Metale-bibliografie aurica şova “exerciţii şi probleme de chimie”

METALE-BIBLIOGRAFIE AURICA ŞOVA “EXERCIŢII ŞI PROBLEME DE CHIMIE”

Am rezolvat acele probleme, în care combinaţiile metalelor: Na, Ca, Al, Fe, Cu, au
aplicaţii în Tehnologie şi Chimie Analiticã - analiza substanţelor. Varianta de rezolvare este punctul meu de vedere şi nu anuleazã alte rezolvãri. Doresc sã ofer o schemã, care sã stimuleze gândirea elevului şi sã stabileascã corelaţii interdisciplinare.
1./ 10.12, pag 105

Cu ajutorul reacţiei dintre 0,318 g de Na₂CO₃ cu acid sulfuric se determinã masa atomicã a sulfului. Ştiind cã rezultã 0,426 g sulfat de sodiu şi masele atomice ale C=12, O=16, Na=23 sã se calculeze masa atomicã a sulfului.

REACŢIA DINTRE CARBONATUL DE SODIU ŞI ACIDUL SULFURIC ESTE O METODĂ DE FABRICARE A SULFATULUI DE SODIU.

“Sulfatul de sodiu - E514

Sulfatul de sodiu este un aditiv alimentar obţinut prin extracţie din diferite minerale sau prin sinteză chimică. Acesta a fost descoperit în 1625 de Johann Rudolf Glauber şi datorită efectului său laxativ a primit denumirea de sare miraculoasă.

Sulfatul de sodiu este utilizat în principal la fabricarea detergenţilor, hârtiei şi ca aditiv alimentar. Sulfaţii sunt prezenţi în toate celulele organismului, cu concentraţiile cele mai mari în oase şi cartilagii. Aceştia participă la diferite procese metabolice, inclusiv la detoxifierea organismului. Sulfatul de sodiu nu este considerat un compus cu efecte secundare grave, însă în diferite cazuri poate produce greaţă, vomă, diaree, crampe abdominale şi poate irita mucoasele tractului digestiv. Acest aditiv este o sursă suplimentară de sodiu, iar persoanele ce urmează o dietă restrictivă în acest sens sau care suferă de afecţiuni ale ficatului şi rinichilor trebuie să evite consumul de alimente şi suplimente ce îl conţin.” http://cesamancam.ro/sulfat-de-sodiu-e514.html

Sulfatul de sodiu şi carbonatul de sodiu sunt hidraţi bogaţi în apã: Na₂SO₄x 10 H₂O şi Na₂CO₃ x 10H₂O, care lãsaţi la aer pierd o parte din apa de cristalizare. Cristalul lor se distruge, transformându-se în pulbere. Fenomenul se numeşte eflorescenţã.
Rezolvare
Cunoaştem

1. 
   reacţia dintre carbonat de calciu şi acid sulfuric
   
2. 
   m Na₂CO₃ = 0,318 g
   
3. 
   m Na₂SO₄ = 0,426 g
   
4. 
   masele atomice ale elementelor: Na, C, O
   

Nu cunoaştem:

1. 
   Masele moleculare ale Na₂CO₃ , Na₂SO₄
   
2. 
   Masa atomicã a sulfului (A _S )
   

Varianta propusã pentru rezolvare

Se pleacã de la calcul stoechiometric, pe bazã de reacţie chimicã, din care rezultã o proporţie, de unde se aflã A s. Stoechiometria este partea de Chimie care ne învaţă să determinăm prin calcul, pe baza formulelor şi a ecuaţiilor chimice, masa şi volumul reactanţilor şi pe cele ale produşilor de reacţie
M _Na2CO3 = 2A _Na + A _C + 3 A _O =2x 23+12+3x16=106

M _Na2SO4 = 2 A _Na + A_S + 4 A _O = 2x23+A _S + 4x16 = 110 + A _S

0,318 0,426

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂CO₃

106 110 + A _S
0,426 x 106 = 0,318x (110 + A _S)

45,156 = 34,98 + 0,318 A _S

0,318 A _S = 45,158-34,98 = 10,176

A _S = 10,176 : 0,318 = 32

R: 32
2./11.40 pag.129

Ĩntr-o uzinã clorosodicã pentru prepararea Na₂CO₃ prin metoda amoniacalã, sunt necesare 1600 Kg de CaCO₃. Se cere:

1. 
   Cantitatea de calcar din care provineCaCO₃, dacã are 15% impuritãţi;
   
2. 
   Cantitatea de CO₂ obţinutã în Kg şi în m³;
   
3. 
   Cantitatea de ammoniac (NH₃) recuperate;
   
4. 
   Cantitatea de soda calcinatã.
   

PROCEDEUL SOLVAY

Avem reacţii chimice din procedeul Solvay (procedeul amoniacal) de fabricare soda calcinatã. Materiile prime sunt: calcarul şi sarea ( saramura), iar material auxiliarã este amoniacul. Reacţiile ce au loc sunt:

CaCO₃ = CaO + CO₂ ( reacţie de descompunere la 1100 ⁰C)

CO₂ + H₂O + NH₃ = NH₄HCO₃

NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₃ + NH₄Cl

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O ( reacţie de descompunere 180-200⁰ C)

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ + 2NH₄Cl = 2NH₃ + 2H₂O + CaCl₂ (recuperarea amoniacului)

Soda este utilizata în:

• 
  Industria sticlei, unde soda este una din materiile prime folosite la producerea sticlei;
  
• 
  Industria chimica, in albire, industria colorantilor, la tãbãcirea pieilor;
  
• 
  Industria producerii detergenţilor şi dezinfectanţilor;
  
• 
  Industria metalurgicã, pentru indepartarea sulfului din fier;
  
• 
  Industria hârtiei;
  
• 
  Produs de curãţire în gospodãrie;
  
• 
  La neutralizarea aciditãţii şi la albirea hârtiei,etc.
  

“In natura poate fi gasit în lacurile de soda (Lake Natron) din Egipt, Africa de Sud, California, Mexic si ca Trona ( Na(HCO3)•Na2CO3•2H2O) in Wyoming (SUA) si în Sahara”. http://www.soda-calcinata.ro/

Rezolvare
Cunoaştem:

1. 
   Reacţiile ce au loc
   
2. 
   masa de CaCO₃ = 1600 Kg
   
3. 
   % impuritãţi din calcar =15 ; % CaCO₃ din calcar=100%-15%impuritãţi=85
   
4. 
   Masele atomice ale: H=1; C=12, N=14; O=16, Na=23; Ca=40.
   

Nu cunoaştem:

1. 
   masa de calcar;
   
2. 
   masa şi volumul (C.N.) de CO₂;
   
3. 
   masa de ammoniac recuperate, considerând cã nu sunt pierderi;
   
4. 
   cantitatea de soda calcinatã, considerãm cã existã 100% Na₂CO₃
   
5. 
   masele moleculare ale substanţelor: CaCO₃, CO₂, NH₃, Na₂CO₃
   

Varianta propusã pentru rezolvare

Se pleacã de la calcul stoechiometric pe bazã de reacţie chimicã şi de la calcul de compoziţie procentualã. Se aplicã şi calcul pe bazã de volum molar.
1.Masa de calcar (Kg)
100% calcar……15 % impuritãţi………..85% CaCO₃

X kg calcar………………………………1600 kg

X = 100x1600 / 85 = 1882 ,35 Kg calcar
2.Masa (kg) şi volumul (m³) de CO₂

a) masa de CO₂

M_CaCO3 = 40+12+3x16=100

M _CO2 = 12+2x16 = 44

1600kg……………X

CaCO₃ = CaO + CO₂

100……………….44

X= 1600x44/100= 704 kg

b) volumul de CO₂

1 kmol de CO₂…………………………22,4 m³ CO₂ (C.N.)

44 kg………………………………… …22,4 m³

704 kg……………………………………Y

Y= 704 kg x 22,4m³ / 44 kg = 358,4 m³
3.Masa de ammoniac recuperatã

Observãm din reacţiile de mai sus, cã:

1kmol de CaCO₃…1kmol de CaO……1kmol de Ca(OH)₂……2kmolide NH₃

100 de CaCO₃…………………………2x17 NH₃ ( Masa molecularã a NH₃)

1600 kg……………………………………X

X= 1600kg x 2x17 / 100 = 544 Kg NH₃

4.Masa de soda calcinatã – am considerat cã ea conţine 100% Na₂CO₃
Observãm din reacţiile de mai sus,cã:
a. 2 Kmol de CaCO₃…………produce……………..1 kmoli de Na₂CO₃

2x100kg……………………………………..106 (Masa molecularã a Na₂CO₃)

1600 kg……………………………………X

X = 1600 kg x 106 / 200 = 848 kg

Dacã Ţinem cont de prezenţa impuritãţilor din calcar, care micşoreazã conţinutul în CaCO₃ şi în Na₂CO₃ , atunci vom avea calculul:
b. Considerãm 1882 kg de calcar, de la punctul 1, cã are 100 % de CaCO₃
2x100 kg CaCO₃….……produce……………..106 kg Na₂CO₃

1882 Kg CaCO₃……………………………….Y kg

Y = 1882 x 106 / 200 = 997,46 kg
c. Diferenţa dintre Y şi X reprezintã masa de Na₂CO₃ care se pierde, din cauza impuritãţilor din calcar:

997,46-848= 149,5 Kg

d. Masa realã de Na₂CO₃ este diferenţa:

848-149,5 = 698, 5 kg

R: 1882 ,35 Kg ; 704 kg; 358,4 m³; 848 kg – 698,5

3./11.41.pag.129

Pentru a fabrica cianamidã de calciu se folosesc 10 t de CaCO₃ cu 10 % impuritãţi. Sã se calculeze:

1. 
   Cantitatea de cianamidã rezultatã ştiind cã randamentul este 90% a întregului proces;
   
2. 
   Dacã un teren agricol necesitã 75 kg azot la hectar, câtã cianamidã de calciu trebuie folositã în acest scop?
   
3. 
   Câte tone de ammoniac se pot obţine din aceeaşi cantitate de cianamidã;
   
4. 
   Câţi cilindri cu capacitatea de 200 l la 10 at şi 27⁰ C se pot umple cu bioxidul de carbon, rezultat din piatra de var iniţialã?
   

DATE DESPRE CIANAMIDA DE CALCIU

Cianamida de calciu CaCN₂ este cel mai vechi îngrasamânt mineral care se fabrica la noi în ţarã; se obţine în cuptorul electric trecând azot peste carbura de calciu (carbid) la 800⁰ C.

CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C

Structura:

Ca²⁺ [ ^-N=C=N^- ]
Cianamida de calciu este o substanţã solidã, de culoare albã; de obicei are culoarea cenuşie din cauza impuritãţilor.

Azotul pe care-l conţine cianamida de calciu (15%N) îl poate ceda solului, deoarece în contact cu apa si sub actiunea unor bacterii din sol, ea se descompune, punând în libertate ammoniac.

CaCN₂ + 3 H₂O = CaCO₃ + 2 NH₃

Reacţia a fost utilizatã la obţinerea industrialã a amoniacului, dar a fost abandonatã, fiind nerentabilã.

Cianamida se foloseşte pe solurile acide, ca îngrãşãmânt de bazã..

http://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_cyanamide

Rezolvare
Cunoaştem:

1. 
   masa de calcar cu 10% impuritãţi
   
2. 
   procentul de CaCO₃ = 100% - 10 % impuritãţi=90 %
   
3. 
   randamentul de fabricaţie=90 %
   
4. 
   masa de azot/ hectar = 75 kg
   
5. 
   volum cilindru=200L; p=10 at; t=27⁰ C / CO₂
   
6. 
   Masele atomice la: Ca=40, C=12; N=14, O=16
   
7. 
   Reacţiile chimice ce au loc la fabricarea cianamidei de calciu şi la reacţiei cu apa
   

Nu cunoaştem:

1. 
   masa de CaCN₂ obţinutã cu randament de 90 %
   
2. 
   masa de CaCN₂ necesarã pentru a furniza 75 kg de azot/hectar
   
3. 
   masa de NH₃ rezultatã din hidrolizã
   
4. 
   numãrul de cilindrii umpluţi cu CO₂
   
5. 
   masele moleculare la: CaCO₃; CaCN₂; NH₃; CO₂
   

Varianta propusã pentru rezolvare este calculul stoechiometric pe baza reacţiilor chimice, de mai sus; regula de trei simplã între masa de azot/ hectar, masa molecularã şi masa de azot din aceasta; legea generalã a gazelor ideale.

1.Masa de cianamida de calciu cu randament de 90%
-se calculeazã masa de CaCO₃ (kg) din 10 t de calcar cu 90 % CaCO₃

100 % calcar……………………………90% CaCO₃

10t=10x1000kg…………………………X

X= 10x1000x90 / 100 = 9000 kg de CaCO₃

-se calculeazã masele moleculare la:

M _CaCO3 = A _Ca + A _C + 3 A _O = 40+12+3x16= 100

M _{Ca CN2} = A _Ca + A _C + 2A _N = 40+12+2x14= 80

M _NH3 = A _N + 3 A _H = 14+3x1= 17

-avem reacţiile:

CaCO₃ = CaO + CO₂

CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C

- se calculeazã masa teoreticã de CaCN₂ cu ajutorul reacţiilor chimice şi apoi din randament se calculeazã masa practic obţinutã de CaCN₂ conform randamentului de 90 %.

1 kmol de CaCO₃……..produce……………..1kmol de CaCN₂

100 kg………………………………………..80 kg

9000kg………………………………………..X

X= 9000x80 / 100 = 7200 kg de CaCN₂ – masa teoreticã (m_t) , pentru randament de 100 %

η = m_p x100/ m_t
90= m _p x100 / 7200

m _p = 90x7200 / 100 = 6480 kg de CaCN₂

2. Masa de CaCN₂ la hectar
Dacã în M CaCN₂ = 80 g ………………sunt…………. 2x14 g de N

X……………………………cuprinde………75 Kg N

X=80g x 75 kg / 2x 14 g = 214,28 kg de CaCN₂
3. Masa de ammoniac rezultatã din 6480 kg de cianamidã de calciu ( vezi pct.1)
Se pleacã de la reacţia chimicã:

6480 kg………………………..X

CaCN₂ + 3 H₂O = CaCO₃ + 2 NH₃

80……………………………..2x17

X = 6480 kg x2x17/ 80 = 2754 Kg = 2754: 1000 = 2,754 tone

1 kg = 1: 1000 tone = 10^-3 tone

3. Numãrul de cilindrii umpluţi cu CO₂ la 10 atm şi 27⁰ C, din 9000 kg CaCO₃ şi randament de 90 %
- se calculeazã masa de CO₂ rezultat din descompunerea CaCO₃

9000 x 0,9…………..X

CaCO₃ = CaO + CO₂

100………………….44

X = 9000x0,9x44/ 100 = 3654 kg
- se calculeazã volumul de CO₂ cu legea gazelor ideale:
p.V = n.R.T
unde:

p = presiunea=10 atm ; n = numãr de moli = 3654x1000/ 44= 81000

T = temperature in grade Kelvin; T = 27 ⁰ C + 273 K = 300 K

R= constanta universalã a gazelor = 0,082 atm. dm³ / mol.K

1L = 1 dm³

10x V = 81000x 0,082 x 300

V = 199260 L
-se calculeazã numãrul de cilindrii:

199260 L : 200 volumul unui cilindru = 996,3 cilindri

R: 6480 Kg; 214,2 kg; 2,754 tone; 997
4/ 11.57.

Prin tratarea aluminei cu acid sulfuric la fierbere se obţine o substanţã A care reacţioneazã cu Ca(HCO₃)₂ conţinut în unele ape, formeazã un gel colloid B. Se cere:

1. 
   Ecuaţiile reacţiilor chimice;
   
2. 
   Ce volum de gaz rezultã la formarea compusului B, dacã se folosesc 0,2 moli de alumina? a) în condiţii normale şi b) la 27⁰ şi 627 torri;
   
3. 
   Ce cantitate de gel colloid B obţinut se dizolvã în exces de soluţie a unei baze alkaline şi se obţine compusul C;
   
4. 
   Ce substanţã rezultã prin amestecarea soluţiei concentrate de substanţã A cu soluţie concentrate de K₂SO₄.
   

DATE DESPRE ALUMINIU

Aluminiu este cel mai rãspândit metal, dupã fier.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiu#Compu.C8.99ii_aluminiului

http://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid_de_aluminiu
Rezolvare
Cunoaştem:

1. 
   Alumina conţine oxid de aluminiu: Al₂O₃;
   
2. 
   Reacţiile dintre oxid de aluminiu şi acid sulfuric, prin care se formeazã sulfat de aluminiu (A); reacţia dintre sulfatul de aluminiu şi bicarbonatul de calciu, prin care se formeazã hidroxid de aluminiu (B) şi gazul C; reacţia dintre hidroxid de aluminiu şi hidroxid de sodium ( bazã alcalinã), prin care se formeazã complexul Na ₃ [Al(OH)₆] – substanţa C.; reacţia dintre sulfat de aluminiu si sulfat de potasiu, prin care se formeazã alaun KAl(SO₄)₂*12H₂O )
   
3. 
   n moli Al₂O₃ = 0,2 moli
   
4. 
   Presiunea, volumul, la care se aflã CO₂
   
5. 
   Masele atomice: Al= 27; C=12; O=16; H=1
   
6. 
   1 torr= 1/ 760 dintr-o atmosferã
   

Nu cunoaştem:

1. 
   volumul CO₂ în condiţii normale şi la 27⁰ şi 1 torr
   
2. 
   masa de gel B
   

Varianta propusã pentru rezolvarea problemei

1. 
   Reacţii chimice
   

……………………… A

Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ = Al₂ (SO₄)₃ +3 H₂O

Al₂ (SO₄)₃ + 3 Ca(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3 CaSO₄ + 6 CO₂

………………………………….B

2Al(OH)₃ + 2NaOH = 2Na⁺ [ Al³⁺ (OH)^-₄]^-

……………………………….C

2. 
   Volumul de CO₂
   

1. 
   V de CO₂ în condiţii normale de temperature şi presiune:
   

Se calculeazã volumul de CO₂ cu ajutorul reacţiilor chimice de la pct.1, la care se observã cã:
1mol de Al₂O₃ ……1 mol de Al₂ (SO₄)₃ ………6 moli CO₂ ….6Volume molare

Atunci 0,2 moli…………………………………………………..X volume molare

X = 0,2x6= 1,2 Volume molare de CO₂
1 Volum molar = 22,4 dm³ / mol gaz; 1 L = 1 dm³
Deci 1,2 Volume molare de CO₂ = 1,2x22,4= 26,88 L

2. 
   V de CO₂ la 27⁰ şi la 627 torri. Se calculeazã numãrul de moli de CO₂, din regula de trei simplã, de mai sus şi apoi se aplicã legea gazelor ideale, din care se aflã volumul de CO₂, în condiţiile de temperature şi presiune date.
   

Dacã 1mol de Al₂O₃……………produc……6 moli de CO₂

Atunci 0,2 moli Al₂O₃…………..produc…………….X

X= 0,2 moli x6 moli/1mol = 1,2 moli

p.V = n.R.T

unde:

p = presiunea=627 torri= 627: 760 =0,825 atm ;

n = numãr de moli = 1,2 moli

T = temperature in grade Kelvin; T = 27 ⁰ C + 273 K = 300 K

R= constanta universalã a gazelor = 0,082 atm. dm³ / mol.K

0,825 atm x V dm³ = 1,2 moli x 0,082 atm. dm³ / mol.K x 300 K

0,825 x V dm³ = 29,52

V = 29,52 : 0,825=35,78 dm³= 35,8 dm³

3. 
   Masa de gel B obţinutã din 0,2 moli de Al₂O₃ se calculeazã din punctul 1, la care se observã corespondenţa:
   

1mol de Al₂O₃………produce……..2 moli Al(OH)₃

0,2 moli de Al₂O_3………produce………X moli Al(OH)₃

X = 0,2 moli x 2 moli / 1 mol = 0,4 moli Al(OH)₃

1 mol de Al(OH)₃ = M _Al(OH)3 = A _Al + 3 A _O + 3 A _H= 27 + 3x 16+3x1=78 g

Atunci 0,2 moli de Al(OH)₃ = 0,2x 78 = 31,2 g Al(OH)₃

4. 
   Al₂ (SO₄)₃ + K₂SO₄ +12 H₂O = 2 KAl( SO₄)₂ x 12 H₂O alaun
   

R: 26,88 dm³; 35,8 dm³; 31,2 g

5./ 11.51 pag.132

Din piritã ce conţine 40 % FeS₂ se fabricã o tonã de acid sulfuric în concentraţie 60 %. Se cere:

1. 
   Sã se scrie reacţiile chimice;
   
2. 
   Ce cantitate de piritã se consumã în procesul fabricaţiei acidului sulfuric, ştiind cã randamentul este 80%;
   
3. 
   Ce cantitate de sulfat de amoniu se obţine din acidul sulfuric;
   
4. 
   Sã se determine compoziţia procentualã a sulfatului de amoniu.
   

DATE DESPRE PIRITĂ – MATERIE PRIMĂ PENTRU OBŢINEREA ACIDULUI SULFURIC, A FIERULUI
Pirita este un mineral din clasa sulfurilor, cu formula chmică FeS₂, de culoare gălbui-arămie cu reflexe verzui și care cristalizează în sistemul cubic. Anionul din pirită este un ion de bisulfură S₂ ^2-, care structural este asemănător peroxizilor. Cristalele sunt frecvent idiomorfe, apărând sub forme de cuburi, octaedri sau dodecaedri pentagonali.

Culoarea aurie a piritei a determinat denumirea ei în limba germană Katzengold - (aurul pisicii) denumirea provine de fapt de la cuvântul Ketzer (eretic). În comparație cu aurul, pirita este însă mai plastică şi mai dură. Alte minerale cu care se poate confunda sunt marcasita şi calcopirita. Se mai numeşte şi aurul nebunilor.” ro.wikipedia.org/wiki/Pirită; http://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_sulfuric

Rezolvare
Cunoaştem:

1. 
   masa de soluţie H₂SO₄ = 1 tonã=1000Kg
   
2. 
   concentraţia procentualã a soluţiei= 60 %
   
3. 
   randamentul de obţinere acid sulfuric=80%
   
4. 
   reacţiile chimice de la fabricarea acidului sulfuric din piritã;
   
5. 
   procentul de FeS₂ din piritã=40%
   
6. 
   masele atomice: K=39; Fe=56; S=32; O=16; N=14;H=1;
   

Nu cunoaştem:

1. 
   masa dizolvatã de acid sulfuric, care reprezintã masa practicã obţinutã cu randament de 80%;
   
2. 
   masa teoreticã de acid sulfuric, care s-ar obţine cu randamet de 100%-fãrã pierderi;
   
3. 
   masa de FeS₂ (kg) necesarã;
   
4. 
   masa de sulfat de amoniu obţinutã din acidul sulfuric;
   
5. 
   compoziţia procentualã a sulfatului de amoniu.
   

Varianta propusã pentru rezolvare

Se pleacã de la produsul finit acidul sulfuric, la care cunoscând masa teoreticã, pe bazã de calcul stoechiometric ( calcul pe baza reacţiilor chimice) se aflã masa de piritã şi de sulfat de amoniu.

1. 
   Reacţii chimice de la fabricarea acidului sulfuric din piritã:
   

4FeS₂ + 11O₂ = 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

SO₂ + ½ O₂ = SO₃

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Reacţia globalã este:

4FeS₂ + 15 O₂ + 8 H₂O = 2Fe₂O₃ + 8 H₂SO₄

2. 
   Masa de piritã
   

1. 
   se calculeazã masa dizolvatã în 1000 kg de soluţie acid sulfuric cu o concentraţie procentualã de 60 %. Ea reprezintã masa practicã de acid sulfuric rezultatã din procesul tehnologic.
   

md de H₂SO₄ = (1000 kg x 60) / 100 = 600 kg

2. 
   se calculeazã cantitatea teoreticã de acid sulfuric rezultat, cunoscând randamentul de obţinere şi cantitatea teoreticã ( este masa dizolvatã)
   

η = m_p x100/ m_t

unde:

η = 60 %

m_p = 600 kg de H₂SO₄

m_t = (600x100) : 80 = 750 Kg

3. 
   se aplicã calculul stoechiometric în reacţia globalã de obţinere acid sulfuric, din care rezultã o regulã de trei simplã cu necunoscuta, masa de FeS₂
   

M _FeS2 = A _Fe + 2 A _S = 56 + 2x32=120

M _H2SO4 = 2A_H + A_S + 4A_O = 2x1+32+4x16=98

X …………………………………..750Kg /mase

4FeS₂ + 15 O₂ + 8 H₂O = 2Fe₂O₃ + 8 H₂SO₄

4x120……………………………….8x98 / mase moleculare

X = 4x120x750 / 8x98 = 459,18 Kg de FeS₂

4. 
   se calculeazã masa de piritã cu regula de trei simplã, de mai jos:
   

dacã 100% piritã…………..are………………..40% FeS₂ pur

atunci în Y kg piritã………….sunt……………..459,18 kg FeS₂ pur
Y = 100 % x 459,18 kg / 40 % = 1147,95 kg = 1148 kg piritã

3. 
   Masa de sulfat de amoniu
   

Se aplicã un calcul stoechiometric, pe baza reacţiei de mai jos şi la care se foloseşte masa practicã de acid sulfuric, obţinutã în procesul tehnologic. Avem nevoie de masele moleculare ale acidului sulfuric şi a sulfatului de amoniu:

M_{(NH4)2 SO4} = 2(A _N + 4A_H) + A_S + 4A_O = 2(14+4x1)+32+4x16= 132

M _H2SO4 = 2A_H + A_S + 4A_O = 2x1+32+4x16=98

600kg……………….X

H₂SO₄ + 2 NH₃ = (NH₄)₂ SO₄

98………………….132

X= 600 kg x 132/ 98 = 808 kg de sulfat de amoniu

4. 
   Compoziţia procentualã a sulfatului de amoniu
   

“Compoziţia procentualã a unui compus chimic reprezintã numãrul de pãrţi (procente) din fiecare compus, conţinute de 100 pãrţi (procente) compus”.

Marilena Şerban, Felicia Nuţã, Rezolvare de probleme de chimie, clasele VII-XII, mic dicţionar, Editura Aramis, 2004
1 mol de (NH₄)₂ SO₄ conţine:

2 moli de atomi N; 8 moli atomi H; 1 mol de atomi de S; 4 moli de atomi O

Masele molare atomice A s-au dat în datele cunoscute ale problemei.
132 g(NH₄)₂ SO₄…..28gN………8g H………32 g S……….64 g O

100 % (NH₄)₂ SO_4…….X %N…….Y % H…….Z % S………T % O

X % N = 100 % x 28g / 132 g = 21,21%

Y % H = 100 % x 8 g / 132 g = 6,06 %

Z % S = 100% x 32 g /132 g = 24,24 %

T % O = 100 % x64 g / 132 g = 48,49 %

R: 1148 kg piritã; 808 kg sulfat de amoniu; 21,21 % N, 6,06 % H, 24,24 % S,

48,49 % O

6/ 11.63 pag.135

O soluţie de CuSO₄ se trateazã cu 1 L soluţie de NaOH 20%. Precipitatul este calcinat, iar pulberea neagrã rezultatã prin calcinare este redusã la carbune. Se cere:

1. 
   Scrierea ecuaţiei primei reacţii chimice sub formã ionicã;
   
2. 
   Scrierea tuturor ecuaţiilor reacţiilor chimice;
   
3. 
   Cantitatea de pulbere neagrã rezultatã din a doua reacţie ştiind cã randamentul acesteia este 80%;
   
4. 
   Cantitatea de metal rezultat din reacţia C;
   
5. 
   Volumul de gaz rezultat în condiţii normale.
   

DATE DESPRE CUPRU –CONDUCTOR ELECTRIC FOARTE BUN

“Cuprul (numit şi aramă) este un element din tabelul periodic având simbolul Cu şi numărul atomic 29. Cuprul este un metal de culoare roşcată, foarte bun conducător de electricitate şi căldură. Cuprul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri; arheologii descoperind obiecte din acest metal datând din 8700 î.Hr. Originea numelui vine de la cuvântul latinesc cyprium (provenit de la insula Cipru). În Asia au fost descoperite urmele unor mine de cupru ce datează din timpul Epocii Caldeene.  Se crede că elementul cupru a fost al treilea descoperit, după aur şi argint. Majoritatea cuprului scos din mină este sub formă de compuşi, cum ar fi sulfaţi sau sulfuri.  Europa (incluzând şi Rusia) a întregit 43% din necesarul de cupru prin reciclare. Reciclarea rămâne un element-cheie al acoperirii cerinței de cupru.”

http://ro.wikipedia.org/wiki/Cupru

http://www.cupru.com/utilizare

Rezolvare
Cunoaştem:

1. 
   volumul soluţiei de NaOH=1 l;
   
2. 
   concentraţia procentualã a soluţiei de NaOH=20%;
   
3. 
   reacţia dintre CuSO₄ şi NaOH, care duce la Cu(OH)_2- precipitat albastru;
   
4. 
   reacţia de calcinare a precipitatului Cu(OH)₂, prin care se formeazã CuO, de culoare neagrã;
   
5. 
   reacţia CuO cu C, o reacţie redox;
   
6. 
   randamentul de formare CuO este 80%;
   
7. 
   masele atomice la: Na=23; Cu=64; O=16; C=12; H=1;
   
8. 
   considerãm cã densitatea soluţiei de NaOH = 1 g/ cm³; 1 cm³ = 1 ml
   

Nu cunoaştem:

1. 
   masa de CuO (g) obţinutã cu randament de 80%;
   
2. 
   masa de Cu (g) obţinut în reacţia cu C;
   
3. 
   volumul de gaz CO₂ format în condiţii normale de temperature şi presiune.
   

Varianta propusã pentru rezolvare

1. 
   Reacţii chimice
   

Cu²⁺ + SO₄^2- +2( Na⁺ + OH^- ) = Cu (OH)₂ (solid) + 2Na ⁺ + SO₄^2-

2. 
   Toate reacţiile chimice
   

Cu SO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

reacţie de precipitare; Cu(OH)₂ este un precipitat albastru

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

reacţie de descompunere la cald, prin care se formeazã CuO, o pulbere negrã

2CuO + C = 2Cu + CO₂

reacţie redox; are loc la temperature ridicatã; este reducerea CuO cu cãrbune

3. 
   Cantitatea de CuO
   

Se pleacã de la calcul stoechiometric, pe baza reacţiilor chimice de mai sus, la care se cunoaşte masa dizolvatã de NaOH şi randamentul de formare a CuO. Vom avea o proporţie între NaOH şi CuO.

1. 
   se calculeazã masa dizolvatã din 1 L soluţie cu densitatea de 1 g/ cm³ şi concentraţia procentualã de 20%
   

d soluţie= m_s / V_s

d soluţie= 1g / cm³ , deci m_s = V_s = 1L x1000 cm³ = 1000 g

m d de NaOH = m _s x cp / 100 = 1000x0,2 = 200 g de NaOH

2. 
   se formeazã proporţia; se rezolvã.
   

-se calculeazã masele moleculare la NaOH şi CuO

M _NaOH = A _Na + A _O + A _H = 23+16+1= 40

M _CuO = A _Cu + A _H = 64+16=80

-se observã din reacţiile de la pct.1 corespondenţa:

2moli de NaOH………produc 1 mol de Cu(OH)₂…..care produce 1 mol de CuO

1 mol = masa molecularã (M) / grame /

Deci 2x40 g NaOH……………….corespunde la…………80 g de CuO

Atunci 200 g de NaOH……………corespunde la…………..X g de CuO
X = 200 x 80 / 2x40 = 200 g de CuO

Acesta reprezintã masa teoreticã de CuO, care s-ar obţine cu randament de 100 %, adicã nu sunt pierderi.

- se calculeazã masa practicã de CuO, obţinutã cu randament de 80%
η = m_p x100/ m_t

unde:

η = 80 %

m_t = 200 kg de CuO

m_p = 200 g x 80%/ 100% = 160 g de CuO

4. 
   Cantitatea de Cu
   

Se rezolvã un calcul stoechiometric pe baza reacţiei dintre CuO şi C; se pune pe reacţie masa practicã de CuO obţinut.
160 g ………X

2CuO + C = 2Cu + CO₂

2x80g………2x64g
X = 160 x2x64 / 2x80 = 128 g de Cu

5. 
   Volumul de gaz CO₂ în condiţii normale
   

Se rezolvã un calcul stoechiometric pe baza reacţiei de mai sus, cunoscând volumul molar, astfel:
160 g ……………..X

2CuO + C = 2Cu + CO₂

2x80g……………..22,4 L
X = 160 g x 22,4 L / 2x80 g = 22,4L
R: 160 g; 128 g; 22,4 L