KEMIJSKO RAČUNANJE (STEHIOMETRIJA)

1

KEMIJSKO RAČUNANJE(STEHIOMETRIJA)

LITERATURA: B. Perić, Kemijsko računanje, Hrvatsko društvo kemijskih inženjera i tehnologa, Zagreb, 2006.

1. UVOD1.1. molna metoda

2. KORACI2.1. molna metoda-koraci2.2. molna metoda-primjer

3. UDJELI3.1. udjeli-uvod3.2. kvantitativno izražavanje sastava smjesa3.3. udjeli-primjeri

4. PLINOVI4.1. plinovi-uvod4.2. jednadžba stanja idealnog plina4.3. primjeri

5. GUSTOĆA5.1. gustoća-uvod5.2. primjeri

6. MJERODAVNI REAKTANT I REAKTANT U SUVIŠKU6.1. mjerodavni reaktant-uvod6.2. reaktanti u suvišku-uvod6.3. primjer

SADRŽAJ:

2

7. ISKORIŠTENJE I GUBITCI7.1. iskorištenje i gubitci na produktu7.2. iskorištenje i gubitci na mjerodavnom reaktantu7.3. gubitci na reaktantima u suvišku7.4. primjeri7.5. suvišak reaktanta7.6. primjer-iskorištenje i reaktant u suvišku

SADRŽAJ:

1. uvod

3

• odnosi masa reaktanata i produkata

• zakon o održavanju masa

• različito zadana količina reaktanata

MOLNA METODA:

• pristup određivanju količine produkata (reaktanata) kemijskom reakcijom

• stehiometrijski koeficijenti kao molovi tvari

1. uvod

)mol (g

(g) (mol)

1-M

mn =

6,023×1023

6,023×10231000 ×

)mol (g

(g) (mol)

1-M

mn =

1 mol

1 kmol 6 limenki u pakiranju

pakiranje limenki-1

broj limenki

broj pakiranja

1.1 molna metoda

4

2. koraci

1) pisanje točnih formula svih sudionika i uravnotežavanje kem. reakcije

2 NaCl(s) + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl

2) pretvaranje količine nekih ili svih poznatih tvari u molove

koliko u 18,3 kg HCl ima molova?

3) korištenje koeficijenata u uravnoteženoj kem. reakciji za utvrđivanje broja molova tražene tvari (stehiometrijski odnos)

n(H2SO4) : n(HCl) = 1 : 2

n(H2SO4) = 1/2 × n(HCl)

4) pretvaranje broja molova u tražene jedinice

koliko teži n(H2SO4) u kg?

5) provjera rezultata

2.1. molna metoda-koraciKolike mase natrijevog klorida i sumporne kiseline trebaju međusobno reagirati za dobivanje 18,3 kg klorovodične kiseline ?

5

1) 2 NaCl(s) + H2SO4 �� Na2SO4 + 2 HCl

2.1. molna metoda-koraci

prisutno 18,3 kg

Radi se o molnoj metodi, te je potrebno izračunati broj molova prisutne tvari!

2) m (HCl) = 18,3 kg

Koliko je to molova HCl?

M (HCl) = 36,45 g mol-1 = 36,45 kg kmol-1

kmol 5,0kmol kg 36,45

kg 18,3ili

mol g 36,45

kg 18,3

)mol (g

(g) (mol)

1-1-1-===

M

mn

DIMENZIJSKA ANALIZA !!!!

ili

n(H2SO4) = ½ n(HCl) = ½ × 0,5 kmol = 0,25 kmoln(Na2SO4) = ½ n(HCl) = ½ × 0,5 kmol = 0,25 kmoln(NaCl) = n(HCl) = 0,5 kmol = 0,5 kmol

4)

3) 2 NaCl(s) + H2SO4 �� Na2SO4 + 2 HClprisutno 0,5 kmolpotrebno 0,5 kmol 0,25 kmolnastaje 0,25 kmolKONAČNO 0,5 kmol 0,25 kmol 0,25 kmol 0,5 kmol

2.1. molna metoda-koraci

kg 5,24kmol kg 98kmol 25,0 ili mol g 98kmol 25,0)SO(H

)SO(H )SO(H )SO(H 1-1-

42

424242

=××=

×=

m

Mnm

6

2.2. molna metoda-primjerKolike se mase kalijevog klorida i kisika dobiju zagrijavanjem 24,5 g kalijevog klorata ?

2 KClO3(s) → 2 KCl(s) + 3 O2(g)

KClO3 122,5 g/mol

2 KClO3(s) → 2 KCl(s) + 3 O2(g)

0,2 mol KCl0,3 mol O2

KCl 74,5 g mol-1

O2 32 g mol-1

n = m/Muravnotežena

kem. jednadžbaKClO3 24,5 g KClO3 0,2 mol KCl 14,9 g

O2 9,6 g

prisutno 0,2 molnastaje 0,2 mol 0,3 molKONAČNO 0,2 mol 0,2 mol 0,3 mol

m = n×M

3. udjeli

7

Tvari koje se upotrebljavaju u laboratorijskoj i tvorničkoj praksi često nisu “čiste” (100 %-tne).

U takvim slučajevima u zadanoj tvari treba najprije odrediti količinu “čiste tvari” i zatim s tom količinom provesti potreban račun.

3.1. udjeli-uvod

masa reaktanta (A)

udio n = m/M masa

uravnotežena kem. jednadžba

masa čiste tvari reaktanta (A)

molovi čiste tvari

reaktanta (A)

molovi čiste tvari

produkta (B)

n = m/M masa

masa čiste tvari produkta (B)

masa produkta

(B)

udio

NAPOMENA: Ovaj korak se može shvatiti kao kemijski proces odjeljivanja ili rastavljanja smjesa na čiste

tvari, ili obratno (vidi kasnije).

Naime, molarna masa je vezana za čistu tvar (kako je izračunavate?!).

Ukoliko u pakiranju imate limenke različite mase i u promjenjivim omjerima, nemoguće je

izračunati ukupan broj pakiranja iz ukupne mase limenki!

3.1. udjeli-uvod

8

Maseni udio (w) neke tvari u smjesi ili otopini jest omjer mase te tvari i ukupne

mase svih tvari u smjesi ili otopini (masa smjese ili otopine).

Izražavamo ga i u postocima,

w (%) = w · 100 s bazom 100

ili u decimalnom obliku w/1 s bazom 1.

npr.

)(

)(

)()()(

)()(

3 smjesem

KClm

MgCOmNaClmKClm

KClmKClw =

++=

3.1. udjeli-uvod

3.2. Kvantitativno izražavanje sastava smjesa

množinski udio

maseni udio

volumni udio

ukupni volumen

koncentracije

množinska

volumna

masena

volumen otopine

molalnost

udjeli

Udjelima i koncentracijama se kvantitativno izražava količina određene tvari u smjesi odnosno sastav smjesa. Koncentracijama i molalitetom se uglavnom izražava sastav homogenih smjesa.

9

Kolike mase natrijevog karbonata i kalcijevog hidroksida su potrebne za

dobivanje 116 g otopine natrijevog hidroksida masenog udjela NaOH,

w(NaOH)=30% ?

Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2 NaOH + CaCO3

3.3. udjeli-primjer

w(NaOH) = 0,3

NaOH 34,8 g

NaOH 40 g mol-1

Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2 NaOH + CaCO3(s)

Na2CO3 106 g mol-1

Ca(OH)2 74 g mol-1


kem. jednadžba

n = m/M

NaOH 0,87 mol

NaOH0,3 116 g

0,435 mol Na2CO3

0,435 mol Ca(OH)2

46 g Na2CO332 g Ca(OH)2

prisutno 0,87potrebno 0,435 0,435 nastaje 0,435 KONAČNO 0,435 0,435 0,87 0,435

Preradom 205 kg olovne rude ceruzit dobiveno je 100 kg olova. Koliki je

maseni udio olovnog karbonata u ceruzitu ?

PbCO3 → PbO + CO2

2 PbO + C → 2 Pb + CO2

PbCO3 → PbO + CO2 /×2

2 PbO + C → 2 Pb + CO2

2 PbCO3 → 2 PbO + 2 CO2

2 PbO + C → 2 Pb + CO2

2 PbCO3 + C → 2 Pb + 3 CO2

3.3. udjeli-primjer

10

? kg

)(

)( 3

ceruzitam

PbCOm

2 PbCO3 + C → 2 Pb + 3 CO2

267,2 kg kmol-1

udio

n = m/M

uravnoteženakem. jednadžbam = n× M

ceruzit 205 kg

Pb 100 kg

Pb 207 kg kmol-1

Pb 0,48 kmol0,48 kmol PbCO3PbCO3 128 kg

w (PbCO3) =

3. udjeli-primjer

nastaje/zadano 0,48potrebno 0,48 0,24 nastaje 0,72 KONAČNO 0,48 0,24 0,48 0,72

= 0,62

4. plinovi

11

Primjenom Avogadrovog zakona mogu se izračunati ne samo množine (mase), već i volumeni plinovitih reaktanata i produkata.

Avogadrov zakon glasi: Plinovi jednakog volumena pri istoj temperaturi i istom tlaku sadrže isti broj molekula.

Iz Avogadrovog zakona slijedi da je volumni odnos plinova kod kemijske reakcije jednak odnosu množina pri stalnom tlaku i temperaturi.

Volumen jednog mola plina nazivamo molarnim volumenom (Vm) i on iznosi uz standardne uvjete (temperatura 0° C i tlak 101325 Pa) 22,4 dm3 mol-1.

4.1. plinovi-uvod

• kombinacija plinskih zakona i Avogadrovog zakona

• Avogadrov zakon; V = konstanta × n

• Charles - Gay Lussacov zakon; V = konstanta × T

• Boyle-Mariottov zakon; V = konstanta / P

uvjeti za konstantu

n = 1 mol

T=273,15 K

p = 101325 Pa

V = 22,414 dm3

konst=R = 8314 Pa dm3 mol-1 K-1

4.2. jednadžba stanja idealnog plina

p

TnkonstV

××=

TnkonstpV ××=

pV = nRT

12

Koliki volumen (dm3) kisika treba za spaljivanje 17,5 dm3 etana i koliko dm3 ugljikovog dioksida nastaje pri standardnim uvjetima ?

C2H6(g) + 3,5 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) .

1 mol 3,5 mola 2 mola 3 mola1 volumen 3,5 volumena 2 volumena 3 volumena17,5 dm3 61,25 dm3 35 dm3 52,5 dm3

4.3. primjer

volumen reaktanta (A)

pV = nRT

uravnoteženakem.

jednadžbamnožina reaktanta (A)

molovi produkta (B)

volumen produkta (B)

pV = nRT

ili

4.3. primjerKolika masa natrijevog klorida (w(NaCl)=0,982) i kolika masa otopine sumporne kiseline (w(H2SO4)=0,795) su potrebne za dobivanje 289 dm3

klorovodika pri standardnim uvjetima ?2 NaCl(s) + H2SO4 → 2 HCl(g) + Na2SO4(s)

2 NaCl(s) + H2SO4 → 2 HCl(g) + Na2SO4(s)

NaCl 58,44 g mol-1

H2SO4 98 g mol-1NaCl w=0,982H2SO4 w=0,795

w n = m/Muravnotežena

kem. jednadžba

pV = nRT

ili

korištenjem molarnog

volumena

NaCl0,982 768 g H2SO4 0,795 795 g

NaCl 754 g H2SO4 632 g

NaCl 12,9 mol H2SO4 6,45 mol HCl 12,9 mol

HCl 289 dm3nastaje/zadano 12,9potrebno 12,9 6,45 nastaje 6,45KONAČNO 12,9 6,45 12,9 6,45

13

Koliki volumen (m3) klora pri temperaturi 315,15 K i tlaku 102 658 Pa treba za reakciju s 82,4 g silicijevog dioksida (w = 0,95) i koliki volumen SiCl4 (u m3) nastaje pri temperaturi 332,15 K i tlaku 109 591 Pa?

SiO2(s) + 2 C(s) + 2 Cl2(g) → SiCl4(g) + 2 CO(g)

SiO2(s) + 2 C(s) + 2 Cl2(g) → SiCl4(g) + 2 CO(g)

w=0,95 SiO2 60 g mol-1

w n = m/Muravnotežena

kem. jednadžba

pV = nRT

SiCl4 0,033 m3

SiCl4 1,3 molSiO2 0,95 82,4 g SiO2 78,3 gSiO2 1,3 mol

Cl2 2,6 mol

potrebno/zadano 1,3potrebno 2,6 2,6 nastaje 1,3 2,6KONAČNO 1,3 2,6 2,6 1,3 2,6

4.3. primjer

5. gustoća

14

Gustoća otopine (ρ) neke tvari (ili otopine) je omjer njezine mase i volumena.

3m

kg==V

mρ

H2O (g)

H2O (l) pri 25 oC

H2O (l) pri 4 oC

5.1. gusto ća-uvod

5.2. primjerIzračunajte masu živinog(II) oksida koji se može dobiti reakcijom 85 cm3

nečiste žive, gustoće 13,6 g cm-3 i masenog udjela 98 %?

2Hg(l) + O2(g) → 2 HgO(s)

2Hg(l) + O2(g) → 2 HgO(s)

udion = m/M

uravnoteženakem. jednadžba

gustoća

m = n× M

13,6 g cm-3 w(Hg) 98 %Hg

200.6 g mol-1

HgO216,6 g mol-1

Hg0,98 85 cm3 Hg0,98 1156 g Hg 1133 g Hg 5,65 mol HgO 5,65 mol

HgO 1224 gpotrebno/zadano 5,65potrebno 2,82nastaje 5,65KONAČNO 5,65 2,82 5,65

15

U laboratoriju se vodik dobiva najčešće u Kippovu aparatu reakcijom cinka i razrijeđene klorovodične ili sumporne kiseline. Koliki se volumen vodika (295,15 K ; 100 400 Pa) dobije od 56,6 g cinka (w(Zn)=98,3%)? Koliki je volumen otopine sumporne kiseline (w(H2SO4) = 26,0 %) gustoće 1,187 g cm−3 za to potreban?

Zn(s) + H2SO4 → ZnSO4 + H2(g)

w(Zn)=98,3%


kem. jednadžba

gustoća

Zn 55,6 g Zn 0,85 mol

Zn(s) + H2SO4 → ZnSO4 + H2(g)

H2 0,85 mol

H2SO4 0,85 mol

pV = nRT H2 0,02 m3

H2SO4 83,3 g

udio

H2SO4 0,26 320 g

H2SO4 0,26 270 cm3

Zn0,983 56,6 g

1,187 g cm−3

w(H2SO4)=26,0%

Zn 65,38 g mol-1H2SO4 98 g mol-1

potrebno/zadano 0,85potrebno 0,85nastaje 0,85 0,85KONAČNO 0,85 0,85 0,85 0,85

5.2. primjer

6. mjerodavni reaktanti

reaktant u suvišku

16

Mjerodavni reaktant jest onaj reaktant koji je prisutan u stehiometrijskoj količini

s obzirom na određenu jednadžbu kemijske reakcije. U kemijskoj

reakciji može sudjelovati i više mjerodavnih reaktanata.

U slučaju da su svi reaktanti prisutni u stehiometrijskom omjeru, svi su

mjerodavni.

6.1. mjerodavni reaktant -uvod

* Razlozi zašto reakcija nije potpuna u slučaju prisutnosti stehiometrijske količine reaktanta su: uspostavljanjekemijske ravnoteže, odvijanja neželjenih sporednih reakcija ili drugih gubitaka tijekom proizvodnje.

Reaktanti u suvišku su prisutni u suvišku, tj. količini većoj od stehiometrijske

(teorijski nužne) količine za reakciju s mjerodavnim reaktantom. Oni su u suvišku

radi postizanja što potpunije* reakcije.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/reactants-products-and-leftovers

Teorijska (stehiometrijska) količina reaktanta jest količina reaktanta potrebna

za reakciju s prisutnim mjerodavnim reaktantom

http

://ph

et.c

olor

ado.

edu/

en/s

imul

atio

n/re

acta

nts-

prod

ucts

-and

-lefto

vers

stehiometrija

Teorijska (stehiometrijska) količina produkta jest količina produkta koja bi

teorijski nastala reakcijom mjerodavnog reaktanta.

suvišak reaktanatamjerodavni


17

masa prvog reaktanta A

molarna masa

molovi rekatanta A

masa drugog reaktanta B

molarna masa

molovi rekatanta B

uravnotežena kemijska jednadžba s mjerodavnim

reaktantom

molovi produkta

masa/volumenprodukta

prije reakcije nakon reakcije

+

mjerodavni reaktant

reaktant u suvišku

NAPOMENA:

Zadatci s problemom mjerodavnog reaktanta se mogu prepoznati jer je u zadatku dan

podatak za više od jednog reaktanta!

Množina mjerodavnog reaktanta je ona koja "određuje" koliko može nastati produkta!

To je množina koja je relevantna za stehiometrijske odnose i utvrđivanje množina

ostalih sudionika kemijske reakcije.


Izračunajte broj molova svakog produkta i suvišak reaktanta kada 2,5 mola tvari A i 4,5 mola

tvari B reagiraju prema slijedećoj jednadžbi A + 2 B → C + 3 D

pretpostavka: A je mjerodavni reaktant

A + 2 B → C + 3 D

prije reakcije 2,5 4,5 0 0

promjena zbog reakcije - 2.5 -2 ×2,5 2,5 2,5×3

-2,5 -5,0 2,5 7,5

poslije reakcije 0 -0,5 2,5 7,5

loš odabir mjerodavnog reaktanta, nedostaje 0.5 mol "B" (konačna količina ne može biti negativna)

pretpostavka: B je mjerodavni reaktant

A + 2 B → C + 3 D

trenutno prisutno 2,5 4,5 0 0

promjena zbog reakcije -4,5×1/2 -4,5 4,5×1/2 4,5×(3/2)

-2,25 -4,5 2,25 6,75

konačno prisutno 0,25 0 2,25 6,75

dobar odabir mjerodavnog reaktanta, "B" se sav potrošio

6.1.1. mjerodavni reaktant -primjer

18

Izračunajte broj molova svakog produkta i suvišak reaktanta kada 2.5 mola tvari

A i 4.5 mola tvari B reagiraju prema slijedećoj jednadžbi

A + 2 B → C + 3 D

Drugi način rješavanja ovog problema je da se dovedu u omjer količine tvari zadanih reaktanata i i usporede s omjerom stehiometrijskih koeficijenata.

5,02

1

)(

)( :jednadžbi) kem. (premaomjer teorijski ==

Bn

An

555,05,4

5,2

)(

)( :omjer stvarni ==

Bn

An

teorijski omjer < stvarni omjer

Prema tome za dobiti teorijski omjer, potrebno je povećati vrijednost nazivnika (ili smanjiti

vrijednost brojnika), što znači da je reaktant čija se množina nalazi u nazivniku MJERODAVNI

REAKTANT.

6.1.1. mjerodavni reaktant -primjer

Suvišak reaktanta se izražava preko postotaka na slijedeći način:

Sr = (nSR/nt)×100% nSR = ns – nt

Sr =[(nS – nt)/nt] ×100%

Sr suvišak reaktanta u postocima

nSR suvišna količina "reaktanta u suvišku"

ns ukupna količina "reaktanta u suvišku"

nt teorijska količina reaktanta potrebna za reakciju s mjerodavnim reaktantom

ns MR ns nSR nSR

stehiometrija

nt nt

6.2. reaktant u suvi šku-uvod

19

6.3. primjerBromovodik je moguće dobiti direktnim spajanjem elemenata.

Smjesa reaktanata sastoji se od 11,3 kg vodika i 519,4 kg broma.

Koliko se otopine bromovodične kiseline, w(HBr)=35%, dobije od nastale količine bromovodika ?

H2(g) + Br2(g) → 2 HBr(g)

n = m/MH2 11,3 kg H2 5,65 kmol

n = m/MBr2 3,25 kmol Br2 519,4 kg

H2(g) + Br2(g) → 2 HBr(g)

prisutno 5,65 3,25promjena zbog reakcije -3,25 -3,25kraj reakcije 2,4 0 nastaje 6,5KONAČNO 3,25 3,25 6,5

Br2 3,25 kmol HBr 6,5 kmol

uravnoteženakem. jednadžba n = m/M

HBr 526 kg

udio

HBr0,35 1503 kg

Br2 160 g mol-1H2 2 g mol-1

HBr 81 g mol-1w(HBr) 0,35

mjerodavni

reaktant

Koliki volumen (pri standardnim uvjetima) klorovodika nastaje ako u reakcijskoj

posudi imamo prisutno 767 g natrijevog klorida (w(NaCl)=0,982) i 950 g

sumporne kiseline (w(H2SO4)=0,795)?

2 NaCl(s) + H2SO4 → 2 HCl(g) + Na2SO4(s)

2 NaCl(s) + H2SO4 → 2 HCl(g) + Na2SO4(s)prisutno 12,9 7,70

pr. zbog reakcije -12,9 -6,45kraj reakcije 0 1,25nastaje 12,9 6,45KONAČNO 12,9 6,45 12,9 6,45

NaCl 58,44 g mol-1NaCl w = 0,982

udio n = m/MNaCl0,982 767 g NaCl 753 g NaCl 12,9 mol

H2SO4 98 g mol-1H2SO4 w = 0,795

udio n = m/M

H2SO4 0,795 950 g H2SO4 755 g H2SO4 7,7 mol

NaCl 12,9 mol


HCl 12,9 mol

pV = nRT

HCl 289 dm3

2675,17,7

9,12

)SOH(

)NaCl(

42

<==n

n

6.3. primjer

20

7. iskorištenje i gubitci

Iskorištenje (iscrpak) jest omjer stvarno dobivene količine produkta i količine koja je teorijski

mogla nastati reakcijom mjerodavnog reaktanta.

Ako iskorištenje nije 100%-tno, da bi se dobila željena količina produkta, treba povećati količine

reaktanata uvažavajući iskorištenje.

I = (nr/nt)×100%I iskorištenje ili iscrpak

nr količina stvarno dobivenog produkta

nt teorijska količina produkta koja je teorijski mogla nastati potpunom reakcijom mjerodavnog reaktanta

Gubitak produkta jest količina produkta koja je izgubljena (nije dobivena) zbog

nepotpune reakcije mjerodavnog reaktanta ili zbog gubitka tijekom tehnološkog procesa.

Gp = (nND/nt)×100% = [(nt-nr)/nt] ×100%

Gp gubitak produkta u postocimanND količina produkta koja nije dobivena

nr količina stvarno dobivenog produkta

nt teorijska količina produkta koja je mogla nastati potpunom reakcijom mjerodavnog reaktanta

Vrijedi I + Gp = 100%

7.1. iskori štenje i gubitci na produktu

21

Spotpunosti reakcije = (nr/nt)×100%

nr količina mjerodavnog reaktanta koja je reagirala

nt teorijska količina mjerodavnog reaktanta koja je teorijski trebala reagirati

Stupanj potpunosti reakcije jest omjer količine mjerodavnog reaktanta koja je

reagirala i količine koja je teorijski mogla reagirati.

Gubitak mjerodavnog reaktanta jest omjer količine mjerodavnog reaktanta

koja nije reagirala i one količine mjerodavnog reaktanta koja je trebala i mogla

reagirati (sva količina).

GMR = (nNR/nt)×100% = [(nt-nr)/nt]

GMR gubitak mjerodavnog reaktanta

nNR količina mjerodavnog reaktanta koja nije reagirala

nt količina mjerodavnog reaktanta koja je teorijski trebala reagirati, tj. količina prisutnog mjerodavnog

reaktanta

nr količina mjerodavnog reaktanta koja je reagirala

Spotpunosti reakcije + GMR = 100%

7.2. gubitci na mjerodavnom reaktantu

Gs = (nNR/ nt)×100% = [(ns - nr)/nt]×100%

Gs gubitak reaktanta u suvišku

nNT ¸ količina reaktanta u suvišku koja nije reagirala

nr količina reaktanta u suvišku koja je reagirala

ns ukupna količina reaktanta u suvišku

nt teorijska količina reaktanta koja je trebala reagirati

Gubitak reaktanta u suvišku jest količina reaktanta u suvišku koja nije reagirala,a izražava se u postocima od količine reaktanta u suvišku koja je teorijski mogla reagirati s mjerodavnim reaktantom.

NAPOMENA:

• Iako je često slučaj da su vrijednosti stupnja potpunosti reakcije i iskorištenja iste, iskorištenje je strogo

vezano za gubitke koje se događaju na reaktantu (npr. moguće nebrtvljenje aparature i curenje produkta)!

• Načelno se ne bi mogli izračunati podaci vezani za količinu reaktanata koja je reagirala, kao i njihovi

gubici ukoliko samo znamo iskorištenje!

7.3. gubitci na reaktantima u suvi šku

22

1

I = (nr/nt)×100%

= (1/2)×100% = 50%

MR

Gp = (nND/nt)×100% = [(nt-nr)/nt] ×100%= [(2-1)/2] ×100%= 50 %

Spotpunosti reakcije = (nr/nt)×100%= (1/2)×100%

= 50 %GMR = (nNR/nt)×100% = [(nt-nr)/nt]

= [(2-1)/2]

= 50%

Gs = (nNR/ nt)×100% = [(ns - nr)/nt]×100%= [(5-2)/4]×100%= 75%

nije reagiralo MR nije nastalo produkta

nr nr

1

7.4. primjerKoliko se otopine sumporne kiseline (w(H2SO4)=98,6%) troši za dobivanje 134 kg otopine fluorovodične kiseline (w(HF)=54,2%) ako je iskorištenje 90,7% ?

CaF2(s) + H2SO4 → CaSO4(s) + 2 HF(g)

i = 0,907

iskorištenje

H2SO4 1,98 kmol

HF0.542 134 kg

stvarno

w(HF) = 0,542

HFstvarno 3,6 kmol HFstvarno 73 kg

HF 20 kg k mol-1

n = m/M

HFteoijski 3,97 kmol

CaF2(s) + H2SO4 → CaSO4(s) + 2 HF(g)stvarno reagira - - 1,8 kmol 3,6 kmol stvarno nastajeprisutno reaktanta 1,98 kmol 1,98 kmol 1,98 kmol 3,96 kmol teorijski nastaje =i


H2SO4 98 kg kmol-1

H2SO4 194 kg

w(H2SO4)=98,6%

H2SO4 0,986 196,8 kg

stvarno

23

Koliko otopine fluorovodične kiseline (w(HF)=54,2%) se dobiva od 196,8 kg otopine sumporne kiseline (w(H2SO4)=98,6%) ako je iskorištenje 90,7% ?

CaF2(s) + H2SO4 → CaSO4(s) + 2 HF(g)

CaF2(s) + H2SO4 → CaSO4(s) + 2 HF(g)stvarno reagira - - 1,80 kmol 3,6 kmol stvarno nastajeprisutno reaktanta 1,98 kmol 1,98 kmol 1,98 kmol 3,96 kmol teorijski nastaje

stvarno

=i

i = 0,907

iskorištenje

H2SO4 1,98 kmol

HF0.542 133 kg

stvarno

w(HF) = 0,542

HFstvarno 3,6 kmol HFstvarno 72 kg

HF 20 kg kmol-1

n = m/M

HFteoijski 3,96 kmol


H2SO4 98 kg kmol-1

H2SO4 194 kg

w(H2SO4)=98,6%

H2SO4 0,986 196,8 kg

7.4. primjer

stvarno reagira - 0,91 kmol 0,228 kmol stvarno nastajeprisutno reaktanta 0,95 kmol 0,95 kmol 0,24 kmol teorijski nastaje

4 FeAsS(s) → 4 FeS(s) + As4(s)

Od 175,5 kg arsenopirita (w(FeAsS)=0,888) dobije se 68,4 kg arsena. Koliko je iskorištenje?

4 FeAsS(s) → 4 FeS(s) + As4(s)

iskorištenje

FeAsS 0,95 kmol As4 stvarno 0,228 kmol

As4 300 kg kmol-1

n = m/M

As4 teoijski0,24 kmol


FeAsS 162,8 kg kmol-1

FeAsS 155 kg

w(FeAsS)=0,888

aresnopirit 0,986 175 kg

As4 stvarno 68,4 kg

=0.95=i

i

7.4. primjer

24

• ZADATAK: Trebate donijeti 5 dm3 vode

• PROBLEM: Tijekom nošenja se prolije 0,5 dm3

• RAZMIŠLJANJE: U kantu će te uliti onoliko vode koliko trebatedonijeti + za onoliko koliko će te proliti.

• RJEŠENJE: Uzeti će te za nositi 5,5 dm3 vode.

Suvišak reaktanta jest količina reaktanta iznad

količine potrebne za reakciju s mjerodavnim

reaktantom.

Sr = (nSR/nt)×100% nSR = ns - nt

Sr Suvišak reaktanta u postocima

nSR suvišna količina reaktanta u suvišku

ns ukupna količina reaktanta u suvišku

nt teorijska količina reaktanta potrebna za reakciju s

mjerodavnim reaktantom

7.5. suvi šak reaktanta

stvarno reagira - 1,335 2,67 stvarno nastajeprisutno reaktanta 1,47 1,47 1,47 2,94 teorijski nastajesuvišak reaktanta 0,25×1,47prisutno reaktanta suvišku 1,837

fluorit 120 kgudio n = m/M


CaF2 115 kg CaF2 1,47 kmol HFteorijski 2,94 kmol

n = m/M

HFstvarno 2,67 kmol

iskorištenje

Koliko se dobije fluorovodika (w(HF)=54,2%) od 120 kg fluorita (w(CaF2)=95,5%) ako je iskorištenje

90,7% ? Koliko je za to potrebno utrošiti otopine sumporne kiseline (w(H2SO4)=98,6%) ukoliko se ona treba

uzeti u 25 % suvišku?

CaF2(s) + H2SO4 �� CaSO4(s) + 2 HF(g)

w(CaF2)=95,5% CaF2 78 kg kmol-1i = 0.907

=i

HF 20 kg kmol-1

HFstvarno 53 kg

w(HF)=54,2%

HFstvarno 0,542

97,79 kg

H2SO4 1,47 kmol

udio

n = m/M

H2SO4 180 kg

H2SO4 0,986182 kg

H2SO4 98 kg kmol-1 w(H2SO4)=0,986

suvišak

S = 1,25

H2SO41,837 kmol

suvišak

7.6. primjer – iskori štenje i reaktant u suvi šku

25

Koliki volumen zraka (φ(O2) = 0.21) pri 297,15 K i 98 285 Pa je potreban za oksidaciju 36,5 dm3 otopine etanola (w(C2H5OH)=73,5% ; ρ(C2H5OH) = 0,864 g cm−3)? Zrak treba upotrijebiti u 56,5%-tnom suvišku. Koliki volumen ugljikovog dioksida pri 302,15 K i 100 658 Pa i kolika masa vode nastaju ako je iskorištenje 95%?

C2H5OH + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)

Kolika masa natrijevog klorida je potrebna (w(NaCl) = 98%) je potrebno za dobivanje 56,8 m3 klorovodika (T = 313,15 K, p = 106 391 Pa) ako je iskorištenje 96,7%? Koliko se dm3 sumporne kiseline (w(H2SO4)= 78,5%, ρ(H2SO4) = 1,71 kg/dm3) troši?

2 NaCl + H2SO4→ Na2SO4 + 2 HCl

7.6. primjer

Kolika masa kalijevog jodida (w(KI) = 0,990) treba za dobivanje 24,8 m3

jodovodika pri 311,15 K i 108,418 kPa ako je iskorištenje 98,7%? Koliki se volumen otopine fosforne kiseline (w(H3PO4) = 0,450, ρ(H3PO4) = 1,293 g cm−3) troši?

3 KI(s) + H3PO4 → 3 HI(g) + K3PO4.

Kolika masa soli (w(NaCl) = 0,982) je potrebna za dobivanje 34,2 m3

klorovodika (308,15 K; 99 298 Pa) ako je iskorištenje 89,0%? Koliki volumen otopine sumporne kiseline (w(H2SO4) = 0,812, ρ(H2SO4) =1,740 g cm−3) je potreban za reakciju sa soli ako kiselinu treba uzeti u 5,2%-tnom suvišku?

2 NaCl(s) + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl

7.6. primjer

26

Izračunajte ukupan broj molova plinova u 5 L zraka, koji ima temperaturu295 K, ako je parcijalni tlak kisika 18 000 Pa, a dušika 80 000 Pa?Izračunajte i koliko molova kisika je prisutno u smjesi?Zanemarite sve ostale plinove u zraku osim kisika i dušika!

ukupni tlak = pkisika + pdušika= 18 000 Pa + 80 000 Pa = 98 000 PapV = nuk RT

nuk = pV/RT = 98 000 Pa × 0,005 m3/ 8.314 Pa m3 mol-1 K-1 × 295 K= 0,1998 mol nkisik = pkisik × V/ RT = (18 000 Pa × 0.005 m3) / (8,314 Pa m3 mol-1 K-1 × 295 K) = 0,0367 mol

7.7. primjer -Daltonov zakon

Documents

KEMIJSKO RAČUNANJE (STEHIOMETRIJA)