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

12 g Fe₂O₃ i 40 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 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ 8 g Al reaguje całkowicie (pozostałe substraty w nadmiarze) i otrzymuje się 21,74 g AlCl₃. Wyznacz wydajność procentową Y.

M(Al) = 26,98 g/molM(AlCl₃) = 133,33 g/molrzeczywista: 21,74 g

Y = %

3.Stężenie molowe i rozcieńczanieŚredni

Potrzebujesz 100 mL roztworu o stężeniu 0,3 mol/L, a masz roztwór wyjściowy o stężeniu 4 mol/L. Ile wody V_water należy dodać do roztworu wyjściowego?

c₁ = 4 mol/Lc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 100 mL

V_water = mL

4.Stężenie molowe i rozcieńczanieTrudny

100 mL roztworu o stężeniu 0,5 mol/L zmieszano z 200 mL roztworu tej samej substancji o stężeniu 0,3 mol/L. Wyznacz stężenie c mieszaniny (objętości są addytywne).

c₁ = 0,5 mol/LV₁ = 100 mLc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 200 mL

c = mol/L

5.Równanie stanu gazu doskonałegoŚredni

Zbiornik o pojemności 10 L zawiera 360 g (CO₂) w temperaturze 25 °C. Potraktuj go jak gaz doskonały i wyznacz ciśnienie P.

m = 360 gM = 44,01 g/molV = 10 LT = 25 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Równanie stanu gazu doskonałegoTrudny

Wyznacz gęstość ρ gazu (CH₄) przy 550 kPa i 10 °C, traktując go jak gaz doskonały.

M = 16,04 g/molP = 550 kPaT = 10 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Kalorymetria i entalpiaŚredni

Metalowy klocek (cynk) o masie 150 g (c = 0,388 J/(g·°C)) i temperaturze 170 °C wrzucono do 250 g wody (c = 4,18 J/(g·°C)) o temperaturze 15 °C w izolowanym naczyniu. Wyznacz temperaturę końcową T_f.

m_metal = 150 gc_metal = 0,388 J/(g·°C)T_metal = 170 °Cm_water = 250 gT_water = 15 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorymetria i entalpiaTrudny

Użyj standardowych entalpii tworzenia, aby wyznaczyć ciepło q wydzielone przy całkowitym spaleniu 100 g substancji C₃H₈ (M = 44,1 g/mol): C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O(l). Podaj q jako liczbę dodatnią.

ΔH°f(C₃H₈) = −103,8 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

9.Równowaga chemicznaŚredni

Do naczynia wprowadzono 0,2 mol/L H₂ i 0,2 mol/L I₂, które reagują: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, przy K_c = 4. Wyznacz stężenie równowagowe [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LK_c = 4

[H₂] = mol/L

10.Równowaga chemicznaTrudny

PCl₅ rozkłada się: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, przy K_c = 0,01 w temperaturze reakcji. Na początku w naczyniu jest tylko PCl₅ o stężeniu 0,25 mol/L. Wyznacz stężenie równowagowe [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0,25 mol/LK_c = 0,01

[Cl₂] = mol/L

11.pH i buforyŚredni

Wyznacz pH pH roztworu o stężeniu 0,05 mol/L, którym jest kwas mrówkowy (Ka = 0,00018).

c = 0,05 mol/LKa = 0,00018

pH =

12.pH i buforyTrudny

Bufor zawiera 0,25 mol/L, którym jest kwas podchlorawy, oraz 0,3 mol/L jego soli sodowej. Ka = 3 × 10⁻⁸. Wyznacz pH pH buforu.

[HA] = 0,25[A⁻] = 0,3Ka = 3 × 10⁻⁸

pH =

13.Kinetyka reakcjiŚredni

Reakcja pierwszego rzędu w reaktorze okresowym ma k = 0,1 min⁻¹. Ile czasu potrzeba, aby osiągnąć 50% przereagowania? Wyznacz t.

k = 0,1 min⁻¹X = 50 %

t = min

14.Kinetyka reakcjiTrudny

Reakcja ma energię aktywacji 55 kJ/mol. W 50 °C przebiega zbyt wolno. Do jakiej temperatury T₂ (w °C) trzeba ją ogrzać, aby przebiegała 10 razy szybciej?

E_a = 55 kJ/molT₁ = 50 °Ck₂/k₁ = 10R = 8,314 J/(mol·K)

T₂ = °C

3Roztwory

1.Stechiometria

Odpowiedź: m = 9,921 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) = 12/159,69 = 0,07515 mol

n(CO) = 40/28,01 = 1,428 mol

Substrat limitujący

0,07515/1 = 0,07515, 1,428/3 = 0,476 → Fe₂O₃

Masa produktu

n(CO₂) = 0,07515·3 = 0,2254 mol

m = 0,2254·44,01 = 9,921 g

Odpowiedź

m = 9,921 g

2.Stechiometria

Odpowiedź: Y = 54,99 %

Wydajność teoretyczna

n(Al) = 8/26,98 = 0,2965 mol

m = 0,2965·2/2·133,33 = 39,53 g

Wydajność procentowa

Y = 21,74/39,53·100 = 54,99%

Odpowiedź

Y = 54,99%

3.Stężenie molowe i rozcieńczanie

Odpowiedź: V_water = 92,5 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 = 0,3·100/4 = 7,5 mL

Woda do dodania

V_water = 100 − 7,5 = 92,5 mL

Odpowiedź

V_water = 92,5 mL

4.Stężenie molowe i rozcieńczanie

Odpowiedź: c = 0,3667 mol/L

Całkowita liczba moli

n = 0,5·100 + 0,3·200 = 110 mmol

Stężenie mieszaniny

c = 110/300 = 0,3667 mol/L

Odpowiedź

c = 0,3667 mol/L

5.Równanie stanu gazu doskonałego

Odpowiedź: P = 2028 kPa

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

Mole

n = m/M = 360/44,01 = 8,18 mol

T = 25 + 273,15 = 298,1 K

Ciśnienie

P = nRT/V = 8,18·8,314·298,1/0,01 = 2028 kPa

Odpowiedź

P = 2028 kPa

6.Równanie stanu gazu doskonałego

Odpowiedź: ρ = 3,747 kg/m³

Gęstość gazu doskonałego: ρ = PM/(RT).

Przekształć prawo gazowe

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 10 + 273,15 = 283,1 K

Gęstość

ρ = 550·16,04/(8,314·283,1) = 3,747 kg/m³

Odpowiedź

ρ = 3,747 kg/m³

7.Kalorymetria i entalpia

Odpowiedź: T_f = 23,18 °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

150·0,388·(170 − T_f) = 250·4,18·(T_f − 15)

Wyznacz temperaturę końcową

T_f = (58,2·170 + 1045·15)/(58,2 + 1045) = 23,18 °C

Odpowiedź

T_f = 23,18 °C

8.Kalorymetria i entalpia

Odpowiedź: q = 5034 kJ

Entalpia reakcji

ΔH° = [3·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [1·(−103,8) + 5·0] = −2220 kJ

Ciepło dla podanej masy

n = 100/44,1 = 2,268 mol

q = n·|ΔH°/1| = 2,268·2220 = 5034 kJ

Odpowiedź

q = 5034 kJ

9.Równowaga chemiczna

Odpowiedź: [H₂] = 0,1 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

4 = (2x)²/(0,2 − x)²

Wyciągnij pierwiastek

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

Stężenie równowagowe

[H₂] = 0,2 − x = 0,1 mol/L

Odpowiedź

[H₂] = 0,1 mol/L

10.Równowaga chemiczna

Odpowiedź: [Cl₂] = 0,04525 mol/L

Wyrażenie na stałą równowagi

0,01 = x²/(0,25 − x) → x² + 0,01·x − 0,0025 = 0

Rozwiąż równanie kwadratowe

x = (−0,01 + √(0,01² + 4·0,0025))/2 = 0,04525 mol/L

Stężenie równowagowe

[Cl₂] = x = 0,04525 mol/L

Odpowiedź

[Cl₂] = 0,04525 mol/L

11.pH i bufory

Odpowiedź: pH = 2,536

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/(0,05 − x) → x = 0,002911 mol/L

pH

pH = −log(0,002911) = 2,536

Odpowiedź

pH = 2,536

12.pH i bufory

Odpowiedź: pH = 7,602

pKa

pKa = 7,523

Henderson–Hasselbalch

pH = 7,523 + log(0,3/0,25) = 7,602

Odpowiedź

pH = 7,602

13.Kinetyka reakcji

Odpowiedź: t = 6,931 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 = 0,5

Wyznacz czas

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,5)/0,1 = 6,931 min

Odpowiedź

t = 6,931 min

14.Kinetyka reakcji

Odpowiedź: T₂ = 90,95 °C

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Temperatura bezwzględna

T₁ = 323,1 K

Wyznacz T₂ z równania Arrheniusa

1/T₂ = 1/323,1 − 8,314·ln(10)/55000 = 3,095 × 10⁻³ − 3,481 × 10⁻⁴ = 2,746 × 10⁻³ K⁻¹

T₂ = 364,1 K = 90,95 °C

Odpowiedź

T₂ = 90,95 °C

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry