Projektový příklad z chemie
Dobrý den, dostala jsem zadaný projektový příklad. Bohužel moje 2 řešení byla špatná a zbývá mi posledná pokus, proto prosím o pomoc tady. Předem děkuji.
Síran sodný se vyznačuje zajímavým průběhem křivky závislosti rozpustnosti na teplotě. Zatím co při teplotách do přibližně 40 °C jeho rozpustnost strmě roste a z roztoku se vylučuje jako dekahydrát Na2SO4.10H2O (Glauberova sůl), nad touto teplotou rozpustnost mírně klesá a z roztoku se zahušťováním vylučuje bezvodý síran Na2SO4 (thenardit).
200 g pevné směsi síranu sodného a jeho dekahydrátu o neznámém poměru obou složek bylo převedeno do roztoku (roztok č.1). Zahušťováním tohoto roztoku při 90 °C vypadával bezvodý síran sodný, který byl odfiltrován na ohřáté Büchnerově nálevce. Bylo tak získáno 52,3 g bezvodého Na2SO4. Ochlazením zbylého roztoku (roztok č.2) na laboratorní teplotu se v roztoku vyloučily bílé krystaly Na2SO4.10H2O, který byl odfiltrován a produkt byl po usušení zvážen. Hmotnost takto získaného Na2SO4.10H2O byla 136,8 g. Filtrát (roztok č.3) byl zředěn dalšími ZZ ml vody a převeden do reagenční lahve.
Teplota/°C Rozpustnost/gram na 100g H2O
20 °C 19.23
25 °C 28.11
30 °C. 41.28
40 °C 47.82
50 °C 46.09
60 °C. 44.72
70 °C. 43.66
80 °C. 42.9
90 °C 42.43
100 °C 42.19
Vypočítejte:
Jaká byla hmotnost bezvodého síranu (výsledek 1) a jaká byla hmotnost dekahydrátu v původní směsi (výsledek 2)?
Jaké množství síranu sodného zůstalo ve zbylém roztoku č.3? (výsledek 3)
Jaký je hmotnostní zlomek Na2SO4 v původní směsi (vypočítejte v %, neuvažujte Na2SO4 v hydrátu)? (výsledek 4)
V řešení zanedbejte ztráty způsobené jednotlivými operacemi a při výpočtech používejte hodnoty rozpustnosti z tabulky uvedené výše.
Síran sodný se vyznačuje zajímavým průběhem křivky závislosti rozpustnosti na teplotě. Zatím co při teplotách do přibližně 40 °C jeho rozpustnost strmě roste a z roztoku se vylučuje jako dekahydrát Na2SO4.10H2O (Glauberova sůl), nad touto teplotou rozpustnost mírně klesá a z roztoku se zahušťováním vylučuje bezvodý síran Na2SO4 (thenardit).
200 g pevné směsi síranu sodného a jeho dekahydrátu o neznámém poměru obou složek bylo převedeno do roztoku (roztok č.1). Zahušťováním tohoto roztoku při 90 °C vypadával bezvodý síran sodný, který byl odfiltrován na ohřáté Büchnerově nálevce. Bylo tak získáno 52,3 g bezvodého Na2SO4. Ochlazením zbylého roztoku (roztok č.2) na laboratorní teplotu se v roztoku vyloučily bílé krystaly Na2SO4.10H2O, který byl odfiltrován a produkt byl po usušení zvážen. Hmotnost takto získaného Na2SO4.10H2O byla 136,8 g. Filtrát (roztok č.3) byl zředěn dalšími ZZ ml vody a převeden do reagenční lahve.
Teplota/°C Rozpustnost/gram na 100g H2O
20 °C 19.23
25 °C 28.11
30 °C. 41.28
40 °C 47.82
50 °C 46.09
60 °C. 44.72
70 °C. 43.66
80 °C. 42.9
90 °C 42.43
100 °C 42.19
Vypočítejte:
Jaká byla hmotnost bezvodého síranu (výsledek 1) a jaká byla hmotnost dekahydrátu v původní směsi (výsledek 2)?
Jaké množství síranu sodného zůstalo ve zbylém roztoku č.3? (výsledek 3)
Jaký je hmotnostní zlomek Na2SO4 v původní směsi (vypočítejte v %, neuvažujte Na2SO4 v hydrátu)? (výsledek 4)
V řešení zanedbejte ztráty způsobené jednotlivými operacemi a při výpočtech používejte hodnoty rozpustnosti z tabulky uvedené výše.
Odpovědi
Diskuze
Hmotnostní zlomky Na2SO4 v nasycených roztocích jsou w(90) = 42,43/142,43 = 0,2979;
w(20) = 19,23/119,23 = 0,1613; w(Na2SO4/dekahydr.) = 142,0421/322,1949 = 0,4408
Kdyby se při rušené krystalizaci neměnila hmotnost vody, byl by výpočet jednoduchý. Protože ale část vody přechází do krystalů dekahydrátu, je situace složitější. Použijeme bilanční rovnici bezvodé soli - směšovací rovnici. Hmotnosti mají stejné indexy jako hmotnostní zlomky:
w20*m20 + w*m = w90*m90; m90 = m20 + m = m20 + 136,8
0,1613*m20 + 0,4408*136,8 = 0,2979*(m20 + 136,8) = 0,2979*m20 + 40,7528
0,1366*m20 = 19,5486 => 143,1086g je hmotnost matečného roztoku.
m3(Na2SO4) = 143,1086*0,1613 = 23,0834g (3)
Celkové množství Na2SO4 je tedy :
m(Na2SO4) = 23,0834 + 0,4408*136,8 + 52,3 = 135,6848g => m(H2O) = 200 - 135,6848 = 64,3152g H2O
n(H2O) = 64,3152/18,015 = 3,57mol => n(dekah.) = n(H2O)/10 = 3,57/10 = 0,357 mol
m(dekah) = 0,357*322,1949 = 115,0236g Na2SO4.10H2O (2)
m(Na2SO4) = 200 - 115,0236 = 84,9764g Na2SO4 (1)
w(Na2SO4) = 84,9764/200 = 0,4248 (4)
OK?
Bilanční rovnice není sestavena úplně špatně, ale taky není zcela správně a tím pádem Vám žádný z výsledků nevychází. Tak, jak máte sestavenou rovnici, by to znamenalo, že potřebuju vodu jednak na vznik hydrátu a jednak na vznik matečného roztoku, ale tak to není. Při rušené krystalizaci vznikají krystaly látky a nějaké množství matečního roztoku (tedy roztoku nasyceného při 20 °C), pokud ale namísto bezvodé látky krystalizuje hydrát, pak to znamená, že daná látka má schopnost „přitáhnout si“ molekuly vody z matečného roztoku, a tedy voda, která by měla být součástí matečního roztoku je navázána do struktury krystalů. Jinak řečeno, vedle sebe existují krystaly a roztok a voda z hydrátu je stále vodou, která je dostupná pro rozpuštění zbylého síranu, snad je to takto jasné.
Nejsem si jistá, zda vím jak rovnici upravit, aby byla sestavená správně.
no, tak nejdrive jsem si odecetl od tech 200 gramu tech vyloucenych cca 52 gramu siranu. Pak jsem trojclenkou pro rozpustnost pri 90 stupnich vypocital kolik z toho je voda. potom jsem si trojclenkou vypocital kolik k te hmotnosti vody odpovida hmotnost siranu (dohromady tvori dekahydrat)a tak mas odpoved na cislo dva, kolik dekahydratu. hmotnost bezvodyho siranu nevim jestli mysli uplne ze zacatecniho zadani, ale je to ten zbytek z 200g minus hydrat asi. takze to je jednicka 1. trojku pak dopocitam pres trojclenku podle rozpustností z toho z ceho jsem pocital puvodne ten hydrat a ctyrku uz pak jen podelis hmotnost na2so4/ hmotnost na2so4 plus voda. A hotovo.
Je možné to takhle počítat? Já to teda moc nechápu ani od něj..
K tomu předchozímu - tvoje učitelka si možná nevšimla, že jsou tam bilance dvě: jednak bilance Na2SO4 a kromě toho i bilance hmotnosti. Bilance hmotnosti je rovnice m90 = m20 + 136,8 a pravá strana této rovnice dosazena do bilance síranu:"
m2*w20 + 0,4408*136,8 = w90*(m20 + 136,8).
Pozn.: 52,3g bezvodé soli se vyloučilo během zahušťování; množství vyloučeného dekahydrátu během ochlazování závisí na množství nasyceného roztoku při 90°.
Obsah soli je dán tím, že jde o nasycený roztok o hmotnostním zlomku, daném teplotou. Tak je určeno i množství nasyceného roztoku při 20°- matečného roztoku.
Hmotnostní zlomky Na2SO4 v nasycených roztocích jsou:
w(90) = 42,43/142,43 = 0,2979;
w(20) = 19,23/119,23 = 0,1613;
w(Na2SO4/dekahydr.) = 142,0421/322,1949 = 0,4408
Použila jsem bilanční rovnici bezvodé soli - směšovací rovnici:
W(20°C)*m(20°C) + w*m = w(90°C)*m(90°C);
m(90°C) = m(20°C) + m = m(20°C) + 136,8
0,1613*m(20°C) + 0,4408*136,8 = 0,2979*(m(20°C) + 136,8) = 0,2979*m(20°C) + 40,7528
0,1366*m(20°C) = 19,5486 => 143,1086g je hmotnost matečného roztoku.
m3(Na2SO4) = 143,1086*0,1613 = 23,0834g (Výsledek 3)
Celkové množství Na2SO4 je tedy :
m(Na2SO4) = 23,0834 + 0,4408*136,8 + 52,3 = 135,6848g =>
m(H2O) = 200 - 135,6848 = 64,3152g H2O
n(H2O) = 64,3152/18,015 = 3,57mol => n(dekah.) = n(H2O)/10 = 3,57/10 = 0,357 mol
m(dekahyd.) = 0,357*322,1949 = 115,0236g Na2SO4.10H2O (Výsledek 2)
m(Na2SO4) = 200 - 115,0236 = 84,9764g Na2SO4 (Výsledek 1)
w(Na2SO4) = 84,9764/200 = 0,4248 42,48 % (Výsledek 4)