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

24 g H₂ i 10 g O₂ reagują zgodnie z 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Jaka masa m H₂O może powstać?

M(H₂) = 2,016M(O₂) = 32M(H₂O) = 18,02 g/mol

m = g

2.StechiometriaTrudny

W reakcji 2Mg + O₂ → 2MgO 10 g Mg reaguje całkowicie (pozostałe substraty w nadmiarze) i otrzymuje się 11,6 g MgO. Wyznacz wydajność procentową Y.

M(Mg) = 24,31 g/molM(MgO) = 40,3 g/molrzeczywista: 11,6 g

Y = %

3.Stężenie molowe i rozcieńczanieŚredni

Potrzebujesz 250 mL roztworu o stężeniu 0,5 mol/L, a masz roztwór wyjściowy o stężeniu 5 mol/L. Ile wody V_water należy dodać do roztworu wyjściowego?

c₁ = 5 mol/Lc₂ = 0,5 mol/LV₂ = 250 mL

V_water = mL

4.Stężenie molowe i rozcieńczanieTrudny

300 mL roztworu o stężeniu 0,4 mol/L zmieszano z 200 mL roztworu tej samej substancji o stężeniu 1,2 mol/L. Wyznacz stężenie c mieszaniny (objętości są addytywne).

c₁ = 0,4 mol/LV₁ = 300 mLc₂ = 1,2 mol/LV₂ = 200 mL

c = mol/L

5.Równanie stanu gazu doskonałegoŚredni

Jaką objętość V zajmuje 130 g (CH₄) przy 700 kPa i 65 °C? Potraktuj go jak gaz doskonały.

m = 130 gM = 16,04 g/molP = 700 kPaT = 65 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Równanie stanu gazu doskonałegoTrudny

Stała ilość gazu (He) przechodzi od 100 kPa, 5 L, 25 °C do 150 kPa i 200 °C. Wyznacz nową objętość V₂.

P₁ = 100 kPaV₁ = 5 LT₁ = 25 °CP₂ = 150 kPaT₂ = 200 °C

V₂ = L

7.Kalorymetria i entalpiaŚredni

Metalowy klocek (żelazo) o masie 250 g (c = 0,449 J/(g·°C)) i temperaturze 110 °C wrzucono do 100 g wody (c = 4,18 J/(g·°C)) o temperaturze 17 °C w izolowanym naczyniu. Wyznacz temperaturę końcową T_f.

m_metal = 250 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 110 °Cm_water = 100 gT_water = 17 °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 10 g substancji C₆H₁₂O₆ (M = 180,16 g/mol): C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l). Podaj q jako liczbę dodatnią.

ΔH°f(C₆H₁₂O₆) = −1274 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 0,4 mol/L H₂ i 0,4 mol/L I₂, które reagują: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, przy K_c = 16. Wyznacz stężenie równowagowe [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,4 mol/LK_c = 16

[H₂] = mol/L

10.Równowaga chemicznaTrudny

PCl₅ rozkłada się: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, przy K_c = 0,1 w temperaturze reakcji. Na początku w naczyniu jest tylko PCl₅ o stężeniu 0,8 mol/L. Wyznacz stężenie równowagowe [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,8 mol/LK_c = 0,1

[PCl₅] = mol/L

11.pH i buforyŚredni

Wyznacz pH pH roztworu o stężeniu 0,5 mol/L, którym jest kwas octowy (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).

c = 0,5 mol/LKa = 1,8 × 10⁻⁵

pH =

12.pH i buforyTrudny

Bufor o objętości 1,00 L zawiera 0,3 mol, którym jest kwas octowy, oraz 0,2 mol sprzężonej zasady (Ka = 1,8 × 10⁻⁵). Dodaje się 0,02 mol NaOH. Wyznacz nowe pH pH.

n(HA) = 0,3 moln(A⁻) = 0,2 moln(OH⁻) = 0,02 molKa = 1,8 × 10⁻⁵

pH =

13.Kinetyka reakcjiŚredni

Reakcja zerowego rzędu ma k = 0,04 mol/(L·min) i stężenie początkowe 1,5 mol/L. Ile czasu potrzeba, aby osiągnąć stopień przemiany 80 %? Wyznacz t.

k = 0,04 mol/(L·min)C_A0 = 1,5 mol/LX = 80 %

t = min

14.Kinetyka reakcjiTrudny

Reakcja ma stałą szybkości 0,1 min⁻¹ w 25 °C i energię aktywacji 90 kJ/mol. Wyznacz stałą szybkości k₂ w 50 °C.

k₁ = 0,1 min⁻¹T₁ = 25 °CT₂ = 50 °CE_a = 90 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

3Roztwory

1.Stechiometria

Odpowiedź: m = 11,26 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(H₂) = 24/2,016 = 11,9 mol

n(O₂) = 10/32 = 0,3125 mol

Substrat limitujący

11,9/2 = 5,952, 0,3125/1 = 0,3125 → O₂

Masa produktu

n(H₂O) = 0,3125·2 = 0,625 mol

m = 0,625·18,02 = 11,26 g

Odpowiedź

m = 11,26 g

2.Stechiometria

Odpowiedź: Y = 69,97 %

Wydajność teoretyczna

n(Mg) = 10/24,31 = 0,4114 mol

m = 0,4114·2/2·40,3 = 16,58 g

Wydajność procentowa

Y = 11,6/16,58·100 = 69,97%

Odpowiedź

Y = 69,97%

3.Stężenie molowe i rozcieńczanie

Odpowiedź: V_water = 225 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 = 0,5·250/5 = 25 mL

Woda do dodania

V_water = 250 − 25 = 225 mL

Odpowiedź

V_water = 225 mL

4.Stężenie molowe i rozcieńczanie

Odpowiedź: c = 0,72 mol/L

Całkowita liczba moli

n = 0,4·300 + 1,2·200 = 360 mmol

Stężenie mieszaniny

c = 360/500 = 0,72 mol/L

Odpowiedź

c = 0,72 mol/L

5.Równanie stanu gazu doskonałego

Odpowiedź: V = 32,55 L

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

Mole

n = 130/16,04 = 8,105 mol

T = 65 + 273,15 = 338,1 K

Objętość

V = nRT/P = 8,105·8,314·338,1/700 = 32,55 L

Odpowiedź

V = 32,55 L

6.Równanie stanu gazu doskonałego

Odpowiedź: V₂ = 5,29 L

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

Temperatury bezwzględne

T₁ = 298,1 K, T₂ = 473,1 K

Prawo gazowe dla dwóch stanów

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 5·(100/150)·(473,1/298,1) = 5,29 L

Odpowiedź

V₂ = 5,29 L

7.Kalorymetria i entalpia

Odpowiedź: T_f = 36,69 °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

250·0,449·(110 − T_f) = 100·4,18·(T_f − 17)

Wyznacz temperaturę końcową

T_f = (112,3·110 + 418·17)/(112,3 + 418) = 36,69 °C

Odpowiedź

T_f = 36,69 °C

8.Kalorymetria i entalpia

Odpowiedź: q = 155,5 kJ

Entalpia reakcji

ΔH° = [6·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [1·(−1274) + 6·0] = −2802 kJ

Ciepło dla podanej masy

n = 10/180,16 = 0,05551 mol

q = n·|ΔH°/1| = 0,05551·2802 = 155,5 kJ

Odpowiedź

q = 155,5 kJ

9.Równowaga chemiczna

Odpowiedź: [H₂] = 0,1333 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

16 = (2x)²/(0,4 − x)²

Wyciągnij pierwiastek

4 = 2x/(0,4 − x) → x = 0,4·4/(2 + 4) = 0,2667 mol/L

Stężenie równowagowe

[H₂] = 0,4 − x = 0,1333 mol/L

Odpowiedź

[H₂] = 0,1333 mol/L

10.Równowaga chemiczna

Odpowiedź: [PCl₅] = 0,5628 mol/L

Wyrażenie na stałą równowagi

0,1 = x²/(0,8 − x) → x² + 0,1·x − 0,08 = 0

Rozwiąż równanie kwadratowe

x = (−0,1 + √(0,1² + 4·0,08))/2 = 0,2372 mol/L

Stężenie równowagowe

[PCl₅] = 0,8 − 0,2372 = 0,5628 mol/L

Odpowiedź

[PCl₅] = 0,5628 mol/L

11.pH i bufory

Odpowiedź: pH = 2,524

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/(0,5 − x) → x = 0,002991 mol/L

pH

pH = −log(0,002991) = 2,524

Odpowiedź

pH = 2,524

12.pH i bufory

Odpowiedź: pH = 4,64

Zobojętnianie

n(HA) = 0,3 − 0,02 = 0,28 mol

n(A⁻) = 0,2 + 0,02 = 0,22 mol

Henderson–Hasselbalch

pH = 4,745 + log(0,22/0,28) = 4,64

Odpowiedź

pH = 4,64

13.Kinetyka reakcji

Odpowiedź: t = 30 min

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Ilość przereagowana

C_A0·X = 1,5·0,8 = 1,2 mol/L

Czas

t = C_A0·X/k = 1,2/0,04 = 30 min

Odpowiedź

t = 30 min

14.Kinetyka reakcji

Odpowiedź: k₂ = 1,659 min⁻¹

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).

Temperatury bezwzględne

T₁ = 298,1 K, T₂ = 323,1 K

Stosunek z równania Arrheniusa

ln(k₂/k₁) = −(90000/8,314)·(1/323,1 − 1/298,1) = 2,809

k₂ = 0,1·e^2,809 = 1,659 min⁻¹

Odpowiedź

k₂ = 1,659 min⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry