Keemia töövihik gümnaasiumile III osa

Martin Saar

˙Keemia töövihik gümnaasiumile III osa Anorgaaniliste ainete omadused ja rakendused Lisamaterjali hulka kuuluvate arvutusülesannete lahendused

- arvutusülessanne

1.3.

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

- lisamaterjal

˙Arvutused ainete valemite koostamisest 3.1. Täitke tööülesanded.

A. Elemendi X oksiid sisaldab massi järgi 40% hapnikku.

1. Tuvastage element X. 2. Koostage vastava oksiidi valem ja nimetage see.

3. Kas tegemist on aluselise või happelise oksiidiga? Põhjendage.

Lahendus Koostame tabeli, lähtudes elemendi X võimalikest oksüdatsiooniastmetest oksiidis. o.a

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Oksiid

X 2O

XO

X 2O3

XO2

X 2O5

XO3

X 2O7

XO4

120

80

200

120

280

160

M(oksiid) (g/mol)

40

M(X) (g/mol)

12

24

36

48

60

72

84

96

Sobiv element

−

Mg

(Cl)

(Ti)

−

−

−

−

Näide oksiidi ning vastava elemendi molaarmassi arvutamisest Kui elemendi X o.a oleks I, siis oksiidi valem oleks X 2O ning molaarmass: M(oksiid) = 16 · 100% = 40(g/mol) 40% Järelikult oleks elemendi X molaarmass: M(X) = 40 – 16 = 12(g/mol) 2 Sellise molaarmassiga on süsinik, ent süsinikule pole iseloomulik o.a I. Tingimustele vastab IIA rühma element Mg. MgO ehk magneesiumoksiid on aluseline oksiid.

(Põhimõtteliselt sobivad ka dikloortrioksiid Cl2O3 – molaarmass on 119 g/mol ning hapniku massiprotsent 40,3% ja titaan(IV)oksiid TiO2 – molaarmass on 79,9 g/mol ning hapniku massiprotsent 40,1%. Esimene on happeline ja teine amfoteerne oksiid.)

B. Mittemetalli Y vesinikühend sisaldab massi järgi 3,84% vesinikku.

1. Tuvastage element Y. 2. Koostage vastava vesinikühendi valem.

Lahendus: o.a

−IV

−III

−II

−I

Vesinikühend

YH4

YH3

H2Y

HY

M(ühend) (g/mol)

104

78

52

26

M(Y) (g/mol)

100

75

50

25

Sobiv element

−

As

−

−

Tingimustele vastab VA rühma element As. Vesinikühendi valem on AsH3.

2

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

3.2. Esitatud on kaltsiumi sisaldus massi järgi kolmes aines, mis koosnevad vaid kahest elemendist. Tuvastage arvutuste abil ainete koostis, kirjutage nende valemid ja nimetused.

1) 55,5% 2) 36,0% 3) 81,1% Lahendus Kui aniooni laeng on 1−, siis on vastava ühendi valem CaAn2.

Kui aniooni laeng on 2−, siis on vastava ühendi valem CaAn. Kui aniooni laeng on 3−, siis on vastava ühendi valem Ca3An2.

Ainete koostise tuvastamiseks on tulemused koondatud tabelisse.

Ühend

Aniooni laeng 1−

2−

3−

1)

M = 72,2 g/mol; M(An) = 16,1 g/mol

M = 72,2 g/mol; M(An) = 32,1 g/mol; sobib S (väävel) Ühend: CaS

M = 216,6 g/mol M(An) = 48,2 g/mol

2)

M = 111,3 g/mol M(An) = 35,6 g/mol sobib Cl (kloor) Ühend: CaCl2

M = 111,3 g/mol M(An) = 71,2 g/mol

M = 334 g/mol M(An) = 106,9 g/mol

M = 49,4 g/mol M(An) = 9,3 g/mol

M = 148,3 g/mol M(An) = 14,0 g/mol sobib N (lämmastik) Ühend: Ca3N2

3)

M = 49,4 g/mol M(An) = 4,7 g/mol

Näide kaltsiumiühendi ning vastava aniooni molaarmassi arvutamisest.

Kui aniooni o.a oleks −I, siis ühendi valem oleks CaAn2 ning molaarmass: M(ühend) = 40,08 · 100% = 72,2(g/mol) 55,5% Järelikult oleks aniooni molaarmass: M(An) = 72,2 – 40,08 = 16,1(g/mol) 2 Lähedase molaarmassiga on hapnik, ent hapnikule pole iseloomulik o.a −I. Kaltsiumiühendid on vastavalt:

1) CaS – kaltsiumsulfiid;

2) CaCl2 – kaltsiumkloriid; 3) Ca3N2 – kaltsiumnitriid.

3

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

3.3. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

Metalli ühend halogeeniga sisaldab 89,88% halogeeni. Sama metalli oksiid sisaldab 47,07% hapnikku. Määrake mõlema aine valemid, kirjutage nende nimetused.

Lahendus Alustame tuvastamist oksiidist. Tõenäoliselt on metallilise elemendi o.a I, II või III, kuid võib olla ka kõrgem. o.a

I

II

III

IV

V

VI

VII

Oksiid

M2O

MO

M2O3

MO2

M2O5

MO3

M2O7

102,0

68,0

...

...

...

27,0

36,0

...

...

...

M(oksiid) (g/mol) M(metall) (g/mol)

34,0 9,0

18,0

Tingimustele vastab IIIA rühma element alumiinium Al. Vastav oksiid on Al2O3.

Alumiinium moodustab halogeenidega ühendid üldvalemiga AlHal3.

M(AlHal3) = 27,0 g/mol · 100% = 266,8 g/mol ≈ 267 g/mol (100% – 89,88%) 266,8 g/mol · 89,88% = 79,9 g/mol M(Hal) = 3 · 100%

See molaarmass vastab halogeenile broom Br. Vastav ühend on AlBr3.

Ained on alumiiniumoksiid Al2O3 ja alumiiniumbromiid AlBr3.

3.4. Lahendage 2004/2005. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanne 9. klassile.

Pärlite koostises on 90% ainet A. Aine A kuumutamisel moodustub gaasiline mittemetalli oksiid B, mis sisaldab 72,7% hapnikku, ja metallioksiid D, mis sisaldab 28,5% hapnikku.

Need oksiidid reageerivad omavahel vesikeskkonnas, moodustades lõpuks uuesti aine A. 1. Arvutage mittemetalli ja metalli aatommass.

2. Kirjutage oksiidide B ja D valemid ning nimetused.

Lahendus (ülesanne nr 2): ftp://ftp.ttkool.ut.ee/chem/olymp/eko52v2k09lah.pdf

3.5. Lahendage 2007/2008. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanne 12. klassile.

Kaheaatomilise gaasi A üheks saamismeetodiks on soola G lagundamine, milles element X esineb kahes erinevas oksüdatsiooniastmes. Reaktsiooni käigus üks soola osake laguneb, andes ühe molekuli A-d ja kaks molekuli binaarset ainet B, milles hapniku sisaldus on 88,9%.

Tavatingimustes on gaas A inertne ja reageerib metallidest ainult liitiumiga, moodustades ühendi C. Binaarset ühendit D (milles 35,49% naatriumit) kasutatakse ohutuspatjades, sest löögi toimel see laguneb gaasiks A ja naatriumiks.

1. Leidke arvutuste teel aine B ja aine D valem.

2. Leidke, mitu kuupdetsimeetrit (nt.) gaasi A tekib 26 g aine D lagunemisel.

Lahendus (ülesanne nr 3): www.teaduskool.ut.ee/orb.aw/class=file/action=preview/id=1650/eko55v2k12lah.pdf

4

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

1.6.

Arvutused metallide reageerimisest hapete ja soolade lahustega ning veega˙ 6.1. Arvutage järgmiste reaktsioonide tulemusena saadud lahuste massiprotsendiline sisaldus: 1) leelise lahus, mis saadi 5,0 g naatriumi reageerimisel 100 g veega; 2) soola lahus, mis saadi 6,0 g tsingi reageerimisel 100 cm3 10%-lise soolhappe lahusega (ρ = 1,05 g/cm3).

Lahendus 1) 2Na + 2H2O  2NaOH + H2 n(Na) =

5,0 g = 0,217 mol 23 g/mol

n(NaOH) = 0,217 mol · 1 = 0,217 mol 1

m(NaOH) = 0,217 mol · 40 g/mol = 8,68 g n(H2) = 0,217 mol · 1 = 0,1085 mol 2

m(H2) = 0,1085 mol · 2 g/mol = 0,217 g

m(lahus) = 5,0 g + 100 g – 0,217 g = 104,783 g ≈ 105 g %(NaOH) = 8,68 g · 100% = 8,267% ≈ 8,3% 105 g

Lahendus ühel real %(NaOH) =

5,0 g · 1 mol · 2 mol · 40 g · 100% = 8,282% ≈ 8,3% 5,0 g · 1 mol · 1 mol · 2 g 23 g · 2 mol · 1 mol · (100 g + 5 g – ) 23 g · 2 mol · 1 mol

2) Zn + 2HCl  ZnCl2 + H2 n(Zn) =

6,0 g = 0,0923 mol 65 g/mol

Igaks juhuks kontroll HCl hulgast: 3 g · 0,10 · 1 mol = 0,288 mol n(HCl) = 100 cm · 1,05 3 1 cm · 36,5 g

HCl liias, arvutustes lähtuda Zn hulgast.

n(ZnCl2) = 0,0923 mol · 1 = 0,0923 mol 1

m(ZnCl2) = 0,0923 mol · 136 g/mol = 12,6 g n(H2) = 0,0923 mol · 1 = 0,0923 mol 1

m(H2) = 0,0923 mol · 2 g/mol = 0,1846 g ≈ 0,18 g

5

-

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

m(lahus) = 105 g + 6,0 g – 0,18 g = 111 g %(ZnCl2) = 12,6 g · 100% ≈ 11% 111 g Lahendus ühel real %(ZnCl2) =

6,0 g · 1 mol · 1 mol · 136 g · 100% = 11,31% ≈ 11% 6,0 g · 1 mol · 1 mol · 2 g 100 cm3 · 1,05 g 65 g · 1 mol · 1 mol · ( + 6,0 g – ) 65 g · 1 mol · 1 mol 1 cm3

6.2. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

Veega pandi reageerima kaks tundmatut metalli. 21,9 g metalli A reageerimisel eraldus 3,58 l vesinikku (nt.). Sama koguse vesiniku saamiseks tuli panna veega reageerima 12,5 g metalli B. Tuvastage metallid A ja B. Lahendus

Vedela veega reageerivad IA ja IIA (al Ca) metallid. Reaktsioonivõrrandite üldkuju:

2M + 2H2O  2MOH + H2

M + 2H2O  M(OH)2 + H2

Metalli A tuvastamine n(H2) =

3,58 l = 0,160 mol 22,4 l/mol

Kui tegemist oleks IA rühma metalliga:

Kui tegemist oleks IIA rühma metalliga:

n(metall) = 0,160 mol · 2 = 0,320 mol 1 21,9 g M(metall) = = 68,4 g/mol 0,320 mol

n(metall) = 0,160 mol · 1 = 0,160 mol 1 21,9 g M(metall) = = 137 g/mol 0,160 mol

Ei ole tingimustele vastavat leelismetalli.

Sobib baarium Ba.

Metalli B tuvastamine n(H2) = 0,160 mol Kui tegemist oleks IA rühma metalliga:

Kui tegemist oleks IIA rühma metalliga:

n(metall) = 0,160 mol · 2 = 0,320 mol 1 12,5 g M(metall) = = 39,1 g/mol 0,320 mol

n(metall) = 0,160 mol · 1 = 0,160 mol 1 12,5 g M(metall) = = 78,1 g/mol 0,160 mol

Sobib kaalium K.

Ei ole tingimustele vastavat metalli.

6

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

6.3. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

0,18 g metalli A tõrjub soola lahusest välja 0,56 g teist metalli B. Sama koguse metalli B lahustamisel happes eraldub 224 ml vesinikku (nt.). Määrake mõlemad metallid.

Lahendus

Ülesande lahendamist on otstarbekas alustada metalli B reageerimisest happega. n(H2) = 0,224 = 0,0100 mol 22,4 l/mol

n(metall) = 0,0100 mol · 2 = 0,0200 mol 1 0,56 g M(metall) = = 28 g/mol 0,0200 mol

Kui metalli B o.a ühendites on I: 2B + 2HAn  2BAn + H2 Ei ole sobivat metalli.

n(metall) = 0,0100 mol · 1 = 0,0100 mol 1 0,56 g M(metall) = = 56 g/mol 0,0100 mol

Kui metalli B o.a ühendites on II: B + 2HAn  BAn2 + H2 Sobib raud Fe.

Kui metalli B o.a ühendites on III: 2B + 6HAn  2BAn3 + 3H2 Ei ole sobivat metalli.

n(metall) = 0,0100 mol · 2 = 0,00667 mol 3 0,56 g M(metall) = = 84 g/mol 0,00667 mol

Metall B on raud Fe. n(metall) = 0,0100 mol · 2 = 0,0200 mol 1 0,18 g M(metall) = = 9,0 g/mol 0,0200 mol

Kui metalli A o.a ühendites on I: 2A + FeAn2  2BAn + Fe Ei ole sobivat metalli.

n(metall) = 0,0100 mol · 1 = 0,0100 mol 1 0,18 g M(metall) = = 18 g/mol 0,0100 mol

Kui metalli A o.a ühendites on II: A + FeAn2  AAn2 + Fe Ei ole sobivat metalli.

Kui metalli A o.a ühendites on III: 2A + 3FeAn2  2AAn3 + 3Fe Sobib alumiinium Al.

n(metall) = 0,0100 mol · 2 = 0,00667 mol 3 0,18 g M(metall) = = 27 g/mol 0,00667 mol

Metall A on alumiinium Al.

(Kui lahendada Fe3+-soolaga, siis ei leidu tingimustele vastavat metalli.)

7

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

6.4. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

Hõbenitraadi lahusesse pandi 50,0 g vasetükk. Mõne aja pärast oli vasetüki mass koos sellele sadenenud hõbedaga kokku 54,4 g. Arvutage sadenenud hõbeda mass.

Lahendus

Cu + 2AgNO3  Cu(NO3)2 + 2Ag 

1 mol reageerinud vase kohta sadeneb välja 2 mol hõbedat.

Olgu reageerinud vase hulk n. Sellisel juhul on moodustunud (vasetükile sadenenud) hõbeda hulk 2n.

Reaktsiooni lõpus saadud vasetüki mass avaldub:

m(vask enne reaktsiooni) – m(reageerinud vask) + m(sadenenud hõbe)

Arvestades metalliliste elementide molaarmasse, saame võrrandi:

50,0 – n ·63,5 + 2n · 108 = 54,4

152,5n = 4,4

n = 0,0289

Vaske reageeris 0,0289 mol, hõbedat sadenes välja 0,0578 mol ehk 6,2 g.

6.5. Lahendage 2006/2007. õppeaasta Tallinna koolinoorte keemiaolümpiaadi koolivooru ülesanne 10. klassile.

Laborisse toodi sulamid Zn-Al, Zn-Cu, Fe-Cr ja Zn-Mg. Iga sulami mass oli 7,00 g.

Oli teada, et sulamis olevate metallide masside vahekorrad on 2:3, kusjuures oli märkimata, millist metalli oli 2 osa ja millist 3 osa. Ühe sulami töötlemisel soolhappe liiaga moodustus 3,82 dm3 vesinikku (24,5 dm3/mol).

A. Kirjutage kõikide sulamites olevate metallide ja soolhappe reageerimisel moodustunud vesiniku vastavused; näiteks 2Li ⇔ H2.

B. Arvutage 3,82 l (nt.) vastav vesiniku hulk (moolide arv).

C. Tõestage, milline sulam vastab ja miks ülejäänud sulamid ei vasta ülesande tingimustele. Kuue õigesti valitud metalli koguse järgi tehtud arvutustega saate ammendava vastuse.

Lahendus (ülesanne nr 2): http://olympiaadid.haridus.ee/?objID=443

8

-n

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

Amfoteersus˙ 7.2. Lahendage lõik 2007/2008. õppeaasta Tallinna koolinoorte keemiaolümpiaadi koolivooru ülesandest 10. klassile.

Al-Mg sulam lahustus täielikult 10% HCl lahuse liias, mille puhul eraldus 12,5 l vesinikku. 10% NaOH lahuse liias lahustus sulam osaliselt ja eraldus 4,10 l vesinikku.

Alati, kui ei ole öeldud midagi täiendavalt, tuleb arvestada normaaltingimustega (nt.).

A. Kirjutage toimuvate reaktsioonide võrrandid.

B. Arvutage sulami mass.

C. Arvutage sulamis olevate metallide protsendiline sisaldus.

Lahendus (ülesanne nr 1): http://olympiaadid.haridus.ee/?objID=511

7.3. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

16,0 g segu, mis koosnes raua, alumiiniumi ja vase pulbritest, jagati kaheks võrdseks osaks. Esimest töödeldi kaaliumhüdroksiidi lahuse liiaga, teist vesinikkloriidhappe lahuse liiaga. Esimesel juhul eraldus 3,36 dm3 (nt.) gaasi, teisel juhul 4,48 dm3. Leida metallide sisaldus pulbrite segus massiprotsentides.

Lahendus:

Et segu jaotati kaheks võrdseks osaks, siis reageeris kummalgi juhul 16,0 g : 2 = 8,0 g segu.

Töötlemisel kaaliumhüdroksiidi lahusega astub reaktsiooni alumiinium.

2Al + 2KOH + 6H2O  2K[Al(OH) 4] + 3H2

või 2Al + 6KOH + 6H2O  2K 3[Al(OH)6] + 3H2

(Ei mõjuta Al ja H2 moolsuhet) Ühel real:

3,36 dm3 = 0,150 mol 22,4 dm3/mol n(Al) = 0,150 mol · 2 = 0,100 mol 3

n(H2) =

3 n(Al) = 3,36 dm · 1 3mol · 2 mol · 27,0 g = 2,70 g 22,4 dm · 3 mol · 1 mol

m(Al) = 0,100 mol · 27,0 g/mol = 2,7, g

Töötlemisel vesinikkloriidhappe lahusega reageerivad nii alumiinium kui raud.

Fe + 2HCl  FeCl2 + H2

2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2

n(H2) =

4,48 dm3 = 0,200 mol 22,4 dm3/mol

Alumiiniumi mass ja hulk on vesinikkloriidhappe lahusega töötlemisel samad, mis olid kaaliumhüdroksiidi lahusega töötlemisel.

9

-a

1.7.

-l

.Keemia

Vesinik, mis tekib Al+HCl reaktsioonil:

töövihik gümnaasiumile

n(H2) = 0,100 mol · 3 = 0,150 mol 2

Vesinik, mis tekib Fe+HCl reaktsioonil: n(H2) = 0,2000 mol – 0,150 mol = 0,050 mol n(Fe) = 0,050 mol · 1 = 0,050 mol 1

m(Fe) = 0,050 mol · 56 g/mol = 2,8 g

Kuivõrd Al ja Fe mass on teada, saab arvutada Cu massi:

m(Cu) = 8,0 g – 2,8 g – 2,7 g = 2,5 g

Metallide protsendiline sisaldus segus: %(Cu) = 2,5 g · 100% = 31,25% ≈ 31% 8,0 g %(Fe) = 2,8 g · 100% = 35% 8,0 g %(Al) = 2,7 g · 100% = 33,75% ≈ 34% 8,0 g Segu sisaldab: 31% Cu; 35% Fe ja 34% Al.

7.4. Lahendage 2002/2003. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi vabariikliku vooru ülesanne 10. klassile.

Kindla koguse vase-, raua- ja alumiiniumipulbrite segu reageerimiseks kulus ühel juhul 40,0 g NaOH (moodustus nelja hüdroksüülrühmaga kompleksühend); teisel juhul 37,4 dm3 Cl2; kolmandal juhul 1035 cm3 10,0% HCl lahust (1,10 g/cm3).

A. Kirjutage reaktsioonide võrrandid, mis kajastavad segu komponentide reageerimist

1) naatriumhüdroksiidiga, 2) klooriga ja 3) soolhappega.

B. Arvutage 1) Al, 2) Fe ja 3) Cu mass lähtesegus.

Lahendus (ülesanne nr 4): ftp://ftp.ttkool.ut.ee/chem/olymp/eko50v3k10lah.pdf

10

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

1.8.

Metallide reageerimine lämmastikhappe ja kontsentreeritud väävelhappega˙

- põhik

- arutle

8.2. Lahendage 2011/2012. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanne 9. klassile.

Metallide A ja B protsendilise sisalduse määramiseks messingis lisati 5,000 g peenestatud sulamile soolhapet. Reaktsiooni käigus eraldus 0,616 l (nt.) kaheaatomilist põlevat gaasi C. Lahustumatuks jäänud metall B eraldati ja kaaluti (3,200 g), sellele lisati lahjendatud lämmastikhapet ning soojendati.

- uurig

- otsi I

Eraldus kolmeaatomiline pruun mittepõlev gaas D ning lahus värvus siniseks.

- video

1. Kirjutage ainete A, B, C ja D valemid ja nimetused.

2. Kirjutage lõpuni reaktsioonide võrrandid:

- õpila

1) A + HCl  C + ...

2) B + HNO3  D + ... + ...

- näitk

3. Arvutage metallide massiprotsendiline sisaldus sulamis.

- arvut

Lahendus (ülesanne nr 4) http://www.teaduskool.ut.ee/orb.aw/class=file/action=preview/id=6548/ eko59v2_09kl_lahendused.pdf

- lisam

1.9.

Keerulisemate redoksreaktsioonide võrrandite tasakaalustamine˙ 9.2. Lahendage 2009/2010. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanne 10. klassile.

Redoksreaktsioonis muutuvad elektronide ülemineku käigus elementide oksüdatsiooniastmed. Kirjutage lõpuni ja tasakaalustage reaktsioonivõrrandid a)–g), asendades tähed A–G etteantud loetelus olevate ainete või ainete segudega:

F2, H2O, HNO3, H2SO4, KMnO4 + KOH, KMnO4 + H2O, KMnO4 + H2SO4. a) Fe(OH)2 + O2 + A  Fe(OH)3 b) H2O + B  O2 + HF

c) C + C  CO2 + NO + H2O

d) Zn + D  ZnSO4 + SO2 + H2O

e) K 2S+ E  S+ MnSO4+ K 2SO4 + H2O f) K 2SO3 + F  K 2SO4 + MnO2 + KOH

g) S + G  K 2MnO4 + K 2SO4 + H2O

Lahendus (ülesanne nr 3) http://www.teaduskool.ut.ee/orb.aw/class=file/action=preview/id=4090/eko57v2k10lah.pdf

11

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

9.2. Tsingi reageerimisel erineva kontsentratsiooniga lämmastikhappega tekivad erinevad saadused. Reageerimisel kontsentreeritud happega moodustub peamiselt lämmastikdioksiid, lahjendatud happe korral võib tekkida näiteks lämmastikoksiid ning tugevasti lahjendatud happe korral ammooniumnitraat. Koostage vastavate reaktsioonide võrrandid ja tasakaalustage need.

Lahendus

Zn + 4HNO3  Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

- põhikoolis õpitu kordamine 3Zn +

8HNO3  3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

4Zn + 10HNO3  4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

- arutlege pinginaabriga või rühmas

9.3. Lahendage 1997/1998. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi vabariikliku vooru 10. klassile.

- uurige näidet, jätke meeldeülesanne reegel

Eesti Vabariigi 50-sendised mündid valmistatakse sulamist, mis koosneb alumiiniumist, niklist ja vasest. Analüüsiks võeti 29,200 g vastavat sulamit, mis „lahustati” lahjen- otsi Internetist või teatmikest datud lämmastikhappes. Saadud lahus jagati pooleks. Esimest poolt töödeldi NaOH liiaga. Tekkis sade, mille mass peale kuivatamist oli 21,310 g. Teist poolt töödeldi NaOH liiaga broomivees. Tekkis sade, mille mass peale kuivatamist oli 21,395 g. Mõlemal - video juhul olid sademes samasse aineklassi kuuluvad ühendid.

- õpilaskatse

1. Kirjutage toimunud reaktsioonide võrrandid, eeldades, et vask ja nikkel redutseerivad lämmastikhappe ühesuguselt, alumiinium aga maksimaalselt.

2. Leidke nikli hulk.

- näitkatse

3. Leidke Al, Ni ja Cu mass ühes 50-sendises mündis (2,92 g).

- arvutusülessanne

4. Arvutage sulamis Al, Ni ja Cu massiprotsent.

Lahendus (ülesanne nr 5): ftp://ftp.ttkool.ut.ee/chem/olymp/eko45v3k10lah.pdf

- lisamaterjal

2.3. ˙Arvutused elektrolüüsist 3.1. Mitu tonni alumiiniumit saadakse elektrolüüserist täpselt kahe nädala jooksul, kui elektrolüüserit läbiv voolutugevus on 40 kA? Lahendus Al3+ + 3e−  Al0  3 n(Al) = 40 · 10 · 2 · 7 · 24 · 60 · 60 = 167000 (mol) 3 · 96485

m(Al) = 167000 mol · 27 g/mol = 4509000 g ≈ 4,5 t

12

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

3.2. Mitu kuupmeetrit vesinikku (nt.) saadakse naatriumkloriidi vesilahuse elektrolüüsil, kui elektrolüüs kulgeb voolutugevusega 1200 A ja vältab 48 tundi? Arvestage, et protsessil esineb kadu 25%.

Lahendus: 2H2O + 2e−  2OH − + H2 n(H2 teor) = 1200 · 48 · 60 · 60 = 1070 (mol) 2 · 96485

V(H2 tegelik) = 1070mol · 22,4 l/mol · 0,75 = 17976 l ≈ 18 m3 3.3. Arvutage 2,5 · 103 kW seadme ööpäevane tsingi toodang tonnides, kui seadmes rakendatav pinge on 5,0 V ja tsingi saagis voolu järgi 88%.

Lahendus Zn2+ + 2e−  Zn0  3 3 I = 2,5 · 10 · 10 = 0,5 · 106 (A) 5 6 n(Zn teor) = 0,5 · 10 · 24 · 60 · 60 = 224000 (mol) 2 · 96485

n(Zn teor) = 224000 mol · 65 g/mol · 0,88 = 12800000 g ≈ 13 t

3.4. Harrastuskeemikud Tiivi ja Moonika uurisid elektrolüüsil eralduva aine koguse sõltuvust katiooni laengust. Selleks elektrolüüsisid nad täpselt viie tunni jooksul voolutugevusel 3,0 A nii tina(II)kloriidi kui ka tina(IV)kloriidi lahuseid ning määrasid kummastki lahusest eraldunud tina massi.

Lahendus 1. Kirjutage mõlema vesilahuse elektrolüüsi katood- ja anoodreaktsioonide võrrandid.

Sn2+ + 2e−  Sn0  2Cl− − 2e−  Cl2 Sn4+ + 4e−  Sn0  2Cl− − 2e−  Cl2

Arvutage kummagi lahuse elektrolüüsil saadava maksimaalse tinakoguse mass.

Tina(II)kloriidi elektrolüüs: m(Sn) = 3,0 · 5 · 60 · 60 · 118,7 = 33,2 (g) ≈ 33 (g) 2 · 96485 Tina(IV)kloriidi elektrolüüs: m(Sn) = 3,0 · 5 · 60 · 60 · 118,7 = 16,6 (g) ≈ 17 (g) 4 · 96485

13

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

2. Kumma soola elektrolüüsil said keemikud suurema koguse tina?

Millega seda põhjendada?

Tina(II)kloriidi elektrolüüsil. 1 mol tina saamiseks kulub sel juhul vaid 2 mol elektrone, kuid tina(IV)kloriidi korral 4 mol, s.t voolu kulub sama koguse tina saamiseks tina(II)kloriidi puhul 2 korda vähem.

3.5. Mitu mooli vesinikku oleks võimalik saada, kui vee elektrolüüsil rakendataks seadmetes täpselt kümne minuti jooksul ühte protsenti kõigi Eesti tuulegeneraatorite võimsust ning pinget 4,0 V? Tuulikute koguvõimsus 2013. aasta seisuga on 269 MW.

Kui suure ruumala võtab saadav kogus vesinikku enda alla toatemperatuuril (Vm = 24,0 dm3/mol)?

Lahendus 6 I = 269 · 10 · 0,01 = 6,725 · 105 (A) 4,0

2H2O + 2e−  2OH − + H2 5 n(H2) = 6,725 · 10 · 10 · 60 = 2091 (mol) 2 · 96485

V(H2) = 2091 mol · 24,0 dm3/mol = 50 200 dm3 ≈ 50 m3

3.6. Hõbedast detail pindalaga 15 cm2 on vaja katta 45 μm paksuse kullakihiga.

Kui palju energiat selleks kulub, kui elektrolüüs toimub pingel 30 V? Kulla tihedus on 19,3 g/cm3 ning elektrolüüs viiakse läbi kuld(III)soolaga.

Lahendus Au3+ + 3e−  Au0  n(Au) = m = ρ · V = 19,3 · 15 · 0,0045 = 0,00661 (mol) M M 197,0

I · t = n · z · F = 0,00661 · 3 · 96485 = 1913 (A · s)

E = I · U · t =1913 · 30 = 57390 (J) ≈ 57 kJ

14

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

Arvutused kristallhüdraatidega˙ 2.1. Lahendage 2008/2009. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanne 10. klassile.

200 g 30,0% CuSO4 lahuse valmistamiseks temperatuuril 60 °C on võimalik kasutada kas veevaba CuSO4 või kristallhüdraati CuSO4 · 5H2O. Hinnakirjast leiti, et sobiva puhtusastmega 125 g veevaba CuSO4 hind on 35,16 € ning 1,00 kg CuSO4 · 5H2O hind on 280,00 €.

A. Arvutage, i) mitu g CuSO4 ja ii) mitu g CuSO4 · 5H2O kuluks 200 g 30,0% lahuse valmistamiseks.

B. Kui palju läheb maksma käesoleva lahuse valmistamine, kui kasutada 1) CuSO4 ja 2) CuSO4 · 5H2O? Mis vormis CuSO4 kasutamine on majanduslikult kasulikum, kui arvestada ainult pakendist ära kasutatud osa?

C. Valmistatud lahus jäeti toatemperatuuril seisma ja mõne aja pärast avastati, et aine sisaldus lahuses on 20,0%. Arvutage, mitu grammi ainet (CuSO4 · 5H2O) kristallus välja.

Lahendus (ülesanne nr 4): http://www.teaduskool.ut.ee/orb.aw/class=file/action=preview/id=3017/eko56v2k10lah.pdf 2.2. Lahendage 2006/2007. õppeaasta Tallinna koolinoorte keemiaolümpiaadi koolivooru ülesanne 10. klassile.

Kristallhüdraat X sisaldab 7,04% vesinikku, 4,20% süsinikku ja 16,07% tundmatut elementi A. Elemendist A võib moodustuda oksiidi B, mis sisaldab 25,81% hapnikku.

Kristallhüdraadi X kuumutamisel moodustub aine Y, mis sisaldab 11,33% süsinikku, 43,33% elementi A ja 45,29% hapnikku.

A. Arvutage elemendi A aatommass ja kirjutage tema sümbol ning nimetus.

B. Arvutage 1) aine Y valem ja 2) kristallhüdraadi X valem ning andke nende nimetused.

Lahendus (ülesanne nr 3): http://olympiaadid.haridus.ee/?objID=443 2.3. Lahendage 2004/2005. õppeaasta Tallinna koolinoorte keemiaolümpiaadi koolivooru ülesanne 10. klassile.

50,6 g magneesiumkarbonaadi kuumutamisel moodustunud magneesiumoksiid reageeris ekvivalentse massi 25,0% väävelhappe lahusega. Moodustunud lahustunud soola A molekulid kristalliseeruvad koos 7 vee molekuliga, moodustades kristallhüdraadi B. A. Kirjutage reaktsioonivõrrandid ja arvutage reaktsiooniks kulunud 25,0% väävelhappe lahuse massi.

B. Arvutage moodustunud lahuses lahustunud soola A protsendiline sisaldus.

C. Arvutage lahustunud soola A protsendiline sisaldus pärast seda, kui jahutamisel on välja kristalliseerunud 20,0 g kristallhüdraati B.

Lahendus (ülesanne nr 2): http://olympiaadid.haridus.ee/?objID=264

15

3.2.

- arvutusülessanne

3.5.

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

- lisamaterjal

˙Arvutused segude koostise tuvastamisest 5.1. 0,500 mol lämmastikhappe neutraliseerimiseks kulus 31,3 g kaalium- ja naatriumkarbonaadi segu. Arvutage kummagi karbonaadi mass segus.

Lahendus

Lämmastikhape reageerib mõlema karbonaadiga järgmiselt: 2HNO3 + Na2CO3  2NaNO3 + CO2 + H2O 2HNO3 + K 2CO3  2KNO3 + CO2 + H2O

Kuna lämmastikhape reageerib vastavate karbonaatidega moolsuhtes 2 : 1, siis:

n(karbonaadid) = 0,500 mol · 1 = 0,250 mol 2 M(Na2CO3) = 106 g/mol

M(K 2CO3) = 138 g/mol

Tähistame segus oleva Na2CO3 hulga n1 ja K 2CO3 hulga n2.

Neid on kokku 0,250 mol (võrrand 1).

Avaldame vastavate karbonaatide massid: Na2CO3 mass on n1 ∙ 106 g/mol ja K 2CO3 mass on n2 ∙ 138 g/mol. Kokku on karbonaatide mass segus 31,3 g (võrrand 2).

n1 + n2 = 0,250

n1 · 106 + n2 · 138 = 31,3

n1 = 0,250 – n2

(0,250 – n2) · 106 + n2 · 138 = 31,3 26,5 – 106 · n2 + n2 · 138 = 31,3

32 · n2 = 4,8

n2 = 0,15

n(K 2CO3) = 0,15 mol

n(Na2CO3) = 0,250 mol – 0,15 mol = 0,10 mol m(K 2CO3) = 0,15 mol · 138 g/mol = 20,7 g

m(Na2CO3) = 31,3 g – 20,7 g = 10,6 g

16

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

5.2. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

Võeti 1,00 g NaCl ja KCl segu. Sellele lisati ülehulgas Hõbe(I)nitraat lahust ning saadi 2,32 g sadet. Leidke NaCl ja KCl segu koostis.

Lahendus

Hõbe(I)nitraat reageerib kloriididega järgmiselt:

NaCl + AgNO3  NaNO3 + AgCl

KCl + AgNO3  KNO3 + AgCl

Moodustuva sademe (hõbekloriidi) hulk: n(AgCl) =

2,32 g = 0,0162 mol 143 g/mol

Kuna hõbe(I)nitraat reageerib vastavate kloriididega moolsuhtes 1:1, siis: n(kloriidid) = 0,0162 mol · 1 = 0,0162 mol 1

Tähistame segus oleva NaCl hulga n1 ja KCl hulga n2. Neid on kokku 0,0162 mol (võrrand 1).

Avaldame vastavate kloriidide massid: NaCl mass on n1 ∙ 58,4 g/mol ja KCl mass on n2 ∙ 74,6 g/mol. Kokku on kloriidide mass segus 1,00 g (võrrand 2).

n1 + n2 = 0,0162

n1 · 58,4 + n2 · 74,6 = 1,00

n1 = 0,0162 – n2

(0,0162 – n2) · 58,4 + n2 · 74,6 = 1,00

0,9461 – 58,4 · n2 + n2 · 74,6 = 1,00

16,2 · n2 = 0,0539

n2 = 0,00333

n(KCl) = 0,00333 mol n(NaCl) = 0,0162 mol – 0,00333 mol = 0,01287 mol m(KCl) = 0,00333 mol · 74,6 g/mol = 0,248 g m(NaCl) = 0,01287 mol · 58,4 g/mol = 0,752 g

Kloriidide segu massiprotsendiline koostis: %(KCl) = 0,248 g · 100% = 24,8% 1,00 g %(NaCl) = 0,752 g · 100% = 75,2% 1,00 g

Segu sisaldab 24,8% KCl ja 75,2% NaCl.

17

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

5.3. Lahendage ülesanne.

5,00 g baariumkloriidi (208,2 g/mol) ja baariumnitraadi (261,3 g/mol) segu lahustati vees. Sellest baariumioonide väljasadestamiseks kulus 77,6 g 5,00%-list kaaliumsulfaadi (174,3 g/mol) lahust. Arvutage baariumkloriidi ja baariumnitraadi segu koostis (kummagi soola massiprotsendiline sisaldus segus).

Lahendus Kaaliumsulfaat reageerib baariumisooladega järgmiselt: BaCl2 + K 2SO4  BaSO4 + 2KCl Ba(NO3)2 + K 2SO4  BaSO4 + 2KNO3

Kulunud kaaliumsulfaadi hulk: n(K2SO4) = 77,6 g · 0,0500 = 0,02226 mol 174,3 g/mol

Tähistame segus oleva BaCl2 hulga n1 ja Ba(NO3)2 hulga n2.

Neid on kokku 0,02226 mol (võrrand 1).

Avaldame vastavate baariumisoolade massid: BaCl2 mass on n1 ∙ 208,2 g/mol ja Ba(NO3)2 mass on n2 ∙ 261,3 g/mol. Kokku on baariumisoolade mass segus 5,00 g (võrrand 2).

n1 + n2 = 0,2226

n1 · 208,2 + n2 · 261,3 = 5,00

n1 = 0,02226 – n2

(0,02226 – n2) · 208,2 + n2 · 261,3 = 5,00

4,635 – 208,2 · n2 + n2 · 261,3 = 5,00

53,1 · n2 = 0,365

n2 = 0,00687 n[Ba(NO3)2] = 0,00687 mol

n(BaCl2) = 0,02226 mol – 0,00687 mol = 0,01539 mol

m[Ba(NO3)2] = 0,00687 mol · 261,3 g/mol = 1,80 g m(BaCl2) = 0,01539 mol · 208,2 g/mol = 3,20 g

Baariumisoolade segu massiprotsendiline koostis: %[Ba(NO3)2] = 1,80 g · 100% = 36,0% 5,00 g %(BaCl2) = 3,20 g · 100% = 64,0% 5,00 g

Segu sisaldab 36% Ba(NO3)2 ja 64% BaCl2.

18

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

5.4. Lahendage 2009/2010. õppeaasta Tallinna koolinoorte keemiaolümpiaadi koolivooru ülesanne 9. klassile.

98 g 20% väävelhappes lahustati 15 g vask(II)oksiidi (80 g/mol) ja hõbeoksiidi (232 g/mol) segu. Moodustus 24,1 g nende metallide sulfaate (toodud mass on arvestatud veevaba soolana).

A. Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid.

B. Arvutage, mitu grammi kumbagi oksiidi oli lähtesegus.

C. Arvutage, mitu mooli väävelhapet oli ülehulgas (jäi reageerimata).

Lahendus (ülesanne nr 3): http://olympiaadid.haridus.ee/?objID=648

5.5. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

Kuumutati magneesiumhüdroksiidi ja magneesiumkarbonaadi segu. Kuumutamise järel saadud ainekoguse mass moodustas 60% segu algsest massist. Leidke segu koostis.

Lahendus:

Magneesiumiühendid lagunevad kuumutamisel järgmiselt: Mg(OH)2  MgO + H2O MgCO3  MgO + CO2

Võtame arvutuste hõlbustamiseks vaatluse alla 100 g magneesiumhüdroksiidi ja magneesiumkarbonaadi segu. Selle kuumutamise järel saadud segu mass on 0,60 ∙ 100 g = 60 g.

Tähistame segus oleva Mg(OH)2 hulga n1 ja MgCO3 hulga n2. Avaldame vastavate magneesiumiühendite massid: Mg(OH)2 mass on n1 ∙ 58 g/mol ja MgCO3 mass on n2 ∙ 84 g/mol. Kokku on magneesiumiühendite mass segus 100 g (võrrand 1).

Nii magneesiumhüdroksiidi kui ka -karbonaadi lagunemisel suhtub saadava magneesiumoksiidi hulk lähteühendi hulka 1 : 1. Niisiis on Mg(OH)2 lagunemisel tekkiva MgO hulk samuti n1 ja MgCO3 lagunemisel tekkiva MgO hulk n2. Kokku on moodustuva MgO hulk n1 + n2: 60 g n(MgO) = = 1,5 mol (võrrand 2).

40 g/mol

n1 · 58 + n2 · 84 = 100

n1 + n2 = 1,5

n1 = 1,5 – n2

(1,5 – n2) 58 + n2 · 84 = 100

87 – 58 · n2 + n2 · 84 = 100

26 · n2 = 13

n2 = 0,50

19

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

n(MgCO3) = 0,50 mol n[Mg(OH)2] = 1,5 mol – 0,50 mol = 1,0 mol

m(MgCO3) = 0,50 mol · 84 g/mol = 42 g m[Mg(OH)2] = 1,0 mol · 58 g/mol = 58 g

Magneesiumiühendite segu massiprotsendiline koostis: %(MgCO3) = 42 g · 100% = 42% 100 g %[Mg(OH)2] = 58 g · 100% = 58% 100 g

Segu sisaldab 42% MgCO3 ja 58% Mg(OH)2.

5.6. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

5,00 g segu, mis koosnes leelismetalli karbonaadist ja leelismuldmetalli karbonaadist, töödeldi soolhappega, mida oli liias. Reaktsiooni tagajärjel moodustus 630,5 ml süsihappegaasi (nt.).

A. Mitu mooli kumbagi karbonaati oli segu koostises?

B. Määrake, millised metallilised elemendid olid segu koostises, kui osakeste arv antud elementidel oli segu koostises võrdne. Määrake segu protsendiline koostis.

Lahendus A. Leelismetalli karbonaadi valemi üldkuju on M2CO3, leelismuldmetalli karbonaadi MCO3. b) alapunktist selgub, et metalliliste elementide osakeste arv segus oli võrdne. Seega suhtuvad M2CO3 ja MCO3 hulgad vastavalt 1 : 2.

Karbonaadid reageerivad soolhappega järgmiselt:

2HCl + M2CO3  2MCl + CO2 + H2O

2HCl + MCO3  MCl2 + CO2 + H2O n(CO2) = 0,6305 l = 0,02815 mol 22,4 l/mol

Mõlema karbonaadi moolsuhe moodustuva süsihappegaasiga reaktsioonivõrrandi järgi on 1 : 1. Et aga leelismuldmetalli karbonaati MCO3 on segus 2 korda rohkem, siis järelikult tekib 2/3 süsihappegaasist leelismuldmetalli karbonaadi arvelt ning 1/3 leelismetalli karbonaadi arvelt. n( 2 CO2) = n(MCO3) = 0,02815 mol · 2 = 0,01877 mol 3 3 n( 1 CO2) = n(M2CO3) = 0,02815 mol · 1 = 0,00938 mol 3 3

20

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

B. Variant 1 Järgnevalt tuleb leida selline leelismetall ja leelismuldmetall, mille karbonaatide molaarmassid ja vastavalt massid rahuldavad üheaegselt ülesandes toodud tingimust (segu mass 5,00 g) ja a) alapunktis leitud hulki.

Otstarbekas on ehk arvutustes lähtuda leelismuldmetalli karbonaadist (neid on vähem). Samuti on mõistlik karbonaatide molaarmassid eelnevalt välja arvutada (7. perioodi elementide ühendite esinemine segus on kaheldav).

Li2CO3

73,9 g/mol

Na2CO3

106,0 g/mol

K2CO3

138,2 g/mol

CaCO3

100,0 g/mol

Rb2CO3

230,9 g/mol

SrCO3

147,6 g/mol

Cs2CO3

325,8 g/mol

BaCO3

197,3 g/mol

Kui leelismuldmetalliks on Ca, siis on vastava karbonaadi mass segus 0,01877 mol · 100,0 g/mol = 1,877 g

Sellisel juhul oleks leelismetalli karbonaadi mass 5,00g – 1,877g = 3,123 g ning molaarmass M=

3,123 g = 332,9 g/mol ≈ 333 g/mol 0,00938 mol

Sellistele tingimustele vastavat leelismetalli karbonaati ei ole.

Kui leelismuldmetalliks on Sr, siis on vastava karbonaadi mass segus 0,01877 mol · 147,6 g/mol = 2,770 g

Sellisel juhul oleks leelismetalli karbonaadi mass 5,00g – 2,770g = 2,230 g ning molaarmass M=

2,230 g = 237,7 g/mol ≈ 238 g/mol 0,00938 mol

Sellistele tingimustele vastavat leelismetalli karbonaati ei ole.

Kui leelismuldmetalliks on Ba, siis on vastava karbonaadi mass segus 0,01877 mol · 197,3 g/mol = 3,703 g

Sellisel juhul oleks leelismetalli karbonaadi mass 5,00 g – 3,703 g = 1,297 g ning molaarmass M=

1,297 g = 138,3 g/mol ≈ 138 g/mol 0,00938 mol

Sellistele tingimustele vastab K 2CO3.

21

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

Variant 2

Ülesannet teist osa võib lahendada ka sääraselt, et konstrueerida võrrand, milles on tundmatuteks vastava leelismetalli ja leelismuldmetalli molaarmass.

Sellisel juhul saab proovimisel lähtuda nende sobivusest.

Et süsihappegaasi eraldus 0,02815 mol, pidi segus olema karbonaatioone samuti 0,02815 mol. Lisaks oli seal metalli katioone, kusjuures võrdne hulk 0,01877 mol (vt MCO3 hulk).

- põhikoolis õpitu kordamine

- arutlege pinginaabriga või rühmas

Karbonaatioonide mass segus on: m(karbonaadid) = 0,02815 mol · 60,0 g/mol = 1,689 g

- uurige näidet, jätke meelde reegelmass Metalliioonide

segus on: m(metallid) = 5,00 g – 1,689 g = 3,311 g ≈ 3,31 g

Tähistame leelismetalli - otsi Internetist või teatmikest

molaarmassi x ja leelismuldmetalli molaarmassi y.

Saame võrrandi:

- video

0,01877x + 0,01877y = 3,31 0,01877(x + y) = 3,31

- õpilaskatse

- näitkatse

3.9.

x + y = 176 Ainus kombinatsioon leelismetallist ja leelismuldmetallist, mis vastab tingimustele, on kaalium K ja baarium Ba (39 + 137 = 176)

- arvutusülessanne

- lisamaterjal

˙Arvutused ühe lähteaine liiaga, vesiniksoolad 9.1. Kas reaktsioonides jääb ühte lähteainet üle? Kui jääb, siis kumba ja mitu mooli?

Lahendus a) 7 mol naatriumhüdroksiidi ja 2 mol fosforhapet 3NaOH + H3PO4  Na3PO4 + 3H2O

2 mol fosforhappe täielikuks neutraliseerimiseks kulub: n(NaOH) = 2 mol ∙ 3 = 6 mol

Üle jääb NaOH: n(NaOH) = 7 mol – 6 mol = 1 mol

b) 3 mmol liitiumkloriidi ja 2 mmol hõbe(I)nitraati LiCl + AgNO3  AgCl + LiNO3

3 mmol LiCl reageerimiseks kulub:

n(AgNO3) = 3 mmol ∙ 1 = 3 mmol

22

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Et seda on vähem (2 mmol), siis on LiCl liias.

2 mmol AgNO3 reageerimiseks kulub: n(LiCl) = 2 mmol ∙ 1 = 2 mmol

Üle jääb LiCl: n(LiCl) = 3 mmol – 2 mmol = 1 mmol

Lahendused.

c) 4 mmol magneesiumsulfaati ja 4 mmol baariumkloriidi MgSO4 + BaCl2  BaSO4 + MgCl2

4 mmol MgSO4 reageerimiseks kulub: n(BaCl2) = 4 mmol ∙ 1 = 4 mmol

BaCl2 ongi nii palju. Üle ei jää kumbagi lähteainet. d) 8 mol lämmastikhapet ja 5 mol kaaliumkarbonaati 2HNO3 + K 2CO3  2KNO3 + CO2 + H2O

Üle jääb 1 mol kaaliumkarbonaati.

e) 32,4 g vask(II)kloriidi ja 30,8 g kaaliumhüdroksiidi CuCl2 + 2KOH  Cu(OH)2 + K 2SO4 n(CuCl2) =

32,4 g = 0,24 mol 135 g/mol

n(KOH) = 30,8 g = 0,55 mol 56 g/mol

Üle jääb KOH: n(KOH) = 0,55 mol – 0,24 mol ∙ 2 = 0,07 mol

f) 200 g soolhapet ja 200 g kaltsiumhüdroksiidi 2HCl + Ca(OH)2  CaCl2 + 2H2O n(HCl) =

200 g = 5,48 mol 36,5 g/mol

n[Ca(OH)2] =

200 g = 2,70 mol 74,1 g/mol

Üle jääb HCl: n(HCl) = 5,48 mol – 2,70 mol ∙ 2 = 0,08 mol

23

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

9.2. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

400 ml 20,0%-lisele NaOH lahusele tihedusega 1,22 g/cm3 lisati 400 ml 25,0%-list HCl lahust tihedusega 1,12 g/cm3. Arvutage lõpplahuses lahustunud ainete massiprotsendid.

Lahendus

m(NaOH lahus) = 400 cm3 · 1,22 g/cm3 = 488 g

m(NaOH) = 0,20 · 488 g = 97,6 g n(NaOH) =

97,6 g = 2,44 mol 40,0 g/mol

m(HCl lahus) = 400 cm3 · 1,12 g/cm3 = 448 g

m(HCl) = 0,25 · 448 g = 112 g n(HCl) =

112 g = 3,07 mol 36,5 g/mol

Ühel real: 3 g · 20,0% · 1 mol = 2,44 mol n(NaOH) = 400 cm · 1,22 3 1 cm · 100% · 40,0 g 3 g · 25,0% · 1 mol = 3,07 mol n(HCl) = 400 cm · 1,22 1 cm3 · 100% · 36,5 g

NaOH + HCl  NaCl + H2O

NaOH ja HCl reageerivad moolsuhtes 1 : 1.

n(HCl üle) = 3,07 mol – 2,44 mol = 0,63 mol n(NaCl tekib) = 2,44 mol m(HCl) = 0,63 mol · 36,5 g/mol = 23 g m(NaCl) = 2,44 mol · 58,4 g/mol = 142 g m(lahus) = 488 g + 448 g = 936 g %(HCl) = 23 g · 100% = 2,5% 936 g %(NaCl) = 142 g · 100% = 15,2% 936 g

24

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

9.3. Lahendage reaalainete olümpiaadi Riia-Vilnius-Tallinn ülesanne.

A. Arvutage 8,96 l divesiniksulfiidi põlemiseks kuluva õhu ruumala (nt.). Õhk sisaldab mahu järgi 21% hapnikku.

Lahendus n(H2S) =

8,96 l = 0,400 mol 22,4 l/mol

2H2S + 3O2  2SO2 + 2H2O n(O2) = 0,400 mol · 3 = 0,600 mol 2

V(O2) = 0,600 mol · 22,4 l/mol = 13,4 l V(õhk) = 13,4 l · 100% = 64 l 21% Ühel real: V(õhk) = 8,96 l · 1 mol · 3 mol · 22,4 l · 100% = 64 l 22,4 l · 2 mol · 1 mol · 21%

B. Missugune ühend (sool) moodustub põlemissaaduste läbijuhtimisel 130 ml 11%-lisest naatriumhüdroksiidi lahusest (ρ = 1,12 g/cm3)? Arvutage moodustuva ühendi mass. n(SO2) = 0,400 mol · 2 = 0,400 mol 2

Vääveldioksiid reageerib naatriumhüdroksiidi lahusega sõltuvalt ainete vahekorrast: SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O või SO2 + NaOH  NaHSO3

m(NaOH lahus) = 130 cm3 · 1,12 g/cm3 = 146 g

m(NaOH) = 0,11 · 146 g = 16,1 g n(NaOH) =

16,1 g = 0,40 mol 40,0 g/mol

Ühel real: 3 n(NaOH) = 130 cm ·31,12 g · 11% · 1 mol = 0,40 mol 1 cm · 100% · 40,0 g

Et SO2 ja NaOH hulgad suhtuvad 1 : 1, siis tekib vesiniksool NaHSO3.

SO2 + NaOH  NaHSO3 n(NaHSO3) = 0,40 mol · 1 = 0,40 mol 1

m(NaHSO3) = 0,40 mol · 104 g/mol = 42 g

25

-

-l

3.11.

al

terj

a isam

.Keemia

˙Arvutused lahuste pH-st 11.1. Arvutage lahuste pH-d.

Lahendus a) HBr lahus kontsentratsiooniga 0,01 M; pH = –log[0,01] = 2

b) HCl lahus kontsentratsiooniga 1·10 –4 M; pH = –log[1 · 10 –4] = 4

c) HCl lahus kontsentratsiooniga 0,023 M; pH = –log[0,023] = 1,6

d) HNO3 lahus kontsentratsiooniga 3,5∙10 −3 M; pH = –log[3,5 · 10 –3] = 2,5

e) NaOH lahus kontsentratsiooniga 0,01 M; –14 [H+] = 10 = 10–12 0,01

pH = –[log10 –12] = 12

f) KOH lahus kontsentratsiooniga 1 · 10 –3 M; –14 [H+] = 10 –3 = 10–11 1 · 10

pH = –log [10 –11] = 11

g) KOH lahus kontsentratsiooniga 0,0198 M; [H+] =

10–14 = 5,05 · 10–13 1,98 · 10–2

pH = –log[5,05 · 10 –13] = 12,3

h) NaOH lahus kontsentratsiooniga 2,02∙10 −2 M. [H+] =

10–14 = 4,95 · 10–13 2,02 · 10–2

pH = –log[4,95 · 10 –13] = 12,3

26

töövihik gümnaasiumile

A n o r g aa n i l i s t e

ainete omadused ja rakendused.

Lahendused.

11.2. Arvutage lahuse pH, kui 1,0 liitrit lahust sisaldab 0,40 g NaOH. Lahendus n(NaOH) =

0,40 g = 0,010 mol 40 g/mol

[OH–] = 0,010 mol = 0,010 mol/l 1,0 l –14 [H+] = 10 –2 = 10–12 10

pH = –log[10 –12] = 12

11.3. Maomahl sisaldab massiprotsendi järgi 0,5% vesinikkloriidhapet.

Arvestades, et maomahla tihedus on ~1,0 g/cm3, arvutage selle pH. Lahendus

Lähtume arvutustes 1,0 l maomahlast.

m(maomahl) = 1000 cm3 · 1,0 g/cm3 = 1000 g m(HCl) = 0,005 · 1000 g = 5 g n(HCl) =

5g = 0,14 mol 36,5 g/mol

[H+] = 0,14 mol = 0,14 mol/l 1,0 l pH = –log[0,14] = 0,9

11.4. Valati kokku 10cm3 0,40M HCl ja 12 cm3 0,40M NaOH. Millised ained olid lahuses pärast reaktsiooni kulgemist? Arvutage lahuse pH. (Lahuste madala kontsentratsiooni tõttu võib eeldada, et lahuste ruumalad on liidetavad).

Lahendus n(HCl) = 0,010 l · 0,40 mol/l = 0,0040 mol n(NaOH) = 0,012 l · 0,40 mol/l = 0,0048 mol

NaOH + HCl  NaCl + H2O

n(NaOH liias) = 0,0048 mol – 0,0040 mol = 0,0008 mol V(reaktsioonisegu) = 10 cm3 + 12 cm3 = 22 cm3 = 0,022 l

[OH–] = 0,0008 mol = 0,0364 mol/l 0,022 l [H+] =

10–14 = 2,75 · 10–13 0,0364

pH = –log[2,75 · 10 –13] = 12,6

27

.Keemia

töövihik gümnaasiumile

11.5. 1,0 l veele lisati 1 tilk (0,05 ml) kontsentreeritud soolhappe lahust (36%-line lahus tihedusega 1,18 g/cm3). Arvutage saadud lahuse pH. Lahendus

m(kontsentreeritud lahus) = 0,05 cm3 · 1,18 g/cm3 = 0,059 g

m(HCl) = 0,36 · 0,059 g = 2,12 · 10 –2 g –2 n(HCl) = 2,12 · 10 g = 5,8 · 10–4 mol 36,5 g/mol –4 [H+] = 5,8 · 10 mol = 5,8 · 10–4 mol/l 1,0 l

pH = –log[5,8 · 10 –4] = 3,2

Ühel real: 3 pH = –log[ 0,05 cm3 · 1,18 g · 36% · 1 mol ] = 3,2 1 cm · 100% · 36,5 g · 1 l

11.6. Äädikhappe ehk etaanhappe lahuses kontsentratsiooniga 0,50 M on etaanhappe dissotsiatsioonimäär 0,006 ehk 0,6%. Arvutage 0,50 M etaanhappe lahuse pH. Lahendus [H+] = 0,006 · 0,50 mol/l = 3,0 · 10 –3 mol/l

pH = –log[3,0 · 10 –3] = 2,5

11.7. Lahendage 1998/1999. õppeaasta Eesti koolinoorte keemiaolümpiaadi piirkonnavooru ülesanne 11. klassile.

3,54 l 2,6 · 10 –2% NaOH lahust segati 1,46 l 4,03 · 10 –2% H3PO4 lahusega.

Lahuste kokkuvalamisel kontraktsiooni ei esine ja mõlema lahuse tihedus on 1,00 g/cm3.

A. Arvutage leelise ja happelahuse molaarne kontsentratsioon.

B. Kirjutage lahuste kokkuvalamisel toimuva keemilise reaktsiooni võrrand.

C. Millised ained ja millises hulgas on moodustunud lahuses?

D. Arvutage moodustunud lahuse pH (täisarvuna).

Lahendus (ülesanne nr 6): ftp://ftp.ttkool.ut.ee/chem/olymp/eko46v2k11lah.pdf

28