CHEMIA OGÓLNA I NIEORGANICZNA ĆWICZENIA RACHUNKOWE

Skrypt zawiera treści i zadania realizowane w ramach ćwiczeń rachunkowych z przedmiotów: podstawy chemii i chemia nieorganiczna.

W ośmiu rozdziałach opisane są najważniejsze zagadnienia z zakresu chemii ogólnej i nieorganicznej – począwszy od podstawowych pojęć chemicznych, przez prawa gazowe, stechiometrię związków i reakcji chemicznych, po zagadnienia dotyczące złożonych równowag w roztworach elektrolitów. Każdy rozdział zawiera wstęp teoretyczny wraz ze stosownymi przykładami oraz ich rozwiązaniami metodą „krok po kroku”. Ponadto na końcu każdego rozdziału znajdują się przykładowe zadania oraz odpowiedzi. Skrypt zakończony jest dodatkami – w pierwszym z nich zebrano stałe fizykochemiczne niezbędne do rozwiązywania zadań, a w drugim zamieszczono układ okresowy pierwiastków.

W skrypcie konsekwentnie stosowane są jednostki układu SI, w zgodzie z ich aktualnymi definicjami, a obliczenia prowadzone są na liczbach z możliwie dużą liczbą cyfr i dopiero na sam koniec wynik jest zaokrąglany do odpowiedniej liczby cyfr znaczących. Stosowanie zaokrągleń w trakcie obliczeń może prowadzić do kilkuprocentowych rozbieżności pomiędzy uzyskanym wynikiem a zamieszczoną w skrypcie odpowiedzią.

Spis treści

Przedmowa 9
1. Podstawowe pojęcia chemiczne
Stanisław Konieczny, Antoni Konitz, Jerzy Pikies 11
1.1. Jednostki miar 12
1.1.1. Układ SI 12
1.1.2. Inne jednostki miar 14
1.1.3. Przeliczanie jednostek 15
1.1.4. Cyfry znaczące oraz zasady zaokrąglania liczb 17
1.2. Wzory związków chemicznych 21
1.2.1. Wzory Lewisa 21
1.2.2. Wzory związków jonowych 22
1.2.3. Wzory związków kowalencyjnych 24
1.2.4. Ładunek formalny – kryterium prawdopodobieństwa wzorów Lewisa 26
1.3. Metoda VSEPR 29
1.4. Mol, masa atomowa, masa cząsteczkowa i masa molowa 41
1.4.1. Definicja mola 41
1.4.2. Masa atomowa oraz masa molowa pierwiastków 42
1.4.3. Masa cząsteczkowa oraz masa molowa związków chemicznych 44
1.5. Zadania 46
1.6. Odpowiedzi 52
2. Prawa gazowe
Łukasz Ponikiewski 59
2.1. Warunki normalne 60
2.1.1. Objętość molowa gazów – prawo Avogadra 61
2.1.2. Stała gazowa 61
2.2. Równanie stanu gazu doskonałego (równanie Clapeyrona) 62
3
2.2.1. Przemiana izotermiczna 64
2.2.2. Przemiana izobaryczna 64
2.2.3. Przemiana izochoryczna 65
2.3. Prawo stosunków objętościowych Gay-Lussaca 66
2.4. Prawo Daltona 66
2.5. Gęstość gazów 69
2.5.1. Gęstość bezwzględna 69
2.5.2. Gęstość względna 71
2.6. Obliczanie mas molowych na podstawie praw gazowych 72
2.7. Równanie stanu gazu prawie rzeczywistego (równanie van der Waalsa) 72
2.8. Zadania 75
2.9. Odpowiedzi 80
3. Stechiometria związków chemicznych i mieszanin
Agnieszka Pladzyk 83
3.1. Podstawowe prawa stechiometrii 84
3.1.1. Prawo zachowania masy 84
3.1.2. Prawo stosunków stałych 84
3.1.3. Prawo stosunków wielokrotnych 84
3.2. Wyznaczanie składu wagowego związku na podstawie wzoru chemicznego 85
3.3. Wyznaczanie wzoru chemicznego ze znajomości składu wagowego związku 89
3.4. Wyprowadzanie wzorów rzeczywistych związków 92
3.5. Stechiometria mieszanin 94
3.6. Zadania 98
3.7. Odpowiedzi 103
4. Stechiometria reakcji chemicznych
Anna Dołęga 105
4.1. Równania reakcji chemicznych 106
4.2. Typy reakcji chemicznych 106
4.2.1. Reakcje chemiczne wymiany ligandów i protonów (reakcje przebiegające
bez wymiany elektronów) 106
4.2.2. Bilansowanie reakcji przebiegających bez wymiany elektronów 108
4.2.3. Reakcje utleniania i redukcji (reakcje redoksowe) 109
4.2.4. Bilansowanie reakcji redoksowych 109
4.3. Stechiometria reakcji chemicznych 123
4
4.3.1. Obliczenia ilości substratów i produktów na podstawie równań reakcji chemicznych 123
4.3.2. Reakcje równoległe i reakcje mieszanin 125
4.3.3. Niestechiometryczne ilości reagentów 128
4.3.4. Wydajność reakcji 129
4.4. Zadania 131
4.5. Odpowiedzi 145
5. Stężenia roztworów, stechiometria reakcji w roztworach
Maciej Walewski 153
5.1. Pojęcie roztworu 154
5.2. Wyrażanie składu roztworu 154
5.2.1. Stężenie procentowe masowe 155
5.2.2. Stężenie procentowe objętościowe 158
5.2.3. Stężenie molowe 160
5.2.4. Stężenie normalne 161
5.2.5. Stężenie molalne 164
5.2.6. Ułamek molowy 164
5.3. Sporządzanie roztworów z czystych składników 165
5.4. Rozcieńczanie, zatężanie i mieszanie roztworów o tych samych jednostkach stężeń 168
5.5. Mieszanie dwóch roztworów tej samej substancji o różnych stężeniach 170
5.6. Przeliczanie stężeń roztworów 176
5.7. Stechiometria roztworów 177
5.8. Zadania 182
5.9. Odpowiedzi 191
6. Równowaga chemiczna
Jarosław Chojnacki 195
6.1. Reakcje homogeniczne 196
6.2. Obliczanie liczby moli i stężeń reagentów z uwzględnieniem przebiegu reakcji
chemicznej 202
6.3. Reakcje heterogeniczne 211
6.4. Zadania 213
6.5. Odpowiedzi 218
5
7. Równowagi w wodnych roztworach elektrolitów
Aleksandra Wiśniewska 221
7.1. Elektrolity 222
7.1.1. Elektrolity słabe, prawo rozcieńczeń Ostwalda 222
7.1.2. Elektrolity mocne 223
7.2. Iloczyn jonowy wody, pH 224
7.2.1. Obliczanie pH roztworów mocnych kwasów i zasad 225
7.2.2. Obliczanie pH roztworów słabych kwasów i zasad 228
7.2.3. Obliczanie pH mieszaniny dwóch słabych elektrolitów o wspólnym jonie 231
7.2.4. Obliczanie pH roztworów kwasów wieloprotonowych 232
7.3. Bufory 235
7.4. Hydroliza soli 238
7.4.1. Sole mocnych kwasów i słabych zasad 238
7.4.2. Sole słabych kwasów i mocnych zasad 240
7.4.3. Sole słabych kwasów i słabych zasad 241
7.4.4. Wodorosole 243
7.5. Zadania 245
7.6. Odpowiedzi 250
8. Związki kompleksowe i trudno rozpuszczalne
Jarosław Chojnacki, Andrzej Okuniewski 253
8.1. Roztwory zawierające związki kompleksowe 254
8.2. Wzory i nazewnictwo prostych związków kompleksowych 256
8.3. Stała trwałości kompleksu 257
8.4. Równowagi w układach zawierających związki trudno rozpuszczalne 261
8.4.1. Zależność między rozpuszczalnością a iloczynem rozpuszczalności 263
8.4.2. Kryterium nasycenia roztworu elektrolitu 264
8.4.3. Wpływ składu roztworu na rozpuszczalność elektrolitów 267
8.4.4. Efekt wspólnego jonu 267
8.4.5. Strącanie frakcjonowane 269
8.4.6. Wpływ pH na rozpuszczalność osadów elektrolitów 270
8.4.7. Wpływ kompleksowania na rozpuszczalność osadów elektrolitów 279
8.4.8. Rozwiązywanie zagadnień prowadzących do równań wyższego rzędu 282
8.5. Zadania 285
8.6. Odpowiedzi 290
6
Dodatek A. Stałe fizykochemiczne 293
A.1. Stałe kwasowości 293
A.2. Iloczyny rozpuszczalności 293
A.3. Rozpuszczalność siarczków 294
A.4. Stałe tworzenia związków kompleksowych 294
Dodatek B. Układ okresowy pierwiastków 295