2. Reaktioyhtälö 11. a) 1) CH 3 CH 2 OH + O 2 CO 2 + H 2 O Tasapainotetaan CH 3 CH 2 OH + O 2 CO 2 + H 2 O C, kpl 1+1 1 kerroin 2 CO 2 :lle CH 3 CH 2 OH + O 2 2 CO 2 + H 2 O H, kpl 3+2+1 2 kerroin 3 H 2 O:lle CH 3 CH 2 OH + O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O O, kpl 1? 2 2 + 3 kerroin 3 O 2 :lle CH 3 CH 2 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O Tasapainotettu reaktioyhtälö on CH 3 CH 2 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O 2) C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O Tasapainotetaan C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O C, kpl 3 1 kerroin 3 CO 2 :lle C 3 H 8 + O 2 3 CO 2 + H 2 O H, kpl 8 2 kerroin 4 H 2 O:lle C 3 H 8 + O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O O, kpl? 3 2 + 4 kerroin 5 O 2 :lle C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O Tasapainotettu reaktioyhtälö on: C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O 3) CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O Tasapainotetaan CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O C, kpl 1+1+1+1 1 kerroin 4 CO 2 :lle CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 4 CO 2 + H 2 O H, kpl 3+2+3 2 kerroin 4 H 2 O:lle CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 4 CO 2 + 4 H 2 O O, kpl 1? 4 2 + 4 kerroin 5 ½ CH 3 CH 2 COCH 3 + 5 ½ O 2 4 CO 2 + 4 H 2 O O 2 :lle kerrotaan 2:lla, jotta kertoimet 2 CH 3 CH 2 COCH 3 + 11 O 2 8 CO 2 + 8 H 2 O pienimpiä kokonaislukuja Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 CH 3 CH 2 COCH 3 + 11 O 2 8 CO 2 + 8 H 2 O b) Kun polttoainetta käytetään 1,5 mol, syntyy vettä: 1) CH 3 CH 2 OH + 3 O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O 1 mooli polttoainetta tuottaa 3 moolia vettä, joten 1,5 moolia polttoainetta tuottaa 1,5 3 moolia = 4,5 moolia vettä. 2) C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O 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) C 57 H 110 O 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Tasapainotetaan reaktioyhtälö: Tasapainotetaan C 57 H 110 O 6 + O 2 CO 2 + H 2 O C, kpl 57 1 kerroin 57 C 57 H 110 O 6 + O 2 57 CO 2 + H 2 O CO 2 :lle H, kpl 110 2 kerroin 55 H 2 O:lle C 57 H 110 O 6 + O 2 57 CO 2 + 55 H 2 O O, kpl 6? 57 2 + 55 = 169 kerroin 81 ½ # C 57 H 110 O 6 + 81 ½ O 2 57 CO 2 + 55 H 2 O O 2 :lle kerrotaan 2:lla, jotta kertoimet pienimpiä kokonaislukuja # (169 6)/2 = 81 ½ 2 C 57 H 110 O 6 + 163 O 2 114 CO 2 + 110 H 2 O Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 C 57 H 110 O 6 + 163 O 2 114 CO 2 + 110 H 2 O b) m(c 57 H 110 O 6 ) = 1,0 kg ja ainemäärä n(c 57 H 110 O 6 ) = M(C 57 H 110 O 6 )/M(C 57 H 110 O 6 ) = 1000 g/[(57 12,01 + 110 1,008 + 6 16,00) g mol -1 ] = 1,1217 mol Veden ainemäärä on: n(h 2 O)/n(C 57 H 110 O 6 ) = 110/2, josta n(h 2 O) = (110/2) n(c 57 H 110 O 6 ) = 61,6972 mol Veden massa m(h 2 O) = n(h 2 O) M(H 2 O) = 61,6972 mol ( 2 1,008 + 16,00) g/mol= 1,1 kg. 15. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö on: CaO(s) + 3 C(s) CaC 2 (s) + CO(g) b) Tasapainotetaan reaktioyhtälö: Tasapainotettu reaktioyhtälö on: CaC 2 (s) + 2 H 2 O(l) C 2 H 2 (g) + n(cac 2 ) = m/m = 2,4 g/[(40,08 + 2 12,01) g/mol] = 0,0374 mol n(c 2 H 2 ) = n(cac 2 ) m(c 2 H 2 ) = n(c 2 H 2 ) M(C 2 H 2 ) = n(cac 2 ) M(C 2 H 2 ) = 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) AlCl 3 (aq) + 3 H 2 O(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(alcl 3 ) = n(al(oh) 3 ) m(alcl 3 ) = n(alcl 3 ) M(AlCl 3 ) = n(al(oh) 3 ) M(AlCl 3 ) = 0,00640 mol (26,98 + 3 35,45) g/mol = 0,855 g n(h 2 O) = 3 n(al(oh) 3 ) m(h 2 O)= n(h 2 O) M(H 2 O)=3 n(al(oh) 3 ) M(H 2 O)= 3 0,00640 mol (2 1,008 + 16,00) g/mol = 0,346 g 17. a) 2 NaOH(s) + CO 2 (g) Na 2 CO 3 (s) + H 2 O(l) b) n(naoh) = 1000 g/(22,99 + 16,00 + 1,008) g/mol = 25,0012 mol Reaktioyhtälön kertoimista päätellään, että n(co 2 ) = ½ n(naoh) = 12,5006 mol m(co 2 ) = n(co 2 ) M(CO 2 ) = 12,5006 mol (12,01 + 2 16,00) g/mol = 550 g. 18. Tasapainotettu reaktioyhtälö:c 17 H 35 COOH + 26 O 2 18 CO 2 + 18 H 2 O M(C 17 H 35 COOH) = V = 0,94 kg/dm 3 0,014 dm 3 = 0,01316 kg = 13,16 g M(C 17 H 35 COOH ) = (18 12,01 + 36 1,008 + 2 16,00) g/mol = 284,468 g/mol n(c 17 H 35 COOH ) = m/m = 13,16 g /(284,468g/mol) = 0,0462 mol Reaktioyhtälön mukaan n(h 2 O) = 18 n(c 17 H 35 COOH )= 18* 0,0462 mol = 0,832 mol m(h 2 O) = n M = 0,832 mol (2 1,008 + 16,00) g/mol = 15 g. 19. Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 2 CH 3 CH 2 OH(l) + O 2 (g) 2 CH 3 CHO(l) + 2 H 2 O(l) b) V(CH 3 CH 2 OH) =? ( CH 3 CH 2 OH) = 0,789 g/cm 3 V(CH 3 CHO) = 25,0 l (CH 3 CHO) = 0,788 g/cm 3 m(ch 3 CHO) = V n(ch 3 CHO) = m/m = ( V )/M = ( 0,788 g cm -3 25,0 10 3 cm 3 )/ [(2 12,01 + 4 1,008 + 16,00) g/mol] = 447,198 mol n(ch 3 CH 2 OH) = n(ch 3 CHO) V(CH 3 CH 2 OH) = m/ = n(ch 3 CH 2 OH) M(CH 3 CH 2 OH)/ ( CH 3 CH 2 OH) = n(ch 3 CHO) M(CH 3 CH 2 OH)/ ( CH 3 CH 2 OH) = 447,198 mol (2 12,01 + 6 1,008 + 16,00) g/mol/(0,789 g/cm 3 ) = 26,1 kg
20. Tasapainotettu reaktioyhtälö on: CaCO 3 (s) + 2 HCl(aq) CaCl 2 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O(l) b) m(liitu) = 12,3 g, josta 69,7 m-%:a on CaCO 3. m(caco 3 ) = (69,7 % /100%) 12,3 g = 8,573... g n(caco 3 ) = m/m = 8,573 g/[(40,08 + 12,01 + 3 16,00) g mol -1 ] = 0,08565 mol n(co 2 ) = n(caco 3 ) m(co 2 ) = n(co 2 ) M(CO 2 ) = n(caco 3 ) M(CO 2 ) = 0,08565 mol (12,01 + 2 16,00) g/mol = 3,77 g c) m(liitu) = 4,38 g m-% CaCO 3 =? m(co 2 ) = 1,31 g n(co 2 ) = m/m = 1,31 g/[(12,01 + 2 16,00) g/mol] = 0,02976 mol n(caco 3 ) = n(co 2 ) m(caco 3 ) = n(caco 3 ) M(CaCO 3 ) = n(co 2 ) M(CaCO 3 ) = 0,02976 mol (40,08 + 12,01 + 3 16,00) g/mol = 2,979 g m-%(caco 3 ) = [m(caco 3 )/m(liitu)] 100 % = (2,979 g/4,38 g) 100 % = 68,0 % 21. a) Zn(s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + H 2 (g) b) Reaktioyhtälön perusteella n(h 2 ) = n(zn). Vetykaasun ainemäärä on n(h 2 ) = 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((nh 2 ) 2 CO) = 1,08 g/(2 14,01 + 4 1,008 + 12,01 + 16,00) g/mol = 0,0179 mol Reaktioyhtälön perusteella n(o 2 ) = 4 n((nh 2 ) 2 CO) = 4 0,0179 mol = 0,07192 mol m(o 2 ) = n(o 2 ) M(O 2 ) = 0,07192 mol 2 16,00 g/mol = 2,3016 g Vesinäyte kuluttaa happea 2,30 10 3 mg/100 dm 3 BHK = 2,30 10 3 mg/100 dm 3 = 23 mg /dm 3
26. 3 BaCl 2 (aq) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) 3 BaSO 4 (s) + 2 FeCl 3 (aq) Lasketaan lähtöaineiden ainemäärät. n(bacl 2 ) = m/m(bacl 2 ) = 100,0 g/( 137,33 + 2 35,45 ) g/mol = 0,4802 mol n(fe 2 (SO 4 ) 3 ) = m/m(fe 2 (SO 4 ) 3 ) = 50,0 g/( 2 55,85 + 3 32,07 + 12 16,00 ) g/mol = 0,1250 mol Verrantona: n(bacl 2 )/n(fe 2 (SO 4 ) 3 ) = 3/1, joten n(bacl 2 ) = 3 n(fe 2 (SO 4 ) 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(baso 4 ) = 3 0,1250 mol m(baso 4 ) = n(baso 4 ) M(BaSO 4 ) = 3 0,1250 mol (137,33 + 32,07 + 4 16,0 ) g/mol = 87,5 g 27. V(HCl) = 1000 l = 1000 dm 3 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 dm 3 = 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 H 2 O + CaCl 2 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 HNO 3 (aq) + O 2 (g) 4 KNO 3 (aq) + 2 Cl 2 (g) + 2 H 2 O(l) b) m(kcl) = 50,0 kg n(kcl) = m/m = 50,0 10 3 g/[(39,10 + 35,45) g/mol] = 670,69 mol m(hno 3 ) = (65 %/100 %) 50,0 kg = 32,5 kg n(hno 3 ) = m/m = 32,5 103 g/[(1,008 + 14,01 + 3 16,00) g/mol] = 515,72 mol Reaktioyhtälöstä n(kno 3 )/n(hno 3 ) = 4/4 eli n(kno 3 ) = n(hno 3 ) ja KNO 3 :a voi nyt muodostua 515,72 mol. M(KNO 3 ) = n(kno 3 ) M(KNO 3 ) = n(hno 3 ) M(KNO 3 ) = 515,72 mol [(39,10 + 14,01 + 3 16,00) g/mol] = 52,1 kg c) Kloorikaasua syntyy: n(cl 2 )/n(kno 3 ) = 2/4, joten n(cl 2 ) = (2/4) n(kno 3 ) = (1/2) n(kno 3 ) M(Cl 2 ) = n(cl 2 ) M(Cl 2 ) = (1/2) n(kno 3 ) M(Cl 2 ) = ½ 515,72 mol [2 35,45) g/mol] = 18,3 kg Reaktion saanto 29. Lasketaan lähtöaineiden ainemäärät. n( NaHCO 3 ) = 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/dm 3 50,0 10-3 dm 3 = 0,30 mol Reaktioyhtälön kertoimien perusteella: NaHCO 3 (s) + HCl(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) + CO 2 (g) reaktioyhtälön 1 1 1 kertoimet käytössä, mol 0,2380 rajoittaa 0,30 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 saantoprosentti 100% teoreettinen saanto 12,3g 100% 88,48...% 88,5% 13,9g
30. a) Lasketaan lähtöaineiden ainemäärät: n(co) = m/m = 72,0 10 3 g/[(12.01 + 16,00) g/mol] = 2,570 10 3 mol n(h 2 ) = m/m = 5,50 10 3 g/[(2 1,008) g/mol] = 2,728 10 3 mol Reaktioyhtälön kertoimien perusteella: CO(g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(l) reaktioyhtälön 1 2 1 kertoimet käytössä, mol 2,570 10 3 2,728 10 3 2,570 10 3 mol CO tarvitsee H 2, mol 2,570 10 3 2 2,570 10 3 = 5,14 10 3 ei riitä 2,728 10 3 H 2 ½ 2,728 10 3 2,728 10 3 tarvitsee CO, mol = 1,36 10 3 riittää 1 mol H 2 tuottaa ½ mol 2/2 = 1 mol ½ mol 2,728 10 3 mol H 2 tuottaa 2,728 10 3 ½ 2,728 10 3 Metanolia voidaan siis tuottaa ½ 2,728 10 3 mol joten m(ch 3 OH) = n M = ½ 2,728 10 3 mol (12,01 + 4 1,008 + 16,00) g/mol = 4,3708 10 4 g = 43,7 kg b) Reaktion todellinen saanto todellinen saanto saantoprosentti 100% teoreettinen saanto saantoprosentti teoreettinensaanto todellinensaanto 100% 90,4% 43,7kg 39,5kg 100% 31. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö on: 3 Si(s) + 2 N 2 (g) Si 3 N 4 (s) b) m(si) = 4,00 g n(si) = m/m = 4,00 g/(28,09 g/mol) = 0,1423 mol m(n 2 ) = 3,00 g n(n 2 ) = m/m = 3,00 g/(2 14,01 g/mol) = 0,1070 mol 3 Si(s) + 2 N 2 (g) Si 3 N 4 (s) kertoimet 3 2 1 reaktioyhtälössä ainemäärät kun 3/3 = 1 2/3 1/3 1 mol Si reagoi ainemäärät, kun 0,1423 mol Si reagoi ainemäärät, kun 1 mol N 2 reagoi ainemäärät, kun 0,1070 mol N 2 reagoi 0,1423 mol (käytettävissä) 2/3 0,1423 = 0,0949 3/2 2/2 =1 ½ 3/2 0,1070 mol = 0,1605 mol (rajoittaa) 0,1070 mol (käytettävissä) 1/3 0,1423 mol (lasketaan)
Synteesin teoreettisen saannon rajoittaa Si. n(si 3 N 4 ) = (1/3) 0,1423 mol = 0,0474 mol m(si 3 N 4 ) = 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 saantoprosentti 100% teoreettinen saanto 4,92% 100% 73,873...% 73,9% 6,66 Reaktiosarjat 35. Lasketaan reaktioyhtälöt puolittain yhteen: CH 4 + 4 Cl 2 CCl 4 + 4 HCl CCl 4 + 2 HF CCl 2 F 2 + 2 HCl CH 4 + 4 Cl 2 + 2 HF CCl 2 F 2 + 6 HCl m(cl 2 ) =? m(ccl 2 F 2 ) = 0,156 g n(ccl 2 F 2 ) = m/m = 0,156 g/[(12,01 + 2 35,45 + 2 19,00) g/mol] = 0,001290 mol m(cl 2 ) = n(cl 2 ) M(Cl 2 ) = 4 0,001290 mol (2 35,45 g/mol) = 0,36590 g = 0,366 g 36. a) S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) V 2 O 5 2 SO 3 (g) SO 3 (g) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (aq) c) Tasapainotetaan reaktioyhtälöt 2 S(s) + 2 O 2 (g) 2 SO 2 (g) V 2 O 5 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) 2 SO 3 (g) + 2 H 2 O(l) 2 H 2 SO 4 (aq) Reaktioyhtälöistä nähdään, että n(h 2 SO 4 ) = n(s). Rikkihapon massa on M(H 2 SO 4 ) = (2,5 10 3 kg 98,1 g/mol)/32,1 g/mol = 7,640. 10 3 kg = 7,6 10 3 kg Reaktioyhtälöiden perusteella n(o 2 )/n(s) = 3/2, josta n(o 2 ) = (3/2) n(s) n(o 2 ) = 1½ n(s) M(O 2 ) = n(o 2 ) M(O 2 ) = (3/2) [M(S)/M(S)] M(O 2 ) M(O 2 ) = 3/2 [2,5 10 3 kg/32,07 g/mol ] (2 16,00 g/mol) = 3,7 10 3 kg.