Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”

Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic

Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

1

MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE

Curs: 3

Grupele: G4, G5, G6

Formator: conf. dr. ing. Aurelian Cristian Boscornea

Octombrie/ 2015

ELEMENTE DE CALCUL ÎN CHIMIE

1. Stoichiometrie Stoichiometria se referă la calculul cantităţilor (reactanţi sau produşi) ce participă

la o reacţie chimică. Aceste cantităţi pot reprezenta atomi, molecule, masă, volum

(în cazul gazelor) sau numere de mol.

Într-o reacţie chimică masa şi numărul de atomi se conservă.

N2 H

2+ NH33 2

28 3x2 2x17

1mol 3mol 2mol

1 vol 3 vol 2 vol

În cazul sintezei amoniacului, raportul molar azot/hidrogen de 1/3 este raportul stoichiometric .

Condiţii nestoichiometrice sunt acele condiţii în care unul dintre reactanţi este în exces: de ex. raport molar azot/hidrogen 5/9 cand azotul este in exces si hidrogenul este limitativ.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

2

Un chimist care vrea sa realizeze o reactie chimica trebuie totdeanuna sa stie cat produs poate obtine dintr-o cantitate data de reactant.

Prima etapa obligatorie atat in practica cat si in calcule teoretice o reprezinta scrierea ecuatiei reactiei chimice si aflarea coeficientilor stoichiometrici!

Egalarea ecuatiei reactiei chimice se realizeaza prin ajustarea coeficientilor din fata formulei compusului chimic si nu prin modificarea raportului atomilor din componenta acestuia!

Uzual egalarea ecuatiei se realizeaza prin bilantul de atomi, fie prin incercari, fie prin metode algebrice sau alte metode ( ex. Bilant de transfer de electroni in cazul proceselor redox).

Exemplu a. Metoda prin incercari

NaOH + CO2

Na2CO

3 + H2O

-se observa ca in partea dreapta avem 2 atomi de Na in structura Na2CO3 deci vom pune coeficientul 2 in partea stanga la NaOH

NaOH + CO2

Na2CO

3 + H2O2

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

3

-urmeaza bilantul atomilor de carbon: 1 in stanga = 1 in dreapta-bilantul atomilor de hidrogen: 2 in stanga = 2 in dreapta

- -bilantul atomilor de oxigen: 2 + 2 =4 in stanga = (3 + 1) in dreapta

-ecuatia reactiei chimice este egalata!

-verificarea se poate face prin bilantul de masa.

NaOH + CO2

Na2CO

3 + H2O2

2x40 44 106 18

124 124

b. Metoda algebrica

MnO2 + HCl MnCl

2 + Cl2 + H

2O

-se noteaza coeficientii cu litere:

MnO2 + HCl MnCl

2 + Cl2 + H

2Ox

1 x2

y1

y2

y3

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

4

-Din bilantul atomilor de Mn: x1=y1

--din bilantul atomilor de Cl: x2 = 2y1 + 2y2

--din bilantul atomilor de hidrogen x2 = 2y3

--din bilantul atomilor de oxigen 2x1 = y3

-Rezulta un sistem de 4 ecuatii cu 5 necunoscute – nedeterminat!-Cum se rezolva?

Se acorda unei necunoscute o valoare arbitrara (minima ) : de ex. x1=1Rezulta: y1 = 1, y3 = 2, x2 = 4, y2 = 1

MnO2 + HCl MnCl

2 + Cl2 + H

2O4 2

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

5

Tipuri de reactii chimice

Reactii

chimice

Reactii de descompunere

Reactii de combinare

Reactii de substitutie

Reactii de schimb

Reactia chimica reprezinta procesul chimic prin care substantele setransforma in alte substante cu proprietati diferite de ale celor initiale..

După natura procesului chimic există patru mari clase de reacţii (unele dintre

ele putând apoi fi ȋmpărţite ȋn subclase):

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

6

Reactii de descompunere

Reactiile de combinare sunt procesele chimice in care doi sau mai multi reactanti seunesc pentru a forma un singur produs de reactie

A + B → AB

2 NO + O2 → 2 NO2

P2O5(s) + 3 H2O(l) → 2 H3PO4(aq)

Reactiile de descompunere sunt procesle chimice in care dintr-o substanta compusa(reactant), se formeaza doi sau mai multi produsi de reactie.

Reactii de combinare

AB → A + B

2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2

CaCO3 → CaO + CO2

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

7

Reactiile de substitutie sunt procesele chimice in care atomul unui element

inlocuieste atomii unui alt element intr-o substanta compusa.

Reactii de substitutie

A + BC → AC + B

HCl + Fe → FeCl2 + H2

CuCl2 + Fe → FeCl2 + Cu

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

8

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

9

Reactiile de schimb sunt procesele chimice in care doua substante

compuse isi schimba intre ele unele elemente, transformandu-se in alte

substante compuse.

Reactii de schimb

AB + CD → BC + AD

Ba(NO3)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2 HNO3

2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl↑

Exercitii:1. Sa se egaleze urmatoarele reactii chimice:

a. FeSO4 → Fe2O3 + SO3 + SO2

b. H3PO2 + HNO3 → H3PO4 + NO + H2O

c. HClO4 + KI → KClO4 + HCl + I2 + H2O

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

10

d. AsCl3 + KH2PO2 + H2O → As + H3PO3 + KCl + HCl

e. NH4OH → N2O + NH3 + H2O

f. As2O3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + NO + H2SO4

g. N2H4 + N2O4 → N2 + H2O

2. Ce masă de sare se obţine la interacţiunea a 60g hidroxid de sodiu cu 126g acid azotic?

3. In ce raport molar se precipită sărurile de Ag dintr-o soluţie ce conţine mase egale de NaCl şi KI atunci când acestea se tratează cu AgNO3.

4. Un amestec de NaOH şi KOH cu masa 17,90 g se tratează cu HCl în exces. A rezultat un amestec de NaCl şi KCl cu masa de 25,2 grame. Care a fost compoziţia amestecului iniţial de hidroxizi ?

Se dau masele atomice :Ag = 108 Na = 23 Cl = 35.5 N = 14 O = 16I = 127 K = 39

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

11

5. Cum se modifică masa unei plăcuţe de fer cântărind 10 grame ca urmare a

introducerii sale într-o soluţie care conţine 3,2 g sulfat de cupru ?

6. După o succesiune de transformări chimice care decurg cu randament 100 %

pornind de la 24,00 g de sulf:

se obţin 130,5 g produs final. Ce substanţă s-a obţinut şi cu ce reactant

partener?

S SO2 SO

3H

2SO

4

BaSO4

K2SO

4

Na2SO

4

Se dau masele atomice :Fe = 56 Cu = 64 S = 32 Ba = 137 K=39Na = 23

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

12

Relatii utile in calculul chimicLegea lui Avogadro: orice mol de gaz (adică acelaşi număr de molecule,

conform definiţiei molului, şi anume 6,022×1023) ocupă în condiţii de 0°C şi 1

atm(conditii normale) acelaşi volum, şi anume 22,41 L.

Exprimarea concentraţiei

Concentraţia reprezintă raportul dintre un anumit component şi soluţie (sau

amestec, in general).

Concentraţia procentuală de masă (% masă) se exprimă în kg de solut la 100

kg de soluţie:

100s

d

m

mC

Concentraţie molară

-reprezinta numarul de moli de substanta dizolvati intr-un litru de solutie. Se exprima in mol/l.

s

d

V

nM

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

13

Solubilitatea reprezinta concentraţia soluţiei saturate.

O soluţie se numeşte saturată când conţine cantitatea maximă de solut.

Solubilitatea variază cu natura solutului şi a solventului, precum şi cu

temperatura.

O altă modalitate de exprimare a solubilităţii este prin coeficientul de

solubilitate, exprimat în g solut / 100 g solvent.

O mărime importantă pentru amestecuri este densitatea.

V

m

-pentru gaze si amestecuri de gaze ideale densitatea se poate calcula cu formula:

V

M

Unde M este masa molara a amestecului (g/mol) iar in conditii normale V=22.4 L

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

14

Exercitii:

1. 500 mL soluţie NaCl 5 % (cu densitatea 1036 kg/m3) se fierbe astfel încât

soluţia să se concentreze la 1,7 M. Prin măsurarea volumului soluţiei se constată

că prin evaporare acesta a scăzut la 300 mL. Calculaţi:

- concentraţia molară a soluţiei iniţiale,

- concentraţia finală a soluţiei din vas,

-cantitatea de apă distilată ce trebuie adugată sau cea de apă ce mai trebuie

evaporată dacă, eventual, concentraţia finală este diferită de cea dorită.

2. Să se calculeze cantitatea de soluţie de NH4OH de concentraţie 10% necesară

pentru a neutraliza 224 litri de Cl2. PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

15

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

16

3. Să se calculeze cantitatea de hidroxid feric de concentraţie 2 M care se obţine

din 10 L de soluţie de bicarbonat de Fe(II) de concentraţie 1 M prin oxidare cu

oxigenul din aer.

4.Calculati masa molara a aerului cunoscand ca acesta contine 78% N2 si 22%

O2 (procente de volum).

5. Se amestecă 10 ml soluţie CuSO4 10 % (densitatea = 1.1 g / cm³) cu 10 ml

soluţie CuSO4 1 % (densit = 1 g / cm³). Ce concentraţie molară are soluţia

obţinută dacă densitatea = 1.05 g / cm³?

Se da masa molara pt: CuSO4 = 160

6. Câte grame de SO3 trebuie să se dizolve în 100 g de soluţie de acid sulfuric

91 % pentru a obţine oleum de 30 % ?

7. Calculati raportul masic in care se amestecă oleumul cu 20 % SO3 liber cu

acidul sulfuric 65,5 % pentru a obţine acid sulfuric 98 %.