2. Reaktioyhtälö
Transcription
2. Reaktioyhtälö
2. Reaktioyhtälö 11. a) 1) CH3CH2OH + O2 → CO2 + H2O CH3CH2OH + O2 → CO2 + H2O Tasapainotetaan C, kpl 1+1 1 CH3CH2OH + O2 → 2 CO2 + H2O kerroin 2 CO2:lle H, kpl 3+2+1 2 CH3CH2OH + O2 → 2 CO2 + 3 H2O kerroin 3 H2O:lle 2∙2 O, kpl 1 ? +3 CH3CH2OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O kerroin 3 O2:lle Tasapainotettu reaktioyhtälö on CH3CH2OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O 2) C3H8 + O2 → CO2 + H2O C3H8 Tasapainotetaan C, kpl 3 C3H8 kerroin 3 CO2:lle H, kpl 8 C3H8 kerroin 4 H2O:lle O, kpl C3H8 kerroin 5 O2:lle Tasapainotettu reaktioyhtälö on: + O2 → CO2 + H2O 1 + O2 → 3 CO2 + H2O 2 + O2 → 3 CO2 + 4 H2O 3∙2 ? + 4 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O 3) CH3CH2COCH3 + O2 → CO2 + H2O CH3CH2COCH3 + O2 → CO2 + H2O Tasapainotetaan C, kpl 1+1+1+1 1 CH3CH2COCH3 + O2 → 4 CO2 + H2O kerroin 4 CO2:lle H, kpl 3+2+3 2 CH3CH2COCH3 + O2 → 4 CO2 + 4 H2O kerroin 4 H2O:lle 4∙2 O, kpl 1 ? +4 kerroin 5 ½ CH3CH2COCH3 + 5 ½ O2 → 4 CO2 + 4 H2O O2:lle kerrotaan 2:lla, jotta kertoimet 2 CH3CH2COCH3 + 11 O2 → 8 CO2 + 8 H2O pienimpiä kokonaislukuja Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 CH3CH2COCH3 + 11 O2 → 8 CO2 + 8 H2O b) Kun polttoainetta käytetään 1,5 mol, syntyy vettä: 1) CH3CH2OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O 1 mooli polttoainetta tuottaa 3 moolia vettä, joten 1,5 moolia polttoainetta tuottaa 1,5 ∙ 3 moolia = 4,5 moolia vettä. 2) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O 1 mooli polttoainetta tuottaa 4 moolia vettä, joten 1,5 moolia polttoainetta tuottaa 1,5 ∙ 4 moolia = 6,0 moolia vettä. 3) 1,5 moolia polttoainetta tuottaa 1,5 ∙ (8/2) moolia = 6,0 moolia vettä. Suurimman veden ainemäärän tuottavat propanoni ja 2-butanoni eli polttoaineet 2 ja 3. 13. a) C57H110O6 + O2 → CO2 + H2O Tasapainotetaan reaktioyhtälö: C57H110O6 Tasapainotetaan C, kpl 57 C57H110O6 kerroin 57 CO2:lle H, kpl 110 C57H110O6 kerroin 55 H2O:lle O, kpl 6 C57H110O6 kerroin 81 ½ # O2:lle kerrotaan 2:lla, 2 C57H110O6 jotta kertoimet H2O pienimpiä kokonaislukuja # (169 – 6)/2 = 81 ½ Tasapainotettu reaktioyhtälö on: + O2 → + O2 + 2 O2 → 57 CO2 + 55 H2O ? CO2 + H2O 1 → 57 CO2 + H2O 57 ∙ 2 + 55 = 169 + 81 ½ O2 → 57 CO2 + 55 H2O + 163 O2 → 114 CO2 + 110 2 C57H110O6 + 163 O2 → 114 CO2 + 110 H2O b) m(C57H110O6) = 1,0 kg ja ainemäärä n(C57H110O6) = M(C57H110O6)/M(C57H110O6) = 1000 g/[(57 ∙ 12,01 + 110 ∙ 1,008 + 6 ∙ 16,00) g mol-1] = 1,1217… mol Veden ainemäärä on: n(H2O)/n(C57H110O6) = 110/2, josta n(H2O) = (110/2) ∙ n(C57H110O6) = 61,6972… mol Veden massa m(H2O) = n(H2O) ∙ M(H2O) = 61,6972… mol ∙ ( 2 ∙ 1,008 + 16,00) g/mol= 1,1 kg. 15. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö on: CaO(s) + 3 C(s) → CaC2(s) + CO(g) b) Tasapainotetaan reaktioyhtälö: Tasapainotettu reaktioyhtälö on: CaC2(s) + 2 H2O(l) → C2H2(g) + n(CaC2) = m/M = 2,4 g/[(40,08 + 2 ∙ 12,01) g/mol] = 0,0374… mol n(C2H2) = n(CaC2) m(C2H2) = n(C2H2) ∙ M(C2H2) = n(CaC2) ∙ M(C2H2) = 0,0374… mol ∙ (2 ∙ 12,01 + 2 ∙ 1,008) g/mol= 0,9748… g = 0,97 g Ca(OH)2(aq) 16. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö on: Al(OH)3(s) + 3 HCl(aq) → AlCl3(aq) + 3 H2O(l) b) n(Al(OH)3) = m/M = 0,500 g/[(26,98 + 3 ∙ 16,00 + 3 ∙ 1,008) g/mol] = 0,00640… mol n(HCl) = 3 ∙ n(Al(OH)3) m(HCl) = n(HCl) ∙ M(HCl) = 3 ∙ n(Al(OH)3) ∙ M(HCl) = 3 ∙ 0,00640… mol ∙ (1,008 + 35,45) g/mol = 0,701 g c) n(AlCl3) = n(Al(OH)3) m(AlCl3) = n(AlCl3) ∙ M(AlCl3) = n(Al(OH)3) ∙ M(AlCl3) = 0,00640… mol ∙ (26,98 + 3 ∙ 35,45) g/mol = 0,855 g n(H2O) = 3 ∙ n(Al(OH)3) m(H2O)= n(H2O) ∙ M(H2O)=3 ∙ n(Al(OH)3) ∙ M(H2O)= 3 ∙ 0,00640…mol ∙ (2 ∙ 1,008 + 16,00) g/mol = 0,346 g 17. a) 2 NaOH(s) + CO2(g) → Na2CO3(s) + H2O(l) b) n(NaOH) = 1000 g/(22,99 + 16,00 + 1,008) g/mol = 25,0012… mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että n(CO2) = ½ n(NaOH) = 12,5006… mol m(CO2) = n(CO2) ∙ M(CO2) = 12,5006…mol ∙ (12,01 + 2 ∙ 16,00) g/mol = 550 g. 18. Tasapainotettu reaktioyhtälö:C17H35COOH + 26 O2 →18 CO2 + 18 H2O M(C17H35COOH) = ∙ V = 0,94 kg/dm3 ∙ 0,014 dm3 = 0,01316 kg = 13,16 g M(C17H35COOH ) = (18 ∙ 12,01 + 36 ∙ 1,008 + 2 ∙ 16,00) g/mol = 284,468 g/mol n(C17H35COOH ) = m/M = 13,16 g /(284,468g/mol) = 0,0462… mol Reaktioyhtälön mukaan n(H2O) = 18 ∙ n(C17H35COOH )= 18* 0,0462… mol = 0,832… mol m(H2O) = n ∙ M = 0,832… mol ∙ (2 ∙ 1,008 + 16,00) g/mol = 15 g. 19. Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 CH3CH2OH(l) + O2(g) → 2 CH3CHO(l) + 2 H2O(l) b) V(CH3CH2OH) = ? ( CH3CH2OH) = 0,789 g/cm3 V(CH3CHO) = 25,0 l (CH3CHO) = 0,788 g/cm3 m(CH3CHO) = ∙ V n(CH3CHO) = m/M = ( ∙ V )/M = ( 0,788 g cm-3 ∙ 25,0 ∙ 103 cm3)/ [(2 ∙ 12,01 + 4 ∙ 1,008 + 16,00) g/mol] = 447,198… mol n(CH3CH2OH) = n(CH3CHO) V(CH3CH2OH) = m/ = n(CH3CH2OH) ∙ M(CH3CH2OH)/( CH3CH2OH) = n(CH3CHO) ∙ M(CH3CH2OH)/( CH3CH2OH) = 447,198… mol ∙ (2 ∙ 12,01 + 6 ∙ 1,008 + 16,00) g/mol/(0,789 g/cm3) = 26,1 kg 20. Tasapainotettu reaktioyhtälö on: CaCO3(s) + 2 HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) b) m(liitu) = 12,3 g, josta 69,7 m-%:a on CaCO3. m(CaCO3) = (69,7 % /100%) ∙ 12,3 g = 8,573... g n(CaCO3) = m/M = 8,573… g/[(40,08 + 12,01 + 3 ∙16,00) g mol-1] = 0,08565… mol n(CO2) = n(CaCO3) m(CO2) = n(CO2) ∙ M(CO2) = n(CaCO3) ∙ M(CO2) = 0,08565… mol ∙ (12,01 + 2 ∙ 16,00) g/mol = 3,77 g c) m(liitu) = 4,38 g m-% CaCO3 = ? m(CO2) = 1,31 g n(CO2) = m/M = 1,31 g/[(12,01 + 2 ∙ 16,00) g/mol] = 0,02976… mol n(CaCO3) = n(CO2) m(CaCO3) = n(CaCO3) ∙ M(CaCO3) = n(CO2) ∙ M(CaCO3) = 0,02976… mol ∙ (40,08 + 12,01 + 3 ∙ 16,00) g/mol = 2,979… g m-%(CaCO3) = [m(CaCO3)/m(liitu)] ∙ 100 % = (2,979… g/4,38 g) ∙ 100 % = 68,0 % 21. a) Zn(s) + H2SO4(aq) → ZnSO4(aq) + H2(g) b) Reaktioyhtälön perusteella n(H2) = n(Zn). Vetykaasun ainemäärä on n(H2) = 0,109 g/(2 ∙ 1,008 g/mol) = 0,05406… mol. Sinkkiä tarvitaan m(Zn) = 0,05406… mol ∙ 65,41 g/mol = 3,536… g. Puhtausprosentti on tällöin (3,536… g/3,86 g) ∙ 100 % 91,6 %. c) Laskuissa edellytetään, että sinkki ei sisällä sellaisia epäpuhtauksia, kuten epäjaloja metalleja, jotka rikkihapon kanssa reagoidessaan muodostavat vetykaasua. Myös muut stoikiometrian oletukset ovat voimassa. 22. n((NH2)2CO) = 1,08 g/(2 ∙ 14,01 + 4 ∙ 1,008 + 12,01 + 16,00) g/mol = 0,0179… mol Reaktioyhtälön perusteella n(O2) = 4 ∙ n((NH2)2CO) = 4 ∙ 0,0179… mol = 0,07192… mol m(O2) = n(O2) ∙ M(O2) = 0,07192… mol ∙ 2 ∙ 16,00 g/mol = 2,3016… g Vesinäyte kuluttaa happea 2,30… ∙ 103 mg/100 dm3 BHK = 2,30… ∙ 103 mg/100 dm3 = 23 mg /dm3 26. 3 BaCl2(aq) + Fe2(SO4)3(aq) → 3 BaSO4(s) + 2 FeCl3(aq) Lasketaan lähtöaineiden ainemäärät. n(BaCl2) = m/M(BaCl2) = 100,0 g/( 137,33 + 2 ∙ 35,45 ) g/mol = 0,4802… mol n(Fe2(SO4)3) = m/M(Fe2(SO4)3) = 50,0 g/( 2 ∙ 55,85 + 3 ∙ 32,07 + 12 ∙ 16,00 ) g/mol = 0,1250… mol Verrantona: n(BaCl2)/n(Fe2(SO4)3) = 3/1 , joten n(BaCl2) = 3 ∙ n(Fe2(SO4)3). Ts. yksi mooli rauta(III)sulfaattia kuluttaa kolme moolia bariumkloridia, joten 0,1250… mol rauta(III)sulfaattia kuluttaa 3 ∙ 0,1250… mol = 0,3750… mol bariumkloridia eli se riittää. Vastaavasti yksi mooli bariumkloridia kuluttaa 1/3 moolia rauta(III)sulfaattia, joten 0,4802 mol bariumkloridia kuluttaa 1/3 ∙ 0,4802… mol = 0,1600… mol rauta(III)sulfaattia eli se ei riitä. Rauta(III)sulfaatti on siis reaktiota rajoittava tekijä ja bariumkloridia on ylimäärin. Bariumsulfaattia syntyy: n(BaSO4) = 3∙ 0,1250… mol m(BaSO4) = n(BaSO4) ∙ M(BaSO4) = 3∙ 0,1250… mol ∙ (137,33 + 32,07 + 4 ∙ 16,0 ) g/mol = 87,5 g 27. V(HCl) = 1000 l = 1000 dm3 c(HCl) = 6 M m(Ca(OH)2) = 200 kg Käytetään konsentraation lauseketta: c = n/V ja ainemäärän lauseketta n = m/M. n(HCl) = c ∙ V = 6 mol dm-3 ∙ 1000 dm3 = 6000 mol n(Ca(OH)2) = m/M = 200 ∙ 103 g/[(40,08 + 2 ∙ 16,00 + 2 ∙ 1,008) g/mol] = 2699,2… mol Neutraloituminen: Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 HCl + Ca(OH)2 → 2 H2O + CaCl2 Hapon täydelliseen neutraloitumiseen kuluisi: n(Ca(OH)2 = ½ n(HCl) = ½ ∙ 6000 mol = 3000 mol. Palokunta käytti vain 2699,2… mol Ca(OH)2:a eli kaikki happo ei neutraloitunut. Lisää olisi tarvittu 3000 – 2699 = 301 mol eli 22,2 kg. 28. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 4 KCl(aq) + 4 HNO3(aq) + O2(g) → 4 KNO3(aq) + 2 Cl2(g) + 2 H2O(l) b) m(KCl) = 50,0 kg n(KCl) = m/M = 50,0 ∙ 103 g/[(39,10 + 35,45) g/mol] = 670,69… mol m(HNO3) = (65 %/100 %) ∙ 50,0 kg = 32,5 kg n(HNO3) = m/M = 32,5 ∙ 103 g/[(1,008 + 14,01 + 3 ∙ 16,00) g/mol] = 515,72… mol Reaktioyhtälöstä n(KNO3)/n(HNO3) = 4/4 eli n(KNO3) = n(HNO3) ja KNO3:a voi nyt muodostua 515,72… mol. M(KNO3) = n(KNO3) ∙ M(KNO3) = n(HNO3) ∙ M(KNO3) = 515,72… mol ∙ [(39,10 + 14,01 + 3 ∙ 16,00) g/mol] = 52,1 kg c) Kloorikaasua syntyy: n(Cl2)/n(KNO3) = 2/4, joten n(Cl2) = (2/4) ∙ n(KNO3) = (1/2) ∙ n(KNO3) M(Cl2) = n(Cl2) ∙ M(Cl2) = (1/2) ∙ n(KNO3) ∙ M(Cl2) = ½ ∙ 515,72… mol ∙ [2 ∙ 35,45) g/mol] = 18,3 kg Reaktion saanto 29. Lasketaan lähtöaineiden ainemäärät. n( NaHCO3) = m/M = 20,0 g/[(22,99 + 1,008 + 12,01 + 3 ∙ 16,00) g/mol] = 0,2380... mol Vetykloridihapon ainemäärä lasketaan kaavasta c = n/V n(HCl) = c(HCl) ∙ V(HCl) = 6 mol/dm3 ∙ 50,0 ∙ 10-3 dm3 = 0,30 mol Reaktioyhtälön kertoimien perusteella: NaHCO3(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) reaktioyhtälön 1 1 1 kertoimet käytössä, mol 0,2380… 0,30 rajoittaa NaCl voidaan 0,2380… 0,2380… valmistaa, mol Natriumkloridia voidaan siis tuottaa enintään 0,2380… mol, joten teoreettinen saanto on: m(NaCl, teor) = n ∙ M = 0,2380… mol ∙ (22,99 + 35,45) g/mol = 13,91… g b) Reaktion saantoprosentti on: todellinen saanto 12,3g saantoprosentti 100% 100 % 88,48...% 88,5% teoreettinen saanto 13,9g 30. a) Lasketaan lähtöaineiden ainemäärät: n(CO) = m/M = 72,0 ∙ 103 g/[(12.01 + 16,00) g/mol] = 2,570… ∙ 103 mol n(H2) = m/M = 5,50 ∙ 103 g/[(2 ∙ 1,008) g/mol] = 2,728… ∙ 103 mol Reaktioyhtälön kertoimien perusteella: CO(g) + reaktioyhtälön 1 kertoimet 2,570… ∙ 103 käytössä, mol 2,570… ∙ 103 mol 2,570… ∙ 103 CO tarvitsee H2, mol 2,728… ∙ 103 H2 ½ ∙ 2,728… ∙ 103 = 1,36… ∙ 103 tarvitsee CO, mol riittää 1 mol H2 tuottaa ½ mol 2,728… ∙ 103 mol H2 tuottaa 2 H2(g) → 2 CH3OH(l) 1 2,728… ∙ 103 2 ∙ 2,570… ∙ 103 = 5,14… ∙ 103 ei riitä 2,728… ∙ 103 2/2 = 1 mol 2,728… ∙ 103 ½ mol ½ ∙ 2,728… ∙ 103 Metanolia voidaan siis tuottaa ½ ∙ 2,728… ∙ 103 mol joten m(CH3OH) = n ∙ M = ½ ∙ 2,728… ∙ 103 mol ∙ (12,01 + 4 ∙ 1,008 + 16,00) g/mol = 4,3708… ∙ 104 g = 43,7 kg b) Reaktion todellinen saanto todellinen saanto saantoprosentti 100% teoreettinen saanto saantoprosentti teoreettinen saanto 90,4% 43,7kg todellinen saanto 39,5kg 100% 100% 31. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 3 Si(s) b) + 2 N2(g) → Si3N4(s) m(Si) = 4,00 g n(Si) = m/M = 4,00 g/(28,09 g/mol) = 0,1423… mol m(N2) = 3,00 g n(N2) = m/M = 3,00 g/(2 ∙ 14,01 g/mol) = 0,1070… mol 3 Si(s) + 2 N2(g) → Si3N4(s) kertoimet 3 2 1 reaktioyhtälössä ainemäärät kun 3/3 = 1 2/3 1/3 1 mol Si reagoi ainemäärät, kun 0,1423… mol 2/3 ∙ 0,1423… 1/3 ∙ 0,1423… 0,1423… mol Si (käytettävissä) = 0,0949… mol reagoi (lasketaan) ainemäärät, kun 3/2 2/2 =1 ½ 1 mol N2 reagoi ainemäärät, kun 3/2 ∙ 0,1070… mol 0,1070… mol 0,1070… mol = 0,1605… mol (käytettävissä) N2 reagoi (rajoittaa) Synteesin teoreettisen saannon rajoittaa Si. n(Si3N4) = (1/3) ∙ 0,1423… mol = 0,0474… mol m(Si3N4) = n ∙ M = 0,0474… mol ∙ (3 ∙ 28,09 + 4 ∙ 14,01) g/mol = 6,660… g 6,66 g c) M(todellinen saanto) = 4,92 g todellinen saanto 4,92% 100% 73,873...% 73,9% saantoprosentti 100% 6,66 teoreettinen saanto Reaktiosarjat 35. Lasketaan reaktioyhtälöt puolittain yhteen: CH4 + 4 Cl2 → CCl4 + 4 HCl CCl4 + 2 HF → CCl2F2 + 2 HCl CH4 + 4 Cl2 + 2 HF → CCl2F2 + 6 HCl m(Cl2) = ? m(CCl2F2) = 0,156 g n(CCl2F2) = m/M = 0,156 g/[(12,01 + 2 ∙ 35,45 + 2 ∙ 19,00) g/mol] = 0,001290… mol m(Cl2) = n(Cl2) ∙ M(Cl2) = 4∙ 0,001290… mol ∙ (2 ∙ 35,45 g/mol) = 0,36590… g = 0,366 g 36. a) S(s) + O2(g) 2 SO2(g) + O2(g) SO2(g) V2O5 SO3(g) + H2O(l) 2 SO3(g) H2SO4 (aq) c) Tasapainotetaan reaktioyhtälöt 2 S(s) + 2 O2(g) 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g) + 2 H2O(l) 2 SO2(g) V2O5 2 SO3(g) 2 H2SO4 (aq) Reaktioyhtälöistä nähdään, että n(H2SO4) = n(S). Rikkihapon massa on M(H2SO4) = (2,5 ∙ 103 kg ∙ 98,1 g/mol)/32,1 g/mol = 7,640….∙ 103 kg = 7,6∙103 kg Reaktioyhtälöiden perusteella n(O2)/n(S) = 3/2, josta n(O2) = (3/2) ∙ n(S) n(O2) = 1½ ∙ n(S) M(O2) = n(O2) ∙ M(O2) = (3/2) [M(S)/M(S)] ∙ M(O2) M(O2) = 3/2 ∙ [2,5 ∙ 103 kg/32,07 g/mol ] ∙ (2 ∙ 16,00 g/mol) = 3,7 ∙ 103 kg.