Przeprowadzono reakcję amoniaku z tlenem zachodzącą według równania:
4NH3 (g) + 5O2 (g) Pt 4NO (g) + 6H2O (g)
Uzupełnij następujące zdania – wpisz liczbę moli, stosunek masowy oraz stosunek
objętościowy reagentów reakcji przebiegającej zgodnie z powyższym równaniem.
Do utlenienia 8 moli NH3 potrzeba ............... moli O2. W wyniku reakcji powstanie ............... moli H2O.
Stosunek masy NO powstającego w wyniku reakcji do masy użytego O2 jest równy: mNO : mO2 = :
Stosunek objętości (w warunkach normalnych) substratów reakcji jest równy: VNH3 : VO2 = :
Próbkę 0,86 grama pewnego alkanu poddano całkowitemu spaleniu, a cały otrzymany w tej
reakcji tlenek węgla(IV) pochłonięto w wodzie wapiennej, w której zaszła reakcja zgodnie
z równaniem:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Otrzymany osad ważył po wysuszeniu 6 gramów.
Ustal wzór sumaryczny tego alkanu. W obliczeniach zastosuj wartości masy molowej reagentów zaokrąglone do jedności.
W temperaturze 800 K stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie
z równaniem
CO (g) + H2O (g) ⇄ CO2 (g) + H2 (g)
jest równa 4.
Oblicz, ile moli wody (w postaci pary wodnej) należy wprowadzić do reaktora
o pojemności 1 dm3, w którym znajduje się 30 moli tlenku węgla(II), aby otrzymać
10 moli wodoru w temperaturze 800 K. Reakcja pary wodnej i tlenku węgla(II)
przebiega w zamkniętym reaktorze.
Próbkę 0,86 grama pewnego alkanu poddano całkowitemu spaleniu, a cały otrzymany w tej
reakcji tlenek węgla(IV) pochłonięto w wodzie wapiennej, w której zaszła reakcja zgodnie
z równaniem:
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Otrzymany osad ważył po wysuszeniu 6 gramów.
Ustal wzór sumaryczny tego alkanu. W obliczeniach zastosuj wartości masy molowej reagentów zaokrąglone do jedności.
Do próbki o masie m, która zawierała mieszaninę stałego węglanu wapnia i stałego wodorowęglanu wapnia w stosunku molowym nCaCO3 : nCa(HCO3)2 = 1 : 2, dodano nadmiar kwasu solnego. W wyniku zachodzących reakcji zebrano 5,6 dm3 tlenku węgla(IV) odmierzonego w warunkach normalnych. Opisane przemiany prowadzące do wydzielenia gazu można zilustrować równaniami:
Do reaktora wprowadzono 1,0 mol amoniaku i 1,6 mola tlenu, a następnie przeprowadzono – w odpowiednich warunkach – reakcję zilustrowaną poniższym równaniem.
4NH3 + 5O2T, kat.4NO + 6H2O
Wykonaj obliczenia i podaj skład mieszaniny poreakcyjnej wyrażony w molach. Załóż, że opisana przemiana przebiegła z wydajnością równą 100%.
W procesie reformingu metan reaguje z parą wodną w obecności katalizatora,
w podwyższonej temperaturze i pod ciśnieniem około 3 MPa zgodnie z równaniem:
CH4 + H2O
p, T, katalizator
CO + 3H2
Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007.
8.1. (1 pkt)
Określ stosunek masowy i objętościowy substratów i produktów opisanej reakcji, jeżeli przebiega ona w warunkach, w których wszystkie te substancje są gazami.
Stosunek masowy:
mCH4 : mH2O : mCO : mH2 = : : :
Stosunek objętościowy:
VCH4 : VH2O : VCO : VH2 = : : :
8.2. (1 pkt)
Opisana reakcja wymaga ogrzewania i prowadzona jest w obecności katalizatora.
Wybierz i podkreśl w każdym nawiasie poprawne uzupełnienie poniższych zdań.
Ogrzewanie układu (skutkuje zwiększeniem szybkości / skutkuje zmniejszeniem szybkości / nie ma wpływu na szybkości) reakcji.
Obecność katalizatora skutkuje (zwiększeniem / zmniejszeniem) szybkości reakcji.
Próbkę czystego węglanu wapnia o masie m prażono przez pewien czas w otwartym
naczyniu. Przebiegła wtedy reakcja zilustrowana równaniem:
CaCO3 → CaO + CO2
Po przerwaniu ogrzewania stwierdzono, że w naczyniu znajdowała się mieszanina substancji
stałych o masie 18,0 gramów. Ustalono, że w tej mieszaninie zawartość węglanu wapnia
wyrażona w procentach masowych jest równa 57,5%.
Oblicz masę m próbki węglanu wapnia, którą poddano prażeniu.
W procesie parowego reformingu metanu (konwersji metanu z parą wodną) w pierwszym
etapie ten gaz reaguje z parą wodną w obecności katalizatora niklowego – w temperaturze
około 1070 K i pod ciśnieniem około 3 · 104 hPa – zgodnie z równaniem:
CH4 (g) + H2O(g) p, T, Ni CO(g) + 3H2 (g)
ΔHo298 = 206 kJ
Pomimo że stechiometryczny stosunek molowy substratów reakcji jest równy 1, ten proces
prowadzi się przy nadmiarze pary wodnej.
Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.
9.1. (2 pkt)
Określ, czy wzrost temperatury wpływa na zwiększenie wydajności opisanej reakcji konwersji, jeżeli zachodzi ona pod stałym ciśnieniem p, oraz czy wzrost ciśnienia skutkuje wzrostem wydajności tej reakcji. Odpowiedź uzasadnij.
Wpływ wzrostu temperatury na wydajność reakcji (p = const) i uzasadnienie:
Wpływ wzrostu ciśnienia na wydajność reakcji (T = const) i uzasadnienie:
9.2. (1 pkt)
Szybkość opisanej reakcji wzrasta ze wzrostem ciśnienia.
Poniżej zestawiono warunki, w jakich przeprowadza się opisany proces parowego reformingu
metanu:
I
II
III
IV
temperatura około 1070 K
ciśnienie około 3 · 104 hPa
katalizator niklowy
stosunek molowy nH2O : nCH4 > 1
Dokończ poniższe zdania – wpisz numery wszystkich warunków prowadzenia procesu, które wpływają na szybkość i wydajność konwersji metanu.
Warunki sprzyjające dużej szybkości reakcji:
Warunki sprzyjające dużej wydajności reakcji:
9.3. (2 pkt)
Oblicz, ile m3 wodoru w przeliczeniu na warunki normalne powstało w pierwszym etapie parowego reformingu metanu prowadzonego w temperaturze 1070 K i pod ciśnieniem 3 · 104 hPa, jeżeli wykorzystano 1 m3 metanu odmierzony w warunkach przemiany oraz nadmiar pary wodnej. Wydajność przemiany metanu była równa 95%. Uniwersalna stała gazowa R = 83,1 dm3·hPa·mol–1·K–1.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
W mieszaninie wodoru i azotu użytej do syntezy amoniaku zawartość wodoru wyrażona
w procentach objętościowych jest równa 75%. Wydajność reakcji syntezy amoniaku
przeprowadzonej w temperaturze T i pod ciśnieniem p jest równa 93%.
Oblicz wyrażoną w procentach objętościowych zawartość amoniaku w mieszaninie poreakcyjnej.
Podczas ogrzewania próbki monochloropochodnej pewnego nasyconego węglowodoru
o budowie łańcuchowej z nadmiarem wodnego roztworu wodorotlenku sodu przebiegła
reakcja zilustrowana schematem:
Do otrzymanej mieszaniny poreakcyjnej dodano najpierw wodny roztwór kwasu
azotowego(V) w celu zobojętnienia, a następnie – nadmiar wodnego roztworu azotanu(V)
srebra. W wyniku reakcji opisanej równaniem:
Ag+ + Cl− → AgCl ↓
wytrącił się osad, który odsączono i wysuszono. Masa próbki monochloropochodnej była
równa 0,314 g, a w wyniku opisanych przemian otrzymano 0,574 g stałego chlorku srebra.
Wykonaj obliczenia i zaproponuj jeden wzór półstrukturalny (grupowy) chloropochodnej tego węglowodoru.
Na próbkę stopu miedzi z cynkiem o masie 4,00 g podziałano 200 cm3 kwasu solnego
o stężeniu 0,800 mol · dm–3. Przebiegła wtedy reakcja opisana równaniem:
Me + 2H3O+ → Me2+ + H2 + 2H2O
Roztwór otrzymany po reakcji rozcieńczono wodą do objętości 250 cm3. Stężenie jonów
wodorowych w tym roztworze było równe 0,400 mol · dm–3.
Oblicz, ile gramów miedzi znajdowało się w opisanej próbce stopu. Wynik końcowy zaokrąglij do drugiego miejsca po przecinku.
Próbkę czystego węglanu wapnia o masie m prażono w otwartym naczyniu. Przebiegła wtedy
reakcja zilustrowana równaniem:
CaCO3 → CaO + CO2
Po przerwaniu ogrzewania stwierdzono, że w naczyniu znajdowała się mieszanina substancji
stałych o masie 18,0 gramów. Ustalono, że w tej mieszaninie zawartość węglanu wapnia
wyrażona w procentach masowych jest równa 57,5%.
Oblicz masę m próbki węglanu wapnia poddanej prażeniu.
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
W mieszaninie wodoru i azotu użytej do syntezy amoniaku zawartość wodoru wyrażona
w procentach objętościowych jest równa 75%. Wydajność reakcji syntezy amoniaku
przeprowadzonej w temperaturze T i pod ciśnieniem p jest równa 93%.
Oblicz wyrażoną w procentach objętościowych zawartość amoniaku w mieszaninie poreakcyjnej.
Metan można otrzymać w wyniku działania kwasem solnym na węglik glinu (Al4C3).
Przebiega wtedy reakcja opisana równaniem
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4
Oblicz, ile gramów węglika glinu należy użyć do otrzymania 1400 dm3 metanu (w warunkach normalnych). Załóż, że ta przemiana przebiega z wydajnością równą 100%.
Przeprowadzono doświadczenie zgodnie z poniższym rysunkiem.
Podczas doświadczenia w kolbie przebiegła reakcja chemiczna zilustrowana równaniem
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
W kolbie umieszczono próbkę magnezu o masie 2,4 grama i stopniowo dodawano kwas
solny. Stwierdzono, że magnez przereagował całkowicie po dodaniu 100 cm3 roztworu HCl
o stężeniu cm. Przebiegła reakcja opisana powyższym równaniem.
Oblicz stężenie molowe użytego do reakcji kwasu solnego.
Do całkowitego spalenia 2,80 dm3 (odmierzonych w warunkach normalnych) mieszaniny
zawierającej 60% objętościowych pewnego gazowego alkanu i 40% objętościowych metanu
potrzeba 13,16 dm3 tlenu w przeliczeniu na warunki normalne. Reakcje całkowitego spalania
metanu oraz dowolnego alkanu przebiegają zgodnie z równaniami:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
CnH2n+2 + 3n + 12O2 → nCO2 + (n + 1) H2O
Wykonaj niezbędne obliczenia i podaj wzór sumaryczny alkanu stanowiącego 60% objętości opisanej mieszaniny.
W jednej z przemysłowych metod otrzymywania kwasu siarkowego(VI) jako substrat
pierwszego etapu stosuje się piryt (FeS2) – powszechnie występujący minerał.
FeS2 → SO2 → SO3 → H2SO4
W wyniku opisanego procesu – do którego na pierwszym etapie wykorzystano
100 gramów pirytu niezawierającego zanieczyszczeń – otrzymano wodny roztwór kwasu
siarkowego(VI) o stężeniu 96% masowych. Sumaryczna wydajność procesu była równa 85%.
Oblicz masę wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) uzyskanego w opisanym procesie.
