1. Wstęp

Zadania z mieszaninami są jednymi z mocniejszych, jeśli chodzi o stechiometrię. 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
3. Cała chemia nią jest, czyli sztuka proporcji

2. Zadania z mieszaninami

Zadanie 1 – Mieszanina węglanu wapnia i węglanu magnezu o masie 1,84 g została poddana ogrzewaniu, a stała pozostałość została zważona (m = 0,96 g). Oblicz skład procentowy mieszaniny węglanów.

Rozwiązanie :

Stałą pozostałością jest tlenek wapnia oraz tlenek magnezu.

Używam teraz najprostszego wzoru na świecie, czyli na liczbę moli.

Dla uproszczenia zapisu, załóżmy, że liczba moli węglanu wapnia wynosi x , a węglanu magnezu wynosi y.

Ze stechiometrii reakcji widzimy, że liczba moli tlenku wapnia jest równa liczbie moli węglanu wapnia, taka sama sytuacja jest z tlenkiem magnezu. Możemy teraz zapisać:

Możemy to podstawić do naszego układu równań :

Czyli liczba moli CaCO₃ wynosi 0,01 , a liczba moli MgCO₃ również wynosi 0,01. Przeliczając to na masy otrzymujemy odpowiednio 1 g węglanu wapnia oraz 0,84 g węglanu magnezu^[1]. Zawartość procentowa CaCO₃ wynosi 1 : 1,84 = 0,54 = 54 %, natomiast dla MgCO₃ 46 %.

Zadanie 2 – Mieszanina chlorku sodu i chlorku wapnia o łącznej masie 10 g została potraktowana nadmiarem węglanu sodu, celem wytrącenia węglanu wapnia, który następnie został poddany ogrzewaniu, w wyniku czego uzyskano 1,62 g CaO. Oblicz zawartość procentową chlorku sodu w wyjściowej mieszaninie.

Rozwiązanie :

Z węglanem sodu będzie reagował tylko chlorek wapnia.

CaCl₂ + Na₂CO₃ ⟶ CaCO₃ + 2NaCl

CaCO₃   ⟶   CaO  +  CO₂

Liczba moli powstałego CaO jest równa około około 0,029 mola. Tyle też moli jest węglanu wapnia i od razu tyle samo musiało być chlorku wapnia. Możemy zatem obliczyć jego masę jako równą 3,22 g. Wówczas masa NaCl wynosi 6,78 g, którego zawartość procentowa wynosi 67,8%.

Zadanie 3 – Mieszaninę KCl + KBr (m = 0,33 g) rozpuszczono w wodzie, a następnie potraktowano roztworem azotanu srebra, aż do całkowitego strącenia odpowiednich osadów fluorowców srebra. Otrzymany osad zredukowano do metalicznego srebra, a następnie wysuszono do stałej wagi. Masa otrzymanego srebra wyniosła 0,37 g. Oblicz skład procentowy mieszaniny.

Rozwiązanie :

AgCl ⇒ Ag oraz AgBr ⇒ Ag

Jak widzimy po ostatnim procesie liczba moli otrzymanego srebra po redukcji będzie równa liczbie moli AgCl oraz AgBr (bo 1 z mola AgCl otrzymamy 1 mol Ag, podobnie z AgBr). Liczba moli powstałego srebra wynosi 0,0034 mola. Dalej postępujemy właściwie tak samo jak w zadaniu 1.

Używamy teraz najprostszego wzoru na świecie, czyli na liczbę moli.

Dla uproszczenia zapisu, załóżmy, że liczba moli KCl wynosi x , a KBr wynosi y.

Ze stechiometrii reakcji widzimy, że liczba moli AgCl jest równa liczbie moli NaCl, taka sama sytuacja jest z KBr oraz AgBr. Możemy teraz zapisać :

Możemy to podstawić do naszego układu równań :

Czyli liczba moli KCl wynosi 0,00168 , a liczba moli KBr wynosi 0,00172. Przeliczając to na masy otrzymamy odpowiednio 0,125 g oraz 0,205 g. Skład procentowy : %_KCl = 37,9% oraz %_KBr = 62,1 %

Zadanie 4 – W mieszaninie gazów  CO + CO₂  stosunek wagowy węgla do tlenu wynosi 1:2. Oblicz skład mieszaniny w procentach wagowych oraz objętościowych.

Rozwiązanie :

Załóżmy, że liczba moli CO wynosi x , natomiast liczba moli CO₂ wynosi y. Wtedy masa węgla i tlenu w takiej mieszaninie wynosi :

m_węgla = 12x + 12y = 12(x + y)

m_tlenu = 16x + 32y = 16(x + 2y)

Korzystając z podanego stosunku masy węgla do tlenu otrzymujemy :

Skoro liczba moli obu gazów jest taka sama (x = y), to skład objętościowy obu gazów jest taki sam i wynosi po 50%. Zakładając dla uproszczenia, że obu gazów jest np. po jednym molu, mamy masę CO równą 28 g, a CO2 równą 44 g, skąd możemy łatwo obliczyć stosunek masowy :

%_{mas (CO)} = 28/(28 + 44) = 0,39 = 39 %

%_{mas (CO2)} = 44/(28 + 44) = 0,61 = 61 %

Zadanie 5 – Do całkowitego zobojętnienia mieszaniny HCl oraz H₂SO₄ o łącznej masie 0,561 g potrzeba 0,56 g NaOH. Oblicz masę kwasu siarkowego w tej mieszaninie.

Rozwiązanie :

Obliczamy liczbę moli zużytego NaOH równą 0,014 mol.

Używamy teraz najprostszego wzoru na świecie, czyli na liczbę moli.

Dla uproszczenia zapisu, załóżmy, że liczba moli HCl wynosi x , a H₂SO₄ wynosi y.

Ze stechiometrii reakcji widzimy, że HCl reaguje z NaOH w stosunku jeden do jednego, ale kwas siarkowy z NaOH reaguje w stosunku 1 : 2 . Stąd właśnie pojawia się ta dwójka (2y) w poniższym równaniu. To może Ci się wydawać trudne, dlatego zerknij tutaj^[2].

Masa kwasu siarkowego (VI) w tej mieszaninie jest zatem równa 0,196 g.

---

^[1] Na pewno warto (na maturze czy sprawdzianie) w takim momencie sprawdzić, że wszystko się zgadza. Zauważ, że masy obu węglanów (1 g oraz 0,84 g) idealnie sumują się do masy użytej mieszaniny (1,84 g).

^[2] To jest coś, co z doświadczenia wiem, że nie wydaje się za bardzo intuicyjne i nie do końca wiecie, gdzie ta dwójka powinna być (bo może powinno być ½ ?) I tutaj uniwersalna rada – zawsze najlepiej sprawdzić to samemu, na dowolnie wybranych liczbach! Zobacz, skoro mamy taką reakcję :

H₂SO₄ + 2NaOH ⟶ Na₂SO₄ + 2H₂O

To jeśli będziemy mieć 0,06 mola NaOH, to kwasu siarkowego jest 0,03. Jeśli weźmiemy 18 moli NaOH, to H2SO4 będzie 9 moli. Czyli ciągle mamy dwa razy mniej kwasu siarkowego, dlatego jeśli chcemy przyrównać liczbę moli kwasu siarkowego do liczby moli NaOH, to musimy to pomnożyć razy dwa. Sprawdźmy :

2n_H2SO4 = n_NaOH

2 • 0,03 = 0,06

2 • 9 = 18

Podstawiając sobie takie dowolne liczby bez problemu jesteś w stanie opisać takie pozornie trudne zależności.