Dokázal by někdo vypočítat tento zapeklitý příklad z chemie?
Alkalickým oxidačním tavením oxidu chromitého s dusičnanem draselným a hydroxidem draselným se připraví chroman draselný. Pro praktické provedení této reakce se dusičnan draselný i hydroxid draselný používají v 10% přebytku. Tímto způsobem máte připravit 25,00 g K2CrO4.
Vzniklá tavenina se po vychladnutí vylouží 250 ml teplé vody. Tento roztok máte zahustit tak, aby byl nasyceným roztokem K2CrO4 při 60 °C. Následným ochlazením tohoto nasyceného roztoku na 20 °C (rušená krystalizace) získáte 3,90 g čistých krystalů K2CrO4.
Matečný roztok po rušené krystalizaci okyselíte zředěnou kyselinou sírovou a zavádíte do něj oxid siřičitý. Při této reakci se barva roztoku změní na zelenomodrou tím, že se Cr(VI) zredukuje na Cr(III), a vzniká kamenec KCr(SO4)2.12 H2O.
Sestavte a vyčíslete příslušné rovnice.
Vypočítejte:
1. hmotnost oxidu chromitého (výsledek 1)
2. hmotnost dusičnanu draselného (výsledek 2)
3. hmotnost hydroxidu draselného (výsledek 3)
4. kolik g K2CrO4 zůstalo v matečném roztoku po rušené krystalizaci (výsledek 4)
5. objem SO2 (0 °C, atm. tlak), který použijete pro redukci matečného roztoku (výsledek 5)
6. hmotnost kamence, kterou můžete teoreticky získat volnou krystalizací z roztoku po redukci (výsledek 6)
Vzniklá tavenina se po vychladnutí vylouží 250 ml teplé vody. Tento roztok máte zahustit tak, aby byl nasyceným roztokem K2CrO4 při 60 °C. Následným ochlazením tohoto nasyceného roztoku na 20 °C (rušená krystalizace) získáte 3,90 g čistých krystalů K2CrO4.
Matečný roztok po rušené krystalizaci okyselíte zředěnou kyselinou sírovou a zavádíte do něj oxid siřičitý. Při této reakci se barva roztoku změní na zelenomodrou tím, že se Cr(VI) zredukuje na Cr(III), a vzniká kamenec KCr(SO4)2.12 H2O.
Sestavte a vyčíslete příslušné rovnice.
Vypočítejte:
1. hmotnost oxidu chromitého (výsledek 1)
2. hmotnost dusičnanu draselného (výsledek 2)
3. hmotnost hydroxidu draselného (výsledek 3)
4. kolik g K2CrO4 zůstalo v matečném roztoku po rušené krystalizaci (výsledek 4)
5. objem SO2 (0 °C, atm. tlak), který použijete pro redukci matečného roztoku (výsledek 5)
6. hmotnost kamence, kterou můžete teoreticky získat volnou krystalizací z roztoku po redukci (výsledek 6)
Odpovědi
Diskuze
Cr2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2CrO4 + 3KNO2 + 2H2O
2: Cr(VI) + 3e = Cr(III); S(IV) - 2e = S(VI)
2K2CrO4 + 3SO2 + 2H2SO4 = 2K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 2H2O
V první rovnici se oxiduje chrom Cr(III)→CR(VI) a redukuje se N(V)→N(III). Křížovým pravidlem dostaneš z počtu elektronů po vykrácení stechiometrický poměr základních reaktantů.
Ve druhé rovnici se redukuje Cr(VI)→Cr(III) a oxiduje se síra. S počty elektronů pracuješ stejně, jako u první rovnice.
CO dál?
n(Ce2O3 = n(KNO3)/3 = n(KOH)/4 = n(K2CrO4)/2 = 25/(2*194,19) = 0,06437 mol
m(Cr2O3) = n*M = 0,06437 * 151,99 = 9,784g Cr2O3
m(KNO3) = 1,1*3*0,06437*M(KNO3) = 21,476g KNO3; m(KOH) = 4*1,1*0,06437*56,106 = 10,229g KOH
Rozpustnost K2CrO4: 20°C = 63,8g/100g vody; 60°C = 78,3g/100g vody. Hustota vody je zaokrouhleně 1g/cm3, hmotnost vody ve výluhu je 250g. V ní je kromě jiného rozpuštěno i 25g K2CrO4. Abychom roztok zahustili tak, aby byl nasycený při 60°C musíme snížit množství vody:
m(H2O) = 100*25/78,3 = 31,93g, musíme tedy odpařit 250-31,93 = 218,07g vody. Použitý vztah dostaneš, pokud použiješ trojčlenku: 78,3g se rozpustí ve 100g vody, 25g se rozpustí v m(H2O) vody.
V matečném roztoku (matka krystalů) zůstalo 25-3,9 = 21,1g K2CrO4. Ten jsme redukovali SO2 podle rovnice nahoře.
n(K2CrO4) = 21,1/194,19 = 0,1087mol
n(Cr2(SO4)3) = n(K2CrO4)/2 = n(SO2)/3 = 0,1087/2 = 0,05433
n(SO2) = 3*0,05433 = 0,163mol SO2; na výpočet objemu použijeme stavovou rovnici:
p*V = n*R*T kde R je molární plynová konstanta a T je termodynamická teplota v Kelvinech:
V = n*R*T/p = 0,163mol*8,3145*273,15K/101325Pa = 0,003653m3 = 3,653dm3 SO2.
Pro kamenec platí: n(Cr2(SO4)3.12H2O) = n(Cr2(SO4)3) - molekula kamence obsahuje jednu molekulu síranu chromitého, proto jsou látková množství stejná.
n(Cr2(SO4)3.12H2O) = n(Cr2(SO4)3) = 0,05433; M(Cr2(SO4)3.12H2O) = 608,363g/mol
m(kamenec) = 0,05433*608,363 = 33,052g kamence Cr2(SO4)3.12H2O vznikne. Kolik se vyloučí volnou krystalizací nelze spočítat, protože po reakci s SO2 a hlavně po přídavku zředěné H2SO4 neznáme obsah vody v roztoku.
často zapisovaných v jako M(I)M(III)(SO4)2. 12H2O (KCr(SO4)2.12H2O v tomto případě).
Pokud bychom uvažovali první vzorec, pak látkové množství je skutečné rovné látkovému množství Cr2(SO4)3, ale následující výpočet hmotnosti je špatně.
n(KCr(SO4)2.12H2O) = 2*n(Cr2(SO4)3) = 0,1087mol; M(KCr(SO4)2.12H2O) = 499,403g/mol
m(kamenec) = 0,1087*499,403 = 54,29g KCr(SO4)2.12H2O.
Toto množství kamence získáme krystalizací volným odpařováním.