Dæmi um umræðuspurningu um lausnarstökíómetríu
Stöðugfræði er grein efnafræðinnar sem rannsakar megindlega tengslin milli hvarfefna og afurða í efnahvörfum. Lausnarstöðugfræði er sértækari þar sem hún einbeitir sér að efnahvörfum sem eiga sér stað í leysi, oftast vatni. Í þessari grein munum við ræða dæmi um vandamál sem tengjast lausnarstöðugfræði til að skilja þetta hugtak betur.
Grunnhugtök lausnarstóíkíómetríu
Áður en við förum yfir dæmispurningarnar eru nokkur grunnhugtök sem við þurfum að skilja:
1. Mólstyrkur (M): Styrkur lausnar er gefinn upp í mólstyrk. Mólstyrkur er fjöldi móla af uppleystu efni á lítra af lausn (mól/L).
2. Mól: Magneining efnis þar sem eru agnir samkvæmt tölu Avogadros (6.022 x 10²³).
3. Rúmmál lausnar: Venjulega mælt í lítrum (L).
Með þessa grunnþekkingu erum við tilbúin til að halda áfram að skoða dæmi um vandamál og lausnir.
Dæmispurning 1: Útreikningur á mólstyrk lausnar
Spurning:
Miðað við að 5 grömm af NaCl (natríumklóríði) eru leyst upp í 250 ml af vatni, hver er þá mólstyrkur NaCl lausnarinnar?
Lausn:
1. Reiknaðu fjölda móla af NaCl:
– Mólþungi (BM) NaCl: Na (23) + Cl (35.5) = 58.5 g/mól
– Fjöldi móla = Massi / BM
„“
Fjöldi móla af NaCl = 5 g / 58.5 g/mól ≈ 0.0855 mól
„“
2. Umbreyttu rúmmáli lausnar úr ml í L:
„“
Lausnarrúmmál = 250 ml = 0.250 l
„“
3. Reiknaðu mólarstyrkinn (M):
„“
Mólarstyrkur (M) = Fjöldi móla / Rúmmál lausnar
= 0.0855 mól / 0.250 l
≈ 0.342 M
„“
Þannig er mólarstyrkur NaCl lausnarinnar 0.342 M.
Dæmispurning 2: Hlutleysingarviðbrögð
Spurning:
Hvert er magn af 0.5 M HCl lausn til að hlutleysa 50 ml af 0.1 M NaOH lausn?
Lausn:
Viðbrögðin sem eiga sér stað:
„“
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
„“
Þessi viðbrögð eiga sér stað í hlutfallinu 1:1.
1. Reiknaðu fjölda móla af NaOH:
„“
Fjöldi móla af NaOH = Mólarstyrkur x Rúmmál
= 0.1 M x 0.050 L
= 0.005 mól
„“
2. Þar sem hvarfhlutfallið er 1:1, er fjöldi móla af HCl = fjöldi móla af NaOH = 0.005 mól.
3. Reiknaðu út rúmmál HCl lausnarinnar sem þarf:
„“
Rúmmál HCl = Fjöldi móla / Mólarstyrkur
= 0.005 mól / 0.5 M
= 0.01 l (eða 10 ml)
„“
Þannig að rúmmál 0.5 M HCl lausnar er 10 ml.
Dæmispurning 3: Sýru-basa títrun
Spurning:
25 ml lausn af CH₃COOH (ediksýru) er títruð með 0.1 M NaOH lausn að jafngildispunkti. 30 ml af NaOH lausn þarf til að ná jafngildispunkti. Reiknið mólstyrk CH₃COOH lausnarinnar.
Lausn:
Viðbrögðin sem eiga sér stað:
„“
CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
„“
Þessi viðbrögð eiga sér einnig stað í hlutfallinu 1:1.
1. Reiknaðu fjölda móla af NaOH sem notað var:
„“
Fjöldi móla af NaOH = Mólarstyrkur x Rúmmál
= 0.1 M x 0.030 L
= 0.003 mól
„“
2. Fjöldi móla af CH₃COOH er sá sami og fjöldi móla af NaOH sem hvarfast (hlutfallið 1:1):
„“
Fjöldi móla af CH₃COOH = 0.003 mól
„“
3. Reiknaðu mólarstyrk CH₃COOH:
„“
Mólarstyrkur (M) = Fjöldi móla / Rúmmál
= 0.003 mól / 0.025 l
= 0.12 M
„“
Þannig að mólarstyrkur CH₃COOH lausnarinnar er 0.12 M.
Dæmispurning 4: Þynning lausnar
Spurning:
Hversu mikið magn af vatni þarf að bæta við til að þynna 100 ml af 1 M H₂SO₄ lausn þannig að styrkur hennar verði 0.25 M?
Lausn:
1. Notið þynningarformúluna (M₁V₁ = M₂V₂):
– M₁ = 1 M
– V₁ = 100 ml
– M₂ = 0.25 M
2. Reiknaðu V₂:
„“
M₁V₁ = M₂V₂
1 M x 100 ml = 0.25 M x V₂
V₂ = (1 x 100) / 0.25
= 400 ml
„“
3. Reiknaðu út rúmmál vatns sem á að bæta við:
„“
Rúmmál af bættu vatni = V₂ – V₁
= 400 ml – 100 ml
= 300 ml
„“
Því er nauðsynlegt að bæta við 300 ml af vatni til að þynna H₂SO₄ lausnina úr 1 M í 0.25 M.
Dæmispurning 5: Úrkomuviðbrögð
Spurning:
Hversu mörg grömm af AgCl botnfalli myndast þegar 100 ml af 0.1 M AgNO₃ lausn er blandað saman við 100 ml af 0.1 M NaCl lausn?
Lausn:
Viðbrögðin sem eiga sér stað:
„“
AgNO₃ + NaCl → AgCl (úrkoma) + NaNO₃
„“
Þessi viðbrögð eiga sér stað í hlutfallinu 1:1.
1. Reiknaðu fjölda móla af AgNO₃ og NaCl:
„“
Fjöldi móla af AgNO₃ = Mólarstyrkur x Rúmmál
= 0.1 M x 0.100 L
= 0.01 mól
Fjöldi móla af NaCl = Mólarstyrkur x Rúmmál
= 0.1 M x 0.100 L
= 0.01 mól
„“
2. Þar sem hlutfallið í viðbrögðunum er 1:1, þá er fjöldi móla af AgCl sem myndast = Fjöldi móla af AgNO₃ eða NaCl:
„“
Fjöldi móla af AgCl = 0.01 mól
„“
3. Reiknaðu massa AgCl:
– Mólþungi AgCl = Ag (107.87) + Cl (35.45) = 143.32 g/mól
„“
Massi AgCl = Fjöldi móla x BM
= 0.01 mól x 143.32 g/mól
= 1.4332 g
„“
Þannig að massi AgCl botnfallsins sem myndast er 1.4332 grömm.
Niðurstaða
Þessi grein fjallar um nokkur dæmi um vandamál og lausnir varðandi steikíómetríu lausna, þar á meðal útreikning á mólarþéttni, hlutleysingarviðbrögðum, sýru-basa títrunum, þynningu og myndun botnfalls. Með því að skilja þessi dæmi getum við betur skilið hvernig hugtakið steikíómetría lausna er notað í raunverulegum aðstæðum. Steikíómetría lausna er ekki aðeins mikilvæg í efnafræði heldur hefur hún einnig víðtæka notkun á ýmsum sviðum eins og lyfjafræði, lífefnafræði og efnaiðnaði.
