Rozwiązanie :

Liczba moli aniliny wynosi 0,1 mola, z czego powinniśmy otrzymać (przy stuprocentowej wydajności) 0,1 mola jodobenzenu, a którego faktycznie (rzeczywiście otrzymaliśmy) jedynie 0,08 mola. W takim razie wydajność procesu wynosi 80%.