Chemia ogólna: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 14 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadania Wróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Stechiometria

Mole: n = m/M
Stężenie: c = n/V
Stosunek molowy: użyj współczynników uzgodnionego równania
Substrat limitujący: ten, który wyczerpie się pierwszy
Wydajność procentowa: rzeczywista / teoretyczna × 100%

Metoda

Napisz i zbilansuj równanie reakcji.
Zamień podaną masę na mole: n = m/M.
Użyj współczynników jako stosunku molowego, aby wyznaczyć liczbę moli szukanej substancji.
Przelicz z powrotem na masę: m = n·M. Przy dwóch substratach najpierw wyznacz substrat limitujący.

Stężenie molowe i rozcieńczanie

Stężenie molowe: c = n/V (mol/L)
Mole: n = m/M
Rozcieńczanie: c₁V₁ = c₂V₂
Mieszanie: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

Metoda

Przelicz masę na mole: n = m/M.
Przelicz objętość na litry.
Stężenie molowe c = n/V w mol/L.
Przy rozcieńczaniu liczba moli się nie zmienia: c₁V₁ = c₂V₂.

Równanie stanu gazu doskonałego

Równanie stanu gazu doskonałego: pV = nRT
Stała gazowa: R = 8,314 J/(mol·K)
Prawo gazowe dla dwóch stanów: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Mole: n = m/M
Temperatura: T[K] = T[°C] + 273,15

Kalorymetria i entalpia

Ciepło: q = m·c·ΔT
Woda: c = 4,18 J/(g·°C)
Kalorymetr: ciepło oddane = ciepło pobrane
Entalpia reakcji: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Równowaga chemiczna

Stała równowagi: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
Tabela ICE: Początek, Zmiana (×współczynnik), Równowaga
Równanie kwadratowe: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Metoda

Zapisz K_c jako produkty przez substraty, każdy podniesiony do potęgi równej jego współczynnikowi.
Ułóż tabelę ICE: stan początkowy (I), zmiana (C, w krokach x razy współczynniki), stan równowagi (E).
Podstaw wyrażenia równowagowe do K_c i rozwiąż względem x.
Sprawdź, czy x jest dość małe, aby zastosować przybliżenie; w przeciwnym razie rozwiąż równanie kwadratowe.

pH i bufory

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Słaby kwas: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
Bufor: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
Rozcieńczanie: c₁V₁ = c₂V₂

Metoda

Ustal, czy kwas lub zasada jest mocna (całkowicie zdysocjowana), czy słaba.
Mocny kwas: [H⁺] jest równe jego stężeniu. Mocna zasada: najpierw wyznacz [OH⁻].
Słaby kwas: rozwiąż K_a = x²/(c − x) względem x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], a pH + pOH = 14 w 25 °C.

Kinetyka reakcji

Pierwszy rząd: ln(C_A/C_A0) = −kt
Okres półtrwania (pierwszy rząd): t_½ = ln 2/k
Drugi rząd: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arrhenius: k = A·e^−E_a/(RT)
Dwie temperatury: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2Zadania do ćwiczenia

1.StechiometriaŚredni

8 g Fe₂O₃ i 32 g CO reagują zgodnie z Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. Jaka masa m CO₂ może powstać?

M(Fe₂O₃) = 159,69M(CO) = 28,01M(CO₂) = 44,01 g/mol

m = g

2.StechiometriaTrudny

W reakcji N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 6 g N₂ reaguje całkowicie (pozostałe substraty w nadmiarze) i otrzymuje się 5,69 g NH₃. Wyznacz wydajność procentową Y.

M(N₂) = 28,02 g/molM(NH₃) = 17,03 g/molrzeczywista: 5,69 g

Y = %

3.Stężenie molowe i rozcieńczanieŚredni

Potrzebujesz 1000 mL roztworu o stężeniu 0,3 mol/L, a masz roztwór wyjściowy o stężeniu 6 mol/L. Jakiej objętości V₁ roztworu wyjściowego potrzebujesz?

c₁ = 6 mol/Lc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 1000 mL

V₁ = mL

4.Stężenie molowe i rozcieńczanieTrudny

200 mL roztworu o stężeniu 0,2 mol/L zmieszano z 100 mL roztworu tej samej substancji o stężeniu 0,3 mol/L. Wyznacz stężenie c mieszaniny (objętości są addytywne).

c₁ = 0,2 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 100 mL

c = mol/L

5.Równanie stanu gazu doskonałegoŚredni

Zbiornik o pojemności 10 L zawiera 100 g (CO₂) w temperaturze 15 °C. Potraktuj go jak gaz doskonały i wyznacz ciśnienie P.

m = 100 gM = 44,01 g/molV = 10 LT = 15 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Równanie stanu gazu doskonałegoTrudny

Stała ilość gazu (N₂) przechodzi od 400 kPa, 10 L, 15 °C do 650 kPa i 160 °C. Wyznacz nową objętość V₂.

P₁ = 400 kPaV₁ = 10 LT₁ = 15 °CP₂ = 650 kPaT₂ = 160 °C

V₂ = L

7.Kalorymetria i entalpiaŚredni

Metalowy klocek (ołów) o masie 50 g (c = 0,129 J/(g·°C)) i temperaturze 150 °C wrzucono do 150 g wody (c = 4,18 J/(g·°C)) o temperaturze 23 °C w izolowanym naczyniu. Wyznacz temperaturę końcową T_f.

m_metal = 50 gc_metal = 0,129 J/(g·°C)T_metal = 150 °Cm_water = 150 gT_water = 23 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorymetria i entalpiaTrudny

Użyj standardowych entalpii tworzenia, aby wyznaczyć ΔH° reakcji C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l).

ΔH°f(C₂H₅OH) = −277,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = kJ

9.Równowaga chemicznaŚredni

Do naczynia wprowadzono 0,1 mol/L H₂ i 0,1 mol/L I₂, które reagują: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, przy K_c = 64. Wyznacz stężenie równowagowe [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,1 mol/LK_c = 64

[H₂] = mol/L

10.Równowaga chemicznaTrudny

PCl₅ rozkłada się: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, przy K_c = 0,5 w temperaturze reakcji. Na początku w naczyniu jest tylko PCl₅ o stężeniu 0,1 mol/L. Wyznacz stężenie równowagowe [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,1 mol/LK_c = 0,5

[PCl₅] = mol/L

11.pH i buforyŚredni

Wyznacz pH pH roztworu o stężeniu 0,2 mol/L, którym jest kwas podchlorawy (Ka = 3 × 10⁻⁸).

c = 0,2 mol/LKa = 3 × 10⁻⁸

pH =

12.pH i buforyTrudny

Bufor o objętości 1,00 L zawiera 0,3 mol, którym jest kwas mlekowy, oraz 0,25 mol sprzężonej zasady (Ka = 0,00014). Dodaje się 0,02 mol NaOH. Wyznacz nowe pH pH.

n(HA) = 0,3 moln(A⁻) = 0,25 moln(OH⁻) = 0,02 molKa = 0,00014

pH =

13.Kinetyka reakcjiŚredni

Reakcja pierwszego rzędu w reaktorze okresowym ma k = 0,05 min⁻¹. Ile czasu potrzeba, aby osiągnąć 75% przereagowania? Wyznacz t.

k = 0,05 min⁻¹X = 75 %

t = min

14.Kinetyka reakcjiTrudny

Reakcja ma stałą szybkości 0,01 min⁻¹ w 30 °C i energię aktywacji 40 kJ/mol. Wyznacz stałą szybkości k₂ w 70 °C.

k₁ = 0,01 min⁻¹T₁ = 30 °CT₂ = 70 °CE_a = 40 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

3Roztwory

1.Stechiometria

Odpowiedź: m = 6,614 g

Stechiometria: uzgodnione równanie liczy cząstki, nie gramy. Zamień masę na mole wzorem n = m/M, użyj współczynników równania jako stosunku molowego, a potem wróć do masy: m = n·M. Przy dwóch substratach substrat limitujący to ten, który zużyje się pierwszy i ogranicza ilość produktu.

Mole każdego substratu

n(Fe₂O₃) = 8/159,69 = 0,0501 mol

n(CO) = 32/28,01 = 1,142 mol

Substrat limitujący

0,0501/1 = 0,0501, 1,142/3 = 0,3808 → Fe₂O₃

Masa produktu

n(CO₂) = 0,0501·3 = 0,1503 mol

m = 0,1503·44,01 = 6,614 g

Odpowiedź

m = 6,614 g

2.Stechiometria

Odpowiedź: Y = 78,02 %

Wydajność teoretyczna

n(N₂) = 6/28,02 = 0,2141 mol

m = 0,2141·2/1·17,03 = 7,293 g

Wydajność procentowa

Y = 5,69/7,293·100 = 78,02%

Odpowiedź

Y = 78,02%

3.Stężenie molowe i rozcieńczanie

Odpowiedź: V₁ = 50 mL

Stężenie molowe: c = n/V w mol/L, gdzie n = m/M. Rozcieńczanie dodaje rozpuszczalnik, ale nie substancję rozpuszczoną, więc liczba moli się nie zmienia: c₁·V₁ = c₂·V₂. Po zmieszaniu dwóch roztworów tej samej substancji sumują się mole, a także objętości.

Objętość roztworu wyjściowego

V₁ = c₂·V₂/c₁ = 0,3·1000/6 = 50 mL

Odpowiedź

V₁ = 50 mL

4.Stężenie molowe i rozcieńczanie

Odpowiedź: c = 0,2333 mol/L

Całkowita liczba moli

n = 0,2·200 + 0,3·100 = 70 mmol

Stężenie mieszaniny

c = 70/300 = 0,2333 mol/L

Odpowiedź

c = 0,2333 mol/L

5.Równanie stanu gazu doskonałego

Odpowiedź: P = 544,3 kPa

Równanie stanu gazu doskonałego: PV = nRT, gdzie n = m/M.

Mole

n = m/M = 100/44,01 = 2,272 mol

T = 15 + 273,15 = 288,1 K

Ciśnienie

P = nRT/V = 2,272·8,314·288,1/0,01 = 544,3 kPa

Odpowiedź

P = 544,3 kPa

6.Równanie stanu gazu doskonałego

Odpowiedź: V₂ = 9,251 L

Równanie Clapeyrona dla stałej ilości gazu: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Temperatury bezwzględne

T₁ = 288,1 K, T₂ = 433,1 K

Prawo gazowe dla dwóch stanów

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 10·(400/650)·(433,1/288,1) = 9,251 L

Odpowiedź

V₂ = 9,251 L

7.Kalorymetria i entalpia

Odpowiedź: T_f = 24,29 °C

Ciepło i entalpia: ogrzanie substancji wymaga q = m·c·ΔT. W kalorymetrze ciepło oddane przez ciało gorące jest równe ciepłu pobranemu przez ciało zimne. Zmianę entalpii reakcji wyznacza się z entalpii tworzenia: ΔH° = ΣΔH°f(produkty) − ΣΔH°f(substraty), każdą pomnożoną przez jej współczynnik.

Bilans cieplny

50·0,129·(150 − T_f) = 150·4,18·(T_f − 23)

Wyznacz temperaturę końcową

T_f = (6,45·150 + 627·23)/(6,45 + 627) = 24,29 °C

Odpowiedź

T_f = 24,29 °C

8.Kalorymetria i entalpia

Odpowiedź: ΔH° = −1367 kJ

Entalpia reakcji

ΔH° = [2·(−393,5) + 3·(−285,8)] − [1·(−277,7) + 3·0] = −1367 kJ

Odpowiedź

ΔH° = −1367 kJ

Ujemna: reakcja wydziela ciepło (egzotermiczna).

9.Równowaga chemiczna

Odpowiedź: [H₂] = 0,02 mol/L

Równowaga chemiczna: dla aA + bB ⇌ cC + dD stała równowagi wynosi K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), przy stężeniach w stanie równowagi. Tabela ICE (początek, zmiana, równowaga) wiąże ilości początkowe z ilościami w stanie równowagi przez jedną niewiadomą x, pomnożoną przez współczynniki.

Wyrażenie na stałą równowagi

64 = (2x)²/(0,1 − x)²

Wyciągnij pierwiastek

8 = 2x/(0,1 − x) → x = 0,1·8/(2 + 8) = 0,08 mol/L

Stężenie równowagowe

[H₂] = 0,1 − x = 0,02 mol/L

Odpowiedź

[H₂] = 0,02 mol/L

10.Równowaga chemiczna

Odpowiedź: [PCl₅] = 0,01459 mol/L

Wyrażenie na stałą równowagi

0,5 = x²/(0,1 − x) → x² + 0,5·x − 0,05 = 0

Rozwiąż równanie kwadratowe

x = (−0,5 + √(0,5² + 4·0,05))/2 = 0,08541 mol/L

Stężenie równowagowe

[PCl₅] = 0,1 − 0,08541 = 0,01459 mol/L

Odpowiedź

[PCl₅] = 0,01459 mol/L

11.pH i bufory

Odpowiedź: pH = 4,111

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] i pOH = −log₁₀[OH⁻], przy czym pH + pOH = 14 w 25 °C. Mocne kwasy i zasady dysocjują całkowicie. Słaby kwas tylko częściowo: Ka = x²/(c − x), gdzie x = [H₃O⁺]. Bufor ze słabego kwasu i sprzężonej z nim zasady spełnia równanie Hendersona–Hasselbalcha: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Równowaga

HA ⇌ H⁺ + A⁻: dysocjuje x mol/L kwasu.

Ka = x²/(0,2 − x) → x = 7,744 × 10⁻⁵ mol/L

pH

pH = −log(7,744 × 10⁻⁵) = 4,111

Odpowiedź

pH = 4,111

12.pH i bufory

Odpowiedź: pH = 3,838

Zobojętnianie

n(HA) = 0,3 − 0,02 = 0,28 mol

n(A⁻) = 0,25 + 0,02 = 0,27 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 3,854 + log(0,27/0,28) = 3,838

Odpowiedź

pH = 3,838

13.Kinetyka reakcji

Odpowiedź: t = 27,73 min

Szybkość reakcji: dla reakcji pierwszego rzędu −dC/dt = kC, więc C = C₀·e^−kt, a okres półtrwania ln 2/k nie zależy od stężenia. Dla reakcji drugiego rzędu 1/C = 1/C₀ + kt. Stała szybkości rośnie z temperaturą zgodnie z równaniem Arrheniusa: k = A·e^−Ea/(RT).

Przereagowanie i stężenie

C/C₀ = 1 − X = 0,25

Wyznacz czas

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,25)/0,05 = 27,73 min

Odpowiedź

t = 27,73 min

14.Kinetyka reakcji

Odpowiedź: k₂ = 0,0636 min⁻¹

Temperatury bezwzględne

T₁ = 303,1 K, T₂ = 343,1 K

Stosunek z równania Arrheniusa

ln(k₂/k₁) = −(40000/8,314)·(1/343,1 − 1/303,1) = 1,85

k₂ = 0,01·e^1,85 = 0,0636 min⁻¹

Odpowiedź

k₂ = 0,0636 min⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry