LEGILE GAZELOR

Se ofer tipurile de probleme rezolvate:

Probleme simple cu legile: Boyle-Mariotte; Gay-Lussac; Charles; ecuaia de stare a gazelor perfecte; Avogadro;Probleme complexe de calcul stoechiometric, cnd se cunoate volumul gazului i randamentul n produs de reacie;Probleme pentru bacalaureat i concursuri;Analiza cuprului din aliajele sale, fiindc se propun la concursuri reaciile dintre cupru, srurile lui cu acidul azotic, sulfuric, hidroxidul de amoniu. Un alt aspect este utilizarea medicinal a alamei, conform cercetrilor tiinifice actuale.I. BIBLIOGRAFIE

Luminia Vldescu, Olga Petrescu, Ileana Cosma, Chimie, manual pentru clasa a IX-a, Editura Didactic i Pedagogic, R.A., Bucureti-1998

1/2 La ce presiune se afl oxigenul gazos ntr-un cilindru de oel de 40 dm3, tiind c la t=00C s-au introdus n cilindru 6000 dm3 oxigen?

tim c t=00C, presiunea (o notm P1) =1 atm i volumul cilindrului este egal cu volumul gazului, la aceast temperature i presiune, adic cu 40 dm3. Considerm c oxigenul se afl n condiii normale de temperatur i presiune.1l= 1 dm3Observm c temperatura rmne constant (t=00C), cnd n cilindru se introduc 6000 l oxigen, iar presiunea crete la P2.Trebuie s aflm P2.Ce trebuie s cunoatem:Legea lui Boyle-Mariotte:

La temperatur constant, volumul ocupat de o mas determinat de gaz variaz invers proporional cu presiunea la care se afl gazul.

P1V1= p2V2

Rezolvare

Inlocuim n expresia de mai sus datele i calculm P2:

1atm. 40 l= P2 . 6000 L

R: P2 = 150 atm

2/3 Ce volum va ocupa la 2000 C o cantitate de hidrogen, tiind c la 10 0 C aceeai cantitate, ocup un volum de 12 dm3 la p=constant ?

tim c la temperatura ( T1 grade Kelvin) de 10 0 C, hidrogenul are volumul (V1) de 12 dm3 ( litri) i o anumit mas;Observm c aceeai mas are la temperatura ( T2 grade Kelvin) un volum ( V2).Observm c presiunea este constant, n timpul variaiei volumului i a presiuniiTrebuie s aflm V2.Ce trebuie s cunoatem: Legea Gay-Lussac

La presiune constant, volumul ocupat de o mas determinat de gaz variaz direct proporional cu temperatura absolut.

V1/ T1 = V2/ T2

Rezolvare

Calculm Temperaturile absolute ale gazului cu expresia:

T grade K = 273 + t ( grade C)

T1= 273 + t1 = 273+10= 283

T2= 273+ t2= 273+200 = 473

Inlocuim datele n expresia matematic a legii Gay-Lussac:

12/ 283 = V2 / 473

V2 = 12 x473 / 283 = 13 L

R: 13 L

3/ 4 Cunoscndu-se c la 200 C presiunea unei cantiti de azot dintr-un recipient este de 2 atm, s se afle la ce temperatur azotul din recipient va avea presiunea de 6 atm?

tim c la temperatura (T1 grade Kelvin ) de 20 0 C o cantitate de azot are presiunea (P1) de 2 atm;Aceeai cantitate de azot va avea la presiunea (P2) de 6 atm, temperatura T2 grade KelvinObservm c volumul rmne constant, cnd variaz temperatura i presiunea.Trebuie s aflm T2Ce trebuie s cunoatem:Legea lui Charles:

La volum constant, presiunea unei mase determinate de gaz variaz direct proporional cu temperatura absolut.

P1/ T1 = P2 / T2

Rezolvare

Calculm Temperatura absolut T1 a gazului cu expresia:T grade K = 273 + t ( grade C)

T1= 273 + t1 = 273+20= 293 grade K

Inlocuim datele n expresia matematic a legii lui Charles:2/ 293 = 6 / T2

T2 = 6x 293 / 2 = 879 grade K

t 2 = 879-273= 606 0 C

R: 606 0 C

4/ 5 Densitatea hidrogenului la 00 C i 1 atm este egal cu 0,0899 g / dm3 . S se afle densitatea hidrogenului la 00 C i 4 atm. ( Inlocuii n relaia P1 V1 = P2 V2, V = m/ ).

Observm c temperatura este constant i variaz numai presiunea i volumul hidrogenului.Observm c masa gazului este constant.Avem la presiunea P1= 1 atm, densitatea hidrogenului (1= 0,0899 g / dm3 )Avem presiunea P2 =4 atmTrebuie s aflm 2 (g / dm3 ) Rezolvare

Scriem relaia de variaie a presiunii cu volumul, la temperature constant: P1 V1 = P2 V2 (1)

Scriem relaia de calculare a densitii: = m / V ;

V = m/ (2)

Masa este constant; deci masa la P1= masa la P2 = m (g)Inlocuim expresia 2 n expresia 1:P1 ( m/ 1 ) = P2 ( m / 2 )

P1 / 1 = P2 / 2 (3)

Inlocuim datele n relaia (3):1/ 0,0899 = 4 / 2

2 = 4x 0,0899 / 1 = 0,2796 g / dm3

R: 0,2796 g / dm3

5/ 6 Intr-un cilindru de oel de 20 dm3 se afl oxigen la 120 atm. Se consum o parte din oxigen pentru sudur i presiunea n cilindru scade la 50 atm. Ce volum de oxigen n condiii normale, a mai rmas n cilindru ?

1. Observm c temperatura este constant i variaz presiunea i volumul.

2. tim c n situaia de condiii normale de temperatur i presiune, un gaz are presiunea de 1 atm, deci P2 = 1 atm.

3. Cunoatem: volumul gazului i presiunea gazului nainte de sudur: V1=20 dm3 - volumul cilindrului;

4. Observm c dup sudur, presiunea oxigenului din cilindru ajunge la P2 = 50 atm.

5. Trebuie s calculm V2, volumul gazului rmas n cilindru, la 1 atm- condiii normale de presiune i temperatur.

Rezolvare

Scriem relaia de variaie a presiunii cu volumul, la temperatur constant: P1 V1 = P2 V2

Inlocuim n aceast relaie datele: V1= 20 dm3, care este volumul cilindrului; P2 =50 atm, presiunea dup sudur; P2 = 1 atm, presiunea n condiii normale:50 x 20 = 1x V2

V2 = 1000 dm3

Dac vrem s calculm volumul de oxigen consumat, ne raportm la condiii normale de presiune i temperature, astfel:a) Calculm volumul de oxigen n condiii normale (Va) , cnd presiunea lui n cilindru este 120 atm. Volumul oxigenului este volumul cilindrului.

120 atm x 20 dm3= 1 atm x Va

Va = 240 dm3

b) Am calculat la pct.2, Volumul de oxigen dup sudur, pe care-l notm cu Vb i este 1000 dm3.

c) Diferena dintre cele dou volume este volumul de oxigen consumat la sudur:

Va-Vb = 2400-1000= 1200 dm3

6/ 9 La temperatura de 54 0 C i presiunea de 10 atm un gaz ocup un volum de 15 dm3. De cte ori se mrete volumul gazului, dac acesta este adus n condiii normale?

tim c la temperatura ( T grade Kelvin) 54 0 C, gazul are presiunea (P) de 10 atm i volumul (V1) de 15 dm3tim c n condiii normale, acest gaz are presiunea (P0) de 1 atm, temperatura ( T0) de 273 grade Kelvin i volumul V0 dm31dm3 = 1 lTrebuie s calculm VoRezolvare

Se aplic relaia matematic dintre presiune, volum i temperatur, pentru o mas de gaz, care se afl n condiii normale: T=273 K, p=1 atm i V0 , care i modific parametrii la V=15 l, p=10 atm i T= 273+54=327

Po Vo/ To = PV/ T

1. Se calculeaz cu ajutorul relaiei de mai sus volumul Vo:1 x Vo / 273 = 10 x 15 / 327

Vo = 150 x 273 / 327 = 125, 23 l

2. Se calculeaz de cte ori Vo este mai mare fa de V:Vo : V = 125,23 : 15 = 8,34 ori

R: 125,23 L ; 8,34

7 / 10 Ce volum ocup 14,2 kg Cl2 la temperature de 273 0 C i p= 6 atm ?

tim:Masa clor = 14,2 Kg

Temperatura = 2730 C

T grade K = 273 + 273 = 546

Presiunea=6 atm

A cl= 35,5

M cl2 = 235,5 = 71

Trebuie s calculm volumul de clor la parametrii de mai sus.Rezolvare

Aplicm ecuaia de stare a gazelor perfecte;

pV= RT

= numrul de moli = m / M; m (g)

R= constanta general a gazelor perfecte=0,082 l atm / K mol

1l= 1 dm3

Se nlocuiesc datele n aceast relaie i se calculeaz V de clor (l):6atm x V l = 14,2 x 1000 / 71 x 0,082 l atm / K mol x 546 K

V = (14,2 x 1000/ 71 x 0,082) / 6 = 1492,4 l

R: 1, 492 m3

10/ 11 S se determine masa a 300 dm3 CO2 n condiii normale.

tim c volumul V este 300 dm31 dm3 = 1lCondiii normale de temperature i presiune se refer la: T=273grade K i p= 1 atmM CO2 = Ac + 2 Ao = 12 + 2 x16 = 44Rezolvare

Aplicm legea lui Avogadro :

1 mol din orice gaz, indiferent de natura lui chimic, conine acelai numr N de particule; nseamn c 1 mol din orice gaz, n aceleai condiii de temperatur i presiune, ocup acelai volum- numit volum molar (Vm)

La 00 C i 1 atm, volumul molar al oricrui gaz este de 22, 4 dm3(l)

Se scrie regula de trei simpl:1 mol de CO2 = 44 g ..ocup..22,4 l

m g .300 l

m = 44300 / 22,4 = 589, 29 g

R: 589,29 g

11/ 12. 11,2 dm 3 dintr-un gaz necunoscut, la 00 C i 1 atm, are aceeai mas ca i 22,4dm3 oxigen, n aceleai condiii. Stabilii: a) Care este raportul ntre masa moleculelor din gazul necunoscut i masa moleculelor de oxigen ? Ci moli de gaz necunoscut sunt prezeni?

tim c masa gazului necunoscut mx este egal cu masa oxigenului n condiii normale de temperatur i presiune;Cunoatem la gazul necunoscut: V gaz =11,2 l; p=1 atm; t = 00 C;tim la oxigen: p=1 atm; t = 00 C; A o = 16;Mo2 = 2 A o = 2x 16= 32

Trebuie s calculm masa molecular a gazului necunoscut, pentru a afla raportul maselor moleculere dintre gaz i oxygenTrebuie s calculm numrul de moli de gaz necunoscutRezolvare

Calculm masa de oxigen ocupat de 22,4 l, n condiii normale, cu expresia matematic a volumului molar:1 mol de O2 = 32 .22,4 l

Deci 22,4 l din problem au 32 g.

Calculm masa molecular a gazului necunoscut, n condiii normale de temperature i presiune, cu ajutorul expresiei matematice a volumului molar:masa oxigen = masa gaz = 32 g

daca 1mol de gaz necunoscut = M gaz..ocup.22,4 l

atunci 32 gocup..11.2 l

Mgaz = 32x 22,4 / 11,2 = 64

Raportul dintre Mgaz : M oxigen =64 : 32 = 2 : 1Numrul de moli de gaz necunoscut se calculeaz cu relaia matematic = m / M

= 32/ 64 = 0,5

R: 2:1; 0,5

12/ 17 Intr-o camera de 48 m3 se arde sulf. S se calculeze cantitatea de sulf necesar pentru a obine o concentraie de 2 % n volume SO2 n camer.

Cunoatem:

V camera = V gaz final, dup arderea sulfului = 48 m3

% SO2 = 2 % din V camera

As = 32

Ao = 16

Mso2 = As + 2 Ao = 64

Trebuie s aflm:

V SO2 = ?

Masa S = ?

Rezolvare

Calculm volumul de SO2 tiind compoziia procentual:Dac n 100 % de gaz .sunt.2% SO2

Atunci n 48 m3 sunt..V SO2

V SO2 = 48 x2 / 100 = 0,96 m3 = 960 dm3 = 960 l

Se calculeaz masa de bioxid de sulf, pe care o ocup 960 l de bioxid de sulf n condiii normale, cu ajutorul expresiei volumului molar:Dac 22,4 l de SO2 ocup1 mol= 32 g

Atunci960 l aum SO2

m SO2 = 960 x 32/ 22,4 = 2742, 85 g

Scriem reacia de ardere a sulfului. Prin calcul stoechiometric al reaciei se afl masa de sulf.x..2742,85 g

S + O2 = SO2

32.64

1 mol.1mol

X = 32 x 2742,85 / 64 = 1371, 42 g S

R: 1371,42 g S

II. Bibliografie

Luminia Ursea, Rodica Mare, Monica Palade, Serviciul Naional de Evaluare i Examinare, Bacalaureat, Subiecte propuse , Chimie anorganic i general, Editura Humanitas Educaional, 2000

VII/ Varianta 4

Cuprul reacioneaz cu acidul sulfuric i formeaz un gaz, care ocup un volum de 7,8 L la 273 K i 4 atm. Ecuaia reaciei este:

Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2 H2 O

Determin prin calcul masa de cupru (g) care a reacionat, dac aceasta are puritatea 80% iar randamentul reaciei este 90 %Calculeaz volumul (L) soluiei de acid sulfuric 4 M necesar reaciei cu un mol de cupru( randamentul reaciei seconsider 100%).Noteaz compoziia i utilizrile aliajelor:bronz i alam.tim la cerina 1:

La SO2 : V=7,8 L; T=273K; p= 4 atm; M= 64 ( As=32; Ao=16); produs =90%

La Cu : puritatea=80%; A cu = 64

Trebuie s aflm:

La SO2 :

a. Masa pe care o ocup 7,8 L la temperature i presiunea de mai sus; aceasta este masa teoretic din randamentul de 90%

b. Masa practic corespunztoare la randamentul de 90%, care rezult dintr-o mas de cupru pur, conform reaciei de mai sus;

c. Masa ce reacioneaz cu acidul sulfuric- notat cu X. Se calculeaz de pe reacie, cu masa practic de SO2 ;

La Cu: Masa de cupru introdus n reacie cu puritatea de 80%

Rezolvare

1. Calculm masa de SO2 pe care o ocup 7,8 L, la T= 273 K, p = 4 atm, cu ecuaia de stare a gazelor ideale. Aceasta este masa teoretic.

pV = ( m / M ) R T

R= 0,082 L atm / K mol

4atm x 7,8 L = (m g/ 64)x 0,082L atm / K mol x 273 K

m = 47,8 x64 / 0,082273 = 89,19 g

2. Se calculeaz din definiia randamentului, masa practic de SO2 care se obine cu randament de 90 %, din cupru.

Randamentul n produs de reacie se calculeaz cu relaia matematic:

= [ mp / mt]produs x 100

mp = masa practic de produs obinut (g); este mai mica din cauza pierderilor

mt = masa evaluat teoretic de produs (g)

90 = mp x100 / 89,19

m p = 9089,19 /100 = 80,27 g SO2

3. Se calculeaz masa de cupru pur ce reacioneaz cu 80,27 g SO2, cu ajutorul calcului stoechiometric ( de pe reacie). Trebuie s cunoatem masele moleculare ale SO2 , Cu i masa de SO2 ; masa de Cu o notm cu X; pe reacie se pun numai mrimi fizice de acelai fel.

X 80,27

Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2 H2 O

A= 64 M=64

X = 64x 80,27 / 64 = 80,27 g Cu pur

4. Se calculeaz masa de cupru cu impuriti, dac puritatea este 80%:

100% cupru.sunt.80% cupru pur

a cupru (g)..are.80,27 g cupru pur

a= 100x 80,27 / 80= 100, 34 g cupru impur introdus n reacie

R= 100,34 g cupru

Cerina 2

tim:

La Cu: masa= 1 mol; = 100%

La H2SO4 = CM =4 M;

Trebuie s calculm:

Masa teoretic de Cu ce reacioneaz cu randament de 100 %

Numrul de moli de acid sulfuric

Vs de acid sulfuric cu CM= 4 M

Rezolvare

1. Se calculeaz masa teoretic de cupru ce reacioneaz, cnd randamentul este 100%:

= [ mp / mt]produs x 100

In acest caz, mp = mt = 1 mol de Cupru

2. Cu ajutorul reaciei chimice dintre cupru i acid sulfuric se calculeaz numrul de moli de acid sulfuric, ce reacioneaz cu 1 mol de Cu:

Avem din reacie:

1mol Cu..reacioneaz cu 1 mol de H2SO4

Deci, masa de acid sulfuric exprimat n moli este 1 mol. Ea reprezint masa dizolvat de acid sulfuric din CM= 4 M

3. Cu ajutorul formulei de calcul concentraie molar se afl volumul soluiei de acid sulfuric 4 M:

CM = md / M Vs = / Vs

4 = 1/ Vs ; Vs = 1 / 4 = 0,25 L = 250 ml

R = 0,25 L soluie 4 M de H2SO4

Cerina 3;

Bronz = aliaj Cu-Sn; se obin din el obiecte decorative, buce, robinei;

Alama = aliaj Cu-Zn; se obin tevi, elice nave, etc.

III Bilbliografie

Aurica ova, exerciii i problem de chimie pentru licee i admitere n nvmntul superior, Editura Junimea, Iai, 1978

11.55/ pag 132 Pentru elaborarea oelului un convertizor a fost ncrcat cu 13,5 tone de font cu un coninut de 3,25 % C i 1,2 % P.tiind c din cantitatea de carbon se oxideaz 90,62 % se cere:

1.Cantitatea de carbon care se oxideaz;

2. Ci m3 de aer cu 21 % oxygen sunt necesari pentru oxidarea carbonului, de la pct.1, tiind c 1/3 arde la CO2, iar restul la CO;

3. Care este volumul de aer la temperatura de 270 C i presiunea de 760 mmHg?

4. Ce cantitate de fosfat tricalcic rezult n convertizor?

(Concurs final 1967)

tim:

Masa font= 13,5 t = 13,5 x 103 kg

% C / font = 3,25

%C / carbonul existent n font- care reacioneaz cu O2 ( se oxideaz) = 90,62

% P/ font= 1,2

Masa carbon ce trece n CO2 = 1/3 din toat masa de carbon ce reacioneaz cu O2

Masa carbon ce trece n CO = 2/3( restul = 3/3-1/3) din toat masa de carbon ce reacioneaz cu O2

% O2 din aer = 21 % v

La aer avem dou situaii: a) este n condiii normale de P i T; b) este la t= 270 C i

p= 760 mm Hg= 1 atm

A c = 12

A P =31

A o =16

Trebuie s calculm:

Masa de C i P din font;Masa de C care se oxideaz;Masa de C care trece n CO2 i masa de C care trece n COMasa de O2 care reacioneaz cu C, cnd se formeaz CO2 i COVolumul de O2 , n condiii normale, corespunztor masei de la pct.4Volumul de aer, n condiii normale, ce conine volumul de O2 de la pct.5Volumul de aer, la t=270 C i P=1 atm, cnd n condiii normale are valoarea de la pct.6Masa de fosfat tricalcic rezultat din P de la pct.1Rezolvare

Cerina 1

Calculm pe baza compoziiei procentuale de C i P din font, masele lor, cu regula de trei simpl:100% font ..sunt.3,25 % C1,25%P

13,5 x103 Kg.a..b

a = 13,5103 x3,25 / 100= 438,75 Kg C

b= 13,5 x 1000 x 1,25 / 100 =168,75 Kg P

Calculm masa de carbon care se oxideaz, cu regula de trei simpl- calcul procentual:Din 100 % carbon.se oxideaz..90,62%

Atunci din 438,75 kg.c

C= 438,7590,62 / 100 = 397,59 kg = 397,60 kg C

R= 397,6 Kg

Cerina 2

Se calculeaz masa de carbon care trece n CO2 i masa de carbon care trece n CO:mC / CO2 = 1/3 x 397,6 = 132,5 Kg

mC / CO = 2/3 x 397,6 = 265 Kg

Se calculeaz de pe reacie masele de O2 consumate pentru formarea oxizilor de carbon, pe care le notm cu X, Y :132,5 X

C + O2 = CO2

A=12 M=32

X = 132,5 x32 / 12 = 353,3 Kg O2

265 Y

C + O2 = CO

A=12 din32

Y = 265 x 16/ 12= 353,3 Kg O2

Se calculeaz masa total de oxygen, prin adunarea lui x cu Y i apoi se afl volumul de oxygen n condiii normale de p, t.X +Y = 353,3 + 353,3 = 706,6 Kg

1 kmol O2 = 32 Kg .n condiii normale are..22,4 m3

Atunci 706,6 Kg. t

t =706,6 x 22,4 / 32 = 494,62 m3 O2

Pe baza de calcul procentual se afl volumul de aer n condiii normale, ce conine 21 % O2 :21 % O2 se afl n..100% aer

494,62 m3 .. z

Z= 494,62 x 100 / 21= 2355,33 m3 aer

Cerina

Se calculeaz volumul de aer n condiiile cnd se modific temperature de la 00 C la t=270 C i p este constant =1 atm, cu relaia :Vo/ To = V / T

To= 273 k;

T = t grade C + 273 = 27 + 273 = 300 K

2355,33 / 273 = V / 300

V = 2355,33 x 300 / 273 = 2588,22 m3 aer

Cerina 4

Se calculeaz de pe semireacia de trecere a P n Ca3 (PO4)2 masa de Ca3 (PO4)2 :A P = 31

M Ca3 (PO4)2 = 3 Aca + 2 AP + 8 A O = 340+231+816 = 310

168,75 m

2 P = Ca3 (PO4)2

231 M= 310

m = 168,75310 / 2 x31= 843,75 Kg

SUPLIMENTAR

ANALIZA CUPRULUI DIN ALIAJELE SALE

A. ANALIZA CALITATIVA A CUPRULUI DIN ALIAJE

Cuprul formeaz sruri uor solubile, precum: sulfaii, clorurile, azotaii. Oxizii, hidroxizii, fosfaii, sulfura, carbonaii, fero i fericianurile de cupru ( mono i bivalent),cromaii, etc. sunt insolubile n ap. Srurile de cupru n general sunt colorate n albastru, verde, rou, etc. In chimia analitic, cuprul intr n grupa hidrogenului sulfurat, alturi de stibiu, cadmiu, aur, arsen, selen, telur, fiindc formeaz sulfuri insolubile n acizi.

Mod de analiz general

Dup recoltarea i solubilizarea probei cu cupru- prin tratare cu acizi concentrai, amestec de acizi, sau dezagregare, se pot face urmtoarele reacii de identificare:

1. Reacia cu reactivul de grup H2S ( hydrogen sulfurat, acid sulfhidric) se formeaz sulfura de cupru neagr, insolubil n acizi diluai, solubil n acid azotic 20 %

CuSO4 + H2S = Cu S + H2 SO4

2. Reacia cu NH4OH

Cationul de cupru (II), cu o cantitate mic de hidroxid de amoniu, formeaz o sare bazic verde, care n exces de reactiv se dizolv cu formarea unui complex cuproamoniacal de culoare albastru-azuriu ( licoarea lui Schweitzer)

Cu SO4 + 2NH3 + 2H2O = Cu(OH)2 + (NH4)2SO4

Excesul de amoniu conduce la obtinerea unei combinatii complexe:

Cu(OH)2 + 4 NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2

Hidroxid ce tertaamonio cupru (II)

reactiv Schweizer (dizolvant pentru celuloza)

sau:

4NH3 + CuSO4 =[Cu(NH3)4]SO4

4NH4OH + CuSO4 =[Cu(NH3)4]SO4 =4H2O

Sulfat tetraamoniocupric (II)

3. Reacia cu NH4 I

Cationul de cupru formeaz cu iodura de amoniu, iodur de cupru (II), care se descompune cu formare de iodur cuproas (I) i iod molecular, ntregul precipitat fiind de culoare maroniu-glbui :

2Cu+2 + 4(NH4 I) = 2CuI + I2 + 4NH4+