Na Mieszanine Tlenku Wapnia I Tlenku Magnezu O Masie 44g

Dobrze, rozważmy zadanie, w którym mamy mieszaninę tlenku wapnia (CaO) i tlenku magnezu (MgO) o łącznej masie 44 gramów. Spróbujemy rozwiązać typowe problemy związane z taką mieszaniną, jak obliczenie składu procentowego lub reakcji, w które może wchodzić.

Rozwiązanie Przykładowego Zadania

Załóżmy, że chcemy się dowiedzieć, ile gramów każdego z tych tlenków znajduje się w mieszaninie, jeśli po rozpuszczeniu tej mieszaniny w kwasie solnym (HCl) powstaje roztwór, który zobojętnia określoną ilość zasady.

1. Oznaczenia:

• Niech x oznacza masę CaO w gramach.
• Wtedy masa MgO wynosi (44 - x) gramów.

2. Reakcje z kwasem solnym:

CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O

3. Przeliczenie na mole:

Musimy przeliczyć masy tlenków na mole, używając mas molowych.

• Masa molowa CaO wynosi około 56 g/mol (40 g/mol dla Ca + 16 g/mol dla O).
• Masa molowa MgO wynosi około 40 g/mol (24 g/mol dla Mg + 16 g/mol dla O).

Liczba moli CaO wynosi: x/56

Liczba moli MgO wynosi: (44 - x)/40

4. Mole HCl:

Z równań reakcji wynika, że 1 mol CaO reaguje z 2 molami HCl, a 1 mol MgO również reaguje z 2 molami HCl.

Mole HCl potrzebne do reakcji z CaO: 2 * (x/56) = x/28

Mole HCl potrzebne do reakcji z MgO: 2 * ((44 - x)/40) = (44 - x)/20

Całkowita liczba moli HCl: (x/28) + ((44 - x)/20)

5. Zobojętnianie zasady:

Załóżmy, że roztwór po reakcji z kwasem zobojętnia 0.8 moli NaOH (wodorotlenku sodu). Oznacza to, że w roztworze po reakcji było 0.8 moli HCl, które zareagowały z NaOH. Zatem:

(x/28) + ((44 - x)/20) = 0.8

6. Rozwiązanie równania:

Teraz musimy rozwiązać to równanie, aby znaleźć wartość x.

Pomnóżmy obie strony równania przez 28 * 20 = 560, aby pozbyć się ułamków:

20x + 28(44 - x) = 0.8 * 560

20x + 1232 - 28x = 448

-8*x = 448 - 1232

-8*x = -784

x = 98

7. Obliczenie mas:

Teraz możemy obliczyć masy CaO i MgO.

• Masa CaO: x = 98 gramów.
• Masa MgO: 44 - x = 44 - 98 = -54 gramów.

Coś jest nie tak! Masa MgO nie może być ujemna. Popełniliśmy błąd w założeniu, że wszystkie mole HCl reagują z NaOH. Założyliśmy, że ilość HCl użyta do reakcji z tlenkami jest równa ilości HCl, która potem reaguje z NaOH. W rzeczywistości, w zadaniu musi być podana informacja, że nadmiar HCl użyty do reakcji z tlenkami, a następnie ten nadmiar jest zobojętniany. Wróćmy do kroku 5 i zmieńmy podejście.

5. Zmiana podejścia – Nadmiar HCl

Załóżmy teraz, że użyliśmy początkowo y moli HCl do rozpuszczenia mieszaniny tlenków. Po reakcji nadmiar HCl, czyli to, co nie zareagowało z tlenkami, zobojętnił 0.8 moli NaOH. To znaczy, że y - ((x/28) + ((44 - x)/20)) = 0.8

Potrzebujemy dodatkowej informacji, aby móc rozwiązać to zadanie. Załóżmy, że zadanie podaje y = 2 mole HCl użyto początkowo.

(x/28) + ((44 - x)/20) = 2 - 0.8 = 1.2

6. Rozwiązanie (poprawione) równania:

Teraz musimy rozwiązać to równanie, aby znaleźć wartość x.

Pomnóżmy obie strony równania przez 28 * 20 = 560, aby pozbyć się ułamków:

20x + 28(44 - x) = 1.2 * 560

20x + 1232 - 28x = 672

-8*x = 672 - 1232

-8*x = -560

x = 70

7. Obliczenie mas (poprawione):

Teraz możemy obliczyć masy CaO i MgO.

• Masa CaO: x = 70 gramów.
• Masa MgO: 44 - x = 44 - 70 = -26 gramów.

Znowu coś jest nie tak! Okazuje się, że założenie y = 2 było złe. Kluczowe jest, aby zadanie dostarczyło nam wystarczająco dużo danych, abyśmy mogli jednoznacznie określić skład mieszaniny. Potrzebna jest albo informacja o ilości zużytego HCl (lub NaOH do zobojętnienia nadmiaru HCl) albo informacja o ilości jednego ze składników mieszaniny.

Skład Procentowy

Załóżmy, że wiemy, iż w mieszaninie znajduje się 20 gramów CaO. Wtedy obliczenie składu procentowego jest bardzo proste.

1. Masa MgO:

Masa MgO = Całkowita masa - Masa CaO = 44 g - 20 g = 24 g

2. Procentowy udział CaO:

(Masa CaO / Całkowita masa) * 100% = (20 g / 44 g) * 100% ≈ 45.45%

3. Procentowy udział MgO:

(Masa MgO / Całkowita masa) * 100% = (24 g / 44 g) * 100% ≈ 54.55%

Reakcje z wodą (gaszenie wapna)

Tlenek wapnia reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek wapnia (wapno gaszone). Tlenek magnezu reaguje z wodą bardzo powoli i w niewielkim stopniu.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Załóżmy, że nasza mieszanina (44g) z poprzedniego przykładu (20g CaO i 24g MgO) została poddana reakcji z wodą. Obliczymy masę otrzymanego wodorotlenku wapnia.

1. Mole CaO:

Mole CaO = Masa CaO / Masa molowa CaO = 20 g / 56 g/mol ≈ 0.357 moli

2. Mole Ca(OH)₂:

Z równania reakcji wynika, że 1 mol CaO daje 1 mol Ca(OH)₂. Zatem powstanie 0.357 moli Ca(OH)₂.

3. Masa Ca(OH)₂:

Masa molowa Ca(OH)₂ wynosi około 74 g/mol (40 g/mol dla Ca + 2 * (16 g/mol dla O + 1 g/mol dla H) = 40 + 34 = 74).

Masa Ca(OH)₂ = Mole Ca(OH)₂ * Masa molowa Ca(OH)₂ = 0.357 moli * 74 g/mol ≈ 26.42 g

Masa MgO pozostanie bez zmian, ponieważ nie reaguje w znaczącym stopniu z wodą w tych warunkach.

Podsumowanie

Jak widzisz, mając mieszaninę tlenku wapnia i tlenku magnezu, możemy rozwiązać różne zadania. Kluczowe jest, aby mieć wystarczająco dużo informacji, aby móc jednoznacznie obliczyć szukane wartości. Mogą to być informacje o ilości zużytego kwasu, ilości powstałego produktu w reakcji, lub składzie procentowym mieszaniny. Rozumiejąc stechiometrię reakcji i umiejętnie przeliczając masy na mole, możemy rozwiązać wiele problemów związanych z tą mieszaniną. Pamiętaj o dokładnym czytaniu treści zadania i zwracaniu uwagi na jednostki! Ważne jest także, aby w przypadku użycia nadmiaru odczynnika (np. HCl), uwzględnić to w obliczeniach.