CHEMICK REAKCIE A VPOTY Z CHEMICKCH ROVNC Seminr

CHEMICKÉ REAKCIE A VÝPOČTY Z CHEMICKÝCH ROVNÍC Seminár z CH 29 (51. vyuč. hod. ) VÝPOČTY HMOTNOSTÍ ALEBO LÁTKOVÝCH MNOŽSTIEV Z CHEMICKÝCH ROVNÍC Príprava chemických látok chemickou reakciou Experimentálna úloha: Chemickou reakciou hydrogenuhličitanu sodného s roztokom kyseliny octovej 30 cm 3 CH 3 COOH w = 0, 1 pripravte oxid uhličitý. Pomôcky Chemická lyžička, kužeľová banka, balón, váhy. 2, 52 g Na. HCO 3 Chemikálie hydrogenuhličitan sodný (sóda bikarbóna), kyselina octová (ocot) [w(CH 3 COOH) = 10% ] Postup práce ● Zostavte aparatúru na zachytávanie plynu podľa obrázka. Z práškovej sódy bikarbóny presne odvážte 2, 52 g vzorky a nasypte do balóna. ● Do banky nalejte 30 cm 3 kyseliny octovej (w = 10%). ● Na hrdlo banky natiahnite balón tak, aby hydrogenuhličitan sodný zostal v ňom. Potom presypte hydrogenuhličitan sodný do banky. Na. HCO 3 + CH 3 COOH → CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O Záver Látkové množstvo oxidu uhličitého je podľa chemickej rovnice rovnaké ako látkové množstvo hydrogenuhličitanu sodného. Ak hmotnosť hydrogenuhličitanu sodného m(Na. HCO 3) = 2, 52 g, M(Na. HCO 3) = 84 g. mol-1 potom n(CO 2) = n (Na. HCO 3) = . . mol. Ak molový objem plynu za daných podmienok (t = 20 °C, p = 100 k. Pa) je Vm= 24, 4 dm 3. mol-1, potom V(CO 2) = . . . cm 3. Úlohy: 1. Vypočítajte objem kyseliny octovej s hmotnostným zlomkom w = 10% potrebnej na chemickú reakciu, pri ktorej zreaguje 2, 52 g hydrogenuhličitanu sodného. [ 18 cm 3 ] M(CH 3 COOH) = 60 g. mol-1 Hustota kyseliny octovej ( w = 10% ) je ρ = 1, 01 g. cm-3 2. Vypočítajte teoretické množstvo vzniknutého oxidu uhličitého z 2, 52 g hydrogenuhličitanu sodného za predpokladu 100%-ného 3 ] M(CO 2) = 44 g. mol-1 výťažku reakcie. [ 1, 32 g; 0, 732 dm 3. Podľa dolu uvedeného modelu hasiaceho prístroja demonštrujte hasenie horiacej triesky na nehorľavej podložke. Model penového hasiaceho prístroja - (banka asi 250 ml) Po pretrepaní vzniká oxid uhličitý Variant A Hydrogenuhličitan sodný (sóda bikarbóna)- 3 lyžičky Na. HCO 3 + CH 3 COOH → + kyselina citrónová – 2 lyžičky → CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O + saponát (tekutý) – 1 lyžička Variant B + voda (v nádobe) ocot Hydrogenuhličitan sodný (sóda bikarbóna) – 3 malé lyžičky + saponát (tekutý) – 1 lyžička + kyselina octová (v nádobe)

CHEMICKÉ REAKCIE A VÝPOČTY Z CHEMICKÝCH ROVNÍC Seminár z CH 29 (51. vyuč. hod. ) VÝPOČTY HMOTNOSTÍ ALEBO LÁTKOVÝCH MNOŽSTIEV Z CHEMICKÝCH ROVNÍC Príprava chemických látok chemickou reakciou Téma: Chemická záhrada Pomôcky: kadička, sklená tyčinka, laboratórna lyžička, odmerný valec Chemikálie: vodný roztok kremičitanu sodného (vodné sklo), kryštáliky solí: síran meďnatý, síran železnatý, síran chromitý, dusičnan kobaltnatý, dusičnan nikelnatý, síran manganatý, voda (uvedené soli zapíšte aj vzorcami!) Princíp: Základnú reakciu, na ktorej je založený experiment, môžeme vyjadriť ako zrážaciu reakciu, pri ktorej vznikajú nerozpustné kremičitany: a) kremičitan sodný + síran meďnatý → síran sodný + kremičitan meďnatý b) kremičitan sodný + síran železnatý → síran sodný + kremičitan železnatý c) kremičitan sodný + síran chromitý → síran sodný + kremičitan chromitý d) kremičitan sodný + dusičnan kobaltnatý → dusičnan sodný + kremičitan kobalnatý e) kremičitan sodný + dusičnan nikelnatý→ dusičnan sodný + kremičitan nikelnatý f) kremičitan sodný + síran manganatý → síran sodný + kremičitan manganatý - ( uvedené reakcie zapíšte v závere chemickými rovnicami a medzi produktami vyznačte zrazeninu, nezabudnite určiť stechiometrické koeficienty) ☺Zrazenina vzniká na povrchu vhodeného kryštáliku a bráni ďalšej reakcii soli a kremičitanu. Zrazenina má však vlastnosti polopriepustnej membrány – prepúšťa len molekuly vody, molekuly kremičitanu sodného. Vniknutá voda spôsobí rozrušenie povrchu zrazeniny a kremičitan sodný opäť reaguje s kryštálikom za vzniku zrazeniny – tento proces sa stále opakuje, kým nezreaguje celý kryštálik. Pracovný postup: Do kadičky nalejeme 50 ml vodného skla a 25 ml destilovanej vody. Roztok dobre premiešame. Potom pridávame kryštáliky jednotlivých solí a pozorujeme farebné žrážacie reakcie. Záver a) Vypočítajte látkové množstvo kremičitanu meďnatého, ktorý vznikne, ak s kremičitanom sodným zreaguje 0, 25 g modrej skalice. -1 M(Cu. SO 4. 5 H 2 O) = 250 g. mol Na 2 Si. O 3 + Cu. SO 4 → . . . . + . . . n (Cu. Si. O 3) = . . mol b) Vypočítajte hmotnosť kremičitanu železnatého, ktorý vznikne, ak s kremičitanom sodným zreaguje 1, 39 g zelenej skalice. -1 M(Fe. SO 4. 7 H 2 O) = 278 g. mol . Na 2 Si. O 3 + Fe. SO 4 → . . . . + . . . m(Fe. Si. O 3) = . . g c) Vypočítajte látkové množstvo kremičitanu chromitého, ktorý vznikne, ak s kremičitanom sodným zreaguje 0, 358 g oktadekahydrátu síranu chromitého. M [ Cr 2(SO 4)3. 18 H 2 O) ] = 716 g. mol-1. 3 Na 2 Si. O 3 + Cr 2(SO 4)3 → . . . . + . . . n[(Cr 2(Si. O 3)3] = . . . mol d) Vypočítajte látkové množstvo kremičitanu kobaltnatého, ktorý vznikne, ak s kremičitanom sodným zreaguje 0, 5 mol dusičnanu kobaltnatého. Na 2 Si. O 3 + Co(NO 3 )2 → . . . . + . . . n(Co. Si. O 3) = . . mol e) Na 2 Si. O 3 + Ni(NO 3 )2 → . . . . + . . . f) Na 2 Si. O 3 + Mn. SO 4 → . . . . + . . .

-1 - CVIČENIE 12 CHEMICKÁ ROVNOVÁHA Seminár z CH 29 (51. vyuč. hod. ) CH / I V uzavretom systéme sa medzi reaktantmi a produktmi ustáli chemická rovnováha. Chemická rovnováha je charakterizovaná : a) rovnakou rýchlosťou priamej a spätnej reakcie, b) stálou koncentráciou reaktantov a produktov. Do akej miery sa reaktanty premenia na produkty, udáva hodnota rovnovážnej konštanty reakcie, ktorá závisí od teploty. Chemickú rovnováhu možno ovplyvniť vonkajšími podmienkami – zmenou koncentrácie látok, teploty a tlaku. Zmeny v zložení rovnovážnej zmesi vplyvom zmeny koncentrácie látok, teploty a tlaku sú uvedené v tabuľke. 5 cm 3 Zmeny v zložení rovnovážnej zmesi Na. SCN Fe. Cl 3 0, 005 mol. dm-3 AKCIA REAKCIA 0, 5 cm 3 Pridanie reaktantu zvýšenie koncentrácie produktov Na. SCN Odoberanie produktu zvýšenie koncentrácie produktov 0, 1 mol. dm-3 1 Zvýšenie teploty zvýšenie koncentrácie látok v smere endotermickej reakcie Zníženie teploty zvýšenie koncentrácie látok v smere exotermickej reakcie Zvýšenie tlaku zvýšenie koncentrácie látok v smere menšieho počtu mólov plynných látok Zníženie tlaku zvýšenie koncentrácie látok v smere väčšieho počtu mólov plynných látok 12. 1 Úloha: Overte, ako pôsobí zmena koncentrácie reaktantov na chemickú rovnováhu Pomôcky 3 skúmavky, stojan na skúmavky, 3 pipety. Chemikálie roztoky tiokyanatanu sodného ( c = 0, 1 mol. dm-3) a (c = 0, 005 mol. dm-3 ), roztoky chloridu železitého ( c = 0, 1 mol. dm-3) 0, 5 cm 3 Fe. Cl 3 0, 1 mol. dm-3 2 a ( c = 0, 005 mol. dm-3 ), destilovaná voda. Mr (Na. SCN) = 81, 08; Mr (Fe. Cl 3) = 162, 20 Postup práce a) Do skúmavky odpipetujte 5 cm 3 roztoku tiokyanatanu sodného ( c = 0, 005 mol. dm-3) a pridajte 5 cm 3 roztoku chloridu železitého ( c = 0, 005 mol. dm-3). Vzniknutú zmes dobre premiešajte a rozdeľte do troch skúmaviek. b) Do prvej pridajte 0, 5 cm 3 roztoku tiokyanatanu sodného ( c = 0, 1 mol. dm-3). Do druhej skúmavky pridajte 0, 5 cm 3 roztoku chloridu železitého ( c = 0, 1 mol. dm-3). Do tretej skúmavky pridajte 0, 5 cm 3 destilovanej vody. c) Pozorujte zmeny v jednotlivých roztokoch. Pozorované javy sformulujte v závere. III(SCN) 2+ → Fe 3+(aq) + SCN– (aq) Fe ← (aq) červený roztok 0, 5 cm 3 destilovaná 3 voda Záver Farba roztoku, ktorý vznikol bola . . . V prvej skúmavke je SCN– v nadbytku, reakcia prebiehala, lebo sfarbenie roztoku bolo. . . . V druhej skúmavke je Fe 3+ v nadbytku, reakcia prebiehala, lebo sfarbenie roztoku bolo. . . V tretej skúmavke sa koncentrácia iónov po pridaní vody. . . . a sfarbenie roztoku bolo. . . 12. 2 Úloha: Overte, ako pôsobí zmena teploty na chemickú rovnováhu Pomôcky 3 skúmavky, stojan na skúmavky, kúpeľ s vriacou vodou, kúpeľ s ľadovou vodou, kadička sklená tyčinka. Chemikálie roztok octanu sodného ( w = 20 % ), indikátorový roztok fenolftaleínu. Postup práce a) Do roztoku octanu sodného prikvapnite kvapku fenolftaleínu a premiešajte. Takto pripravený roztok rozdeľte do troch skúmaviek. b) Jednu ponorte do kúpeľa s horúcou vodou (teplota okolo 70°C), druhú do kúpeľa s ľadovou vodou ( teplota okolo 5°C). Tretia skúmavka je porovnávacia. c) Pozorujte farebné zmeny v skúmavkách. Potom skúmavky v kúpeľoch vymeňte a opäť pozorujte. d) Pozorované javy sformulujte v závere. – → CH 3 COO– + H 2 O CH ← 3 COOH + OH Záver Fenolftaleín je indikátor len pre zásadité prostredie – ióny OH–. Jeho bezfarebný roztok sa farbí v zásaditom prostredí . . . . CH 3 COONa V skúmavke v kúpeli s horúcou vodou sa rovnováha fenolftaleín (20%) 70°C reakcie posúva v smere priamej reakcie, koncentrácia iónov OH– je. . . . , farba roztoku je intenzívnejšia. V skúmavke v kúpeli s ľadovou vodou sa rovnováha reakcie posunula v smere. . . reakcie, preto sa roztok odfarbil. V skúmavke v horúcom kúpeli sa teplo pri reakcii spotrebúva, preto priama reakcia je. . . . . a spätná reakcia je naopak. . . . . Pre rovnovážnu konštantu uvedenej reakcie platí vzťah: K = . . . 0°C až 5°C

-2 - Seminár z CH 29 (51. vyuč. hod. ) CHEMICKÁ ROVNOVÁHA CH / I Otázky a úlohy 1. Vypočítajte hodnotu rovnovážnej konštanty reakcie: A + B → ← C + D ak viete, že začiatočná koncentrácia látky A a B bola 0, 6 mol. dm-3 a rovnovážna koncentrácia látky C je 0, 50 mol. dm-3. 2. V uzavretom systéme prebieha reakcia: H 2 (g) + I 2 (g) → ← 2 HI (g) Pri 450°C má rovnovážna konštanta hodnotu K = 50. Akú hodnotu má rovnovážna konštanta spätnej reakcie pri tej istej teplote? 3. Určte, či bude hodnota rovnovážnej konštanty reakcie: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) → ← 2 SO 3 (g) ΔH < 0 vyššia pri teplote 25°C alebo pri 100°C. Odpoveď zdôvodnite. 4. Uhličitan vápenatý sa rozkladá pri vysokej teplote na tuhý oxid vápenatý a plynný oxid uhličitý: Ca. CO 3 (s) → ← Ca. O (s) + CO 2 (g) ΔH = 178 k. J. mol-1 Vypočítajte, koľko gramov CO 2 sa nachádza v čase rovnováhy v reakčnej nádobe, ktorej objem je 1 liter, ak hodnota rovnovážnej konštanty K = 0, 01. (Objemy tuhých látok zanedbáme. ) M(CO 2) = 44, 01 g. mol-1.

-1 - CH / II Seminár z CH 29 (51. vyuč. hod. ) CVIČENIE 14 ALKÁNY Úloha 1 Pozorujte vlastnosti a horenie zemného plynu CH 4 + 2 O 2 → CO 2 +2 H 2 O Chemikálie Zemný plyn ( metán z plynového kahana). CH 4 Pomôcky Obr. 1 Plynový kahan, hrubostenný valec, špajdľa, zápalky. Postup práce (pokus robí vyučujúci) Vyučujúci naplní metánom (alebo zemným plynom) hrubostenný valec a upevní ho otvorom dolu. Do valca prudko vloží horiacu sviečku (alebo špajdľu) a opäť ju vytiahne. Pozorovanie sformulujte v závere (obr. 1). (Práca si vyžaduje ochranný kryt digestora, ochranné okuliare, nehorľavé rukavice a plášť!) Záver Zemný plyn je tvorený v prevažnej miere alkánom . . . . Tento alkán v čistej forme nemá zápach, napriek tomu zemný plyn zápach má, lebo niekedy býva znečistený zapáchajúcim plynným. . . Zemný plyn má. . . hustotu ako vzduch, preto bol valec otočený. . . . dnom. Po prudkom vložení špajdle do valca, špajdľa. . . . , lebo metán nepodporuje horenie. Po vytiahnutí špajdle z valca, špajdľa opäť. . . . . Plyn sa zapáli len na okraji valca a horí . . . plameňom. Nečmudí. Valec sa na svojich stenách orosil, teda vznikli kvapky. . . . Úloha 2 Pozorujte vlastnosti a horenie propán- butánu 1 Hustota propán-butánu je väčšia ako hustota vzduchu Chemikálie Propán-butánový zapaľovač (plniaca sada do zapaľovačov). Pomôcky Dve skúmavky, teplomer, sviečka, zápalky. 1 2 Teplota varu propán-butánu a b Obr. 2 Postup práce (pokus robí vyučujúci) a) Vyučujúci vytlačí malé množstvo propán – butánu do skúmavky, aby tam bol aj v kvapalnom skupenstve. Odmeriame teplotu zmesi a sledujeme zmeny. b) Kvapalný propán – bután preleje do 2. skúmavky. Skúmavku, v ktorej zostal plyn otočí dole dnom (otvorom hore) a priblíži k plameňu sviečky. Týmto pokusom pozorujeme hustotu propán-butánu vzhľadom k hustote vzduchu. Teplota varu propánu tv = - 42°C Záver Teplota varu butánu tv = - 1°C Kvapalný propán bután po vytlačení z nádoby prudko. . . . svoj objem, pričom došlo aj k jeho. . . . Pri bežných podmienkach je. . . skupenstva, ale v nádobe je v. . . skupenstve, lebo je. . . . Teplota zmesi propánu a butánu bola. . °C, lebo je v nej omnoho viac. . . Skvapalnený propán a bután sa plní do tlakových nádob. Takto sa s nimi stretávame napr. pri používaní turistických varičov a plynových zapaľovačov. Zostavte chemické rovnice pre horenie propánu a butánu. CH 4 CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 +. . . O 2 →. . . CO 2 +. . . H 2 O C 4 H 10 +. . . O 2 →. . . CO 2 +. . . H 2 O Napíšte štruktúrne vzorce metánu, propánu a butánu. Horenie pár propán-butánu Kvapalný propán-butánu pláva na vode a rýchlo sa vyparuje. Pary propán-butánu majú hustotu väčšiu ako vzduch, rýchlo sa zapália a horia aj v kadičke nad vodou. Pokus robí len vyučujúci!

-2 - Seminár z CH 29 (51. vyuč. hod. ) CVIČENIE 14 ALKÁNY CH / II Obr. 3 Úloha 3 Pozorujte hustotu a rozpustnosť benzínu a sviečky (parafínu) Chemikálie Benzín, sviečka, etanol, voda. 1 2 H 2 O etanol Pomôcky 4 označené skúmavky. Postup 3 (vykonávajú žiaci): Do 2 označených skúmaviek nalejte vodu a do ďalších dvoch alkohol. Do jednej sady pridajte kúsok sviečky a do druhej prilejte benzín. Porovnajte hustoty a rozpustnosť. voda ρ = 1 g. cm-3 b) alkohol + sviečka a) voda + sviečka c) voda + benzín d) alkohol + benzín etanol ρ = 0, 789 g. cm-3 benzín ρ = (0, 700 až 0, 750)g. cm-3 Záver Alkány majú. . . . hustotu ako voda, preto. . . . . na vode. Parafín a benzín sa nerozpúšťajú vo vode. Po zmiešaní tekutých alkánov s vodou vznikne heterogénna zmes -. . . . . , ktorá sa po malej chvíli oddelí. Po vzájomnom zmiešaní tekutých alkánov však vždy získame číry roztok, lebo ide o látky s podobnou štruktúrou (nepolárne látky). Všeobecne platí: “podobné sa rozpúšťa v podobnom“. Parafín má hustotu. . . . ako alkohol, lebo. . . na dno skúmavky. Voda je polárne rozpúšťadlo, benzín je. . . . rozpúšťadlo, preto sa benzín vo vode. . . . . Rozpustnosť benzínu v etanole ( CH 3 CH 2 OH ) spôsobuje prítomnosť alkylu . . v molekule etanolu, ktorého stavba zodpovedá alkylovým skupinám v molekulách uhľovodíkov ( je to nepolárna a hydrofóbna skupina). Úloha 4 Pozorujte, že benzínové pary sú ťažšie ako vzduch Chemikálie Benzín, sviečka Obr. 4 Horenie pár benzínu Pomôcky Kovový žľab, kancelárska spinka, kúsok vaty, chemické kliešte, sviečka, zápalky. Postup práce (pokus robí vyučujúci) Na hornú časť žľabu (dĺžka kovového žľabu asi 10 cm) pripneme kancelárskou spinkou malý kúsok vaty nasiaknutej benzínom. C 8 H 18 + 16 O 2 → 8 CO 2 +8 H 2 O Žľab s vatou pomocou chemických klieští šikmo nakloníme k plameňu sviečky (obr. 4). Záver Alkány sú. . . . . uhľovodíky. Ich všeobecný vzorec je: . . . . Pri práci s horľavinami je dôležité dodržiavať tieto bezpečnostné zásady: práca v digestore, na oči ochranné. . . , na ruky. . . . rukavice, tiež plášť. Kvalitu benzínu určuje. . . číslo; ( 2, 2, 4 -trimetylpentán má . . . . číslo 100; heptán 0). Ľahké a stredné benzíny majú 5 až 9 atómov uhlíka v molekule. Alkány, ktoré obsahujú 12 až 20 atómov C, sa nachádzajú v petroleji, nafte a vykurovacom oleji. Zmes tuhých alkánov (22 až 40 atómov uhlíka) nazývame parafín. Sviečky (nie voskové) sa vyrábajú z ropy, konkrétne z. . . . , obsahuje ho frakcia mazacích olejov pri vákuovej destilácii.