Diskusinio klausimo apie tirpalo stechiometriją pavyzdys
Stechiometrija yra chemijos šaka, tirianti kiekybinį ryšį tarp reagentų ir produktų cheminėje reakcijoje. Tirpalų stechiometrija yra konkretesnė, nes ji sutelkia dėmesį į chemines reakcijas, vykstančias tirpiklyje, paprastai vandenyje. Šiame straipsnyje aptarsime su tirpalų stechiometrija susijusių problemų pavyzdžius, kad geriau suprastume šią koncepciją.
Pagrindinės tirpalo stechiometrijos sąvokos
Prieš pradedant nagrinėti pavyzdinius klausimus, turime suprasti keletą pagrindinių sąvokų:
1. Moliarumas (M): tirpalo koncentracija išreiškiama moliarumu. Moliarumas yra ištirpusios medžiagos molių skaičius viename litre tirpalo (mol/L).
2. Mol: medžiagos, kurioje yra Avogadro skaičius (6.022 x 10²³), kiekio vienetas.
3. Tirpalo tūris: Paprastai matuojamas litrais (L).
Turėdami šį pagrindinį supratimą, esame pasirengę pereiti prie pavyzdžių problemų ir sprendimų.
1 pavyzdžio klausimas: tirpalo moliarumo apskaičiavimas
Klausimas:
Atsižvelgiant į tai, kad 5 gramai NaCl (natrio chlorido) yra ištirpinti 250 ml vandens, kokia yra NaCl tirpalo molinė koncentracija?
Sprendimas:
1. Apskaičiuokite NaCl molių skaičių:
– NaCl molekulinė masė (BM): Na (23) + Cl (35.5) = 58.5 g/mol
– Apgamų skaičius = Masė / BM
„“
NaCl molių skaičius = 5 g / 58.5 g/mol ≈ 0.0855 mol
„“
2. Konvertuokite tirpalo tūrį iš ml į l:
„“
Tirpalo tūris = 250 ml = 0.250 l
„“
3. Apskaičiuokite molinę koncentraciją (M):
„“
Moliariškumas (M) = molių skaičius / tirpalo tūris
= 0.0855 mol / 0.250 l
≈ 0.342 M
„“
Taigi, NaCl tirpalo molinė koncentracija yra 0.342 M.
2 pavyzdžio klausimas: Neutralizacijos reakcija
Klausimas:
Koks 0.5 M HCl tirpalo tūris reikalingas 50 ml 0.1 M NaOH tirpalo neutralizavimui?
Sprendimas:
Reakcijos, kurios atsiranda:
„“
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
„“
Ši reakcija vyksta santykiu 1:1.
1. Apskaičiuokite NaOH molių skaičių:
„“
NaOH molių skaičius = moliarumas x tūris
= 0.1 M x 0.050 L
= 0.005 mol
„“
2. Kadangi reakcijos santykis yra 1:1, HCl molių skaičius = NaOH molių skaičius = 0.005 mol.
3. Apskaičiuokite reikalingą HCl tirpalo tūrį:
„“
HCl tūris = molių skaičius / moliarumas
= 0.005 mol / 0.5 M
= 0.01 l (arba 10 ml)
„“
Taigi, 0.5 M HCl tirpalo tūris yra 10 ml.
3 pavyzdžio klausimas: rūgščių ir šarmų titravimas
Klausimas:
25 ml CH₃COOH (acto rūgšties) tirpalo titruojamas 0.1 M NaOH tirpalu iki ekvivalentiškumo taško. Ekvivalencijos taškui pasiekti reikia 30 ml NaOH tirpalo. Apskaičiuokite CH₃COOH tirpalo molinę koncentraciją.
Sprendimas:
Reakcijos, kurios atsiranda:
„“
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
„“
Ši reakcija taip pat vyksta santykiu 1:1.
1. Apskaičiuokite sunaudotų NaOH molių skaičių:
„“
NaOH molių skaičius = moliarumas x tūris
= 0.1 M x 0.030 L
= 0.003 mol
„“
2. CH₃COOH molių skaičius yra toks pat, kaip ir sureagavusių NaOH molių skaičius (santykis 1:1):
„“
CH₃COOH molių skaičius = 0.003 mol
„“
3. Apskaičiuokite CH₃COOH molinę koncentraciją:
„“
Moliariškumas (M) = molių skaičius / tūris
= 0.003 mol / 0.025 l
= 0.12 mln.
„“
Taigi, CH₃COOH tirpalo molinė koncentracija yra 0.12 M.
4 klausimo pavyzdys: tirpalo skiedimas
Klausimas:
Kokį tūrį vandens reikia įpilti norint praskiesti 100 ml 1 M H₂SO₄ tirpalo, kad jo koncentracija būtų 0.25 M?
Sprendimas:
1. Naudokite skiedimo formulę (M₁V₁ = M₂V₂):
– M₁ = 1 M
– V₁ = 100 ml
– M₂ = 0.25 M
2. Apskaičiuokite V₂:
„“
M₁V₁ = M₂V₂
1 M x 100 ml = 0.25 M x V₂
V₂ = (1 × 100) / 0.25
= 400 ml
„“
3. Apskaičiuokite įpilamo vandens kiekį:
„“
Įpilto vandens tūris = V₂ – V₁
= 400 ml – 100 ml
= 300 ml
„“
Taigi, norint praskiesti H₂SO₄ tirpalą nuo 1 M iki 0.25 M, reikia įpilti 300 ml vandens.
5 pavyzdžio klausimas: Kritulių reakcija
Klausimas:
Kiek gramų AgCl nuosėdų susidaro sumaišius 100 ml 0.1 M AgNO₃ tirpalo su 100 ml 0.1 M NaCl tirpalo?
Sprendimas:
Reakcijos, kurios atsiranda:
„“
AgNO₃ + NaCl → AgCl (nuosėdos) + NaNO₃
„“
Ši reakcija vyksta santykiu 1:1.
1. Apskaičiuokite AgNO₃ ir NaCl molių skaičių:
„“
AgNO₃ molių skaičius = moliarumas x tūris
= 0.1 M x 0.100 L
= 0.01 mol
NaCl molių skaičius = moliarumas x tūris
= 0.1 M x 0.100 L
= 0.01 mol
„“
2. Kadangi reakcijos santykis yra 1:1, susidariusių AgCl molių skaičius = AgNO₃ arba NaCl molių skaičius:
„“
AgCl molių skaičius = 0.01 mol
„“
3. Apskaičiuokite AgCl masę:
– AgCl molekulinė masė = Ag (107.87) + Cl (35.45) = 143.32 g/mol
„“
AgCl masė = molių skaičius x BM
= 0.01 mol x 143.32 g/mol
= 1.4332 g
„“
Taigi, susidariusių AgCl nuosėdų masė yra 1.4332 gramo.
Išvada
Šiame straipsnyje aptarti keli su tirpalų stechiometrija susiję pavyzdiniai uždaviniai ir sprendimai, įskaitant moliariškumo apskaičiavimą, neutralizacijos reakcijas, rūgščių ir bazių titravimą, skiedimą ir nuosėdų susidarymą. Suprasdami šiuos pavyzdžius, galime geriau suprasti, kaip tirpalų stechiometrijos koncepcija taikoma realiose situacijose. Tirpalų stechiometrija yra svarbi ne tik chemijos tyrimuose, bet ir plačiai taikoma įvairiose srityse, tokiose kaip farmacija, biochemija ir chemijos pramonė.
