9/23/2009

1

Ποσοτική και Ποιoτική Ανάλυση∆ιδάσκων: Σπύρος Περγαντής

Γραφείο: Α206Τηλ. 2810 545084

E-mail: spergantis@chemistry.uoc.gr

1

Ποσοτική και Ποιοτική Ανάλυση

ΥΛΗ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις (Ebbing and Gammon κεφ. 3)Μάζα και mole μιας ουσίαςΠροσδιορισμός χημικών τύπωνΣτοιχειομετρία: Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις

Χημικές Αντιδράσεις: Εισαγωγή (Ebbing and Gammon κεφ. 4)Ιόντα σε υδατικό διάλυμαΤύποι χημικών αντιδράσεωνΕργασίες με διαλύματα: γραμμομοριακή συγκέντρωση, αραίωση διαλυμάτωνΠοσοτική Ανάλυση: Σταθμική και Ογκομετρική ανάλυση

Διαλύματα (Ebbing and Gammon κεφ. 12)Σ ό δ λ άΣχηματισμός διαλυμάτωνΑθροιστικές ιδιότητεςΣχηματισμός Κολλοειδών

Ταχύτητες Αντίδρασης (Ebbing and Gammon κεφ. 13)Ταχύτητες αντίδρασηςΜηχανισμοί αντιδράσεων

2

9/23/2009

2

Χημική ισορροπία (Ebbing and Gammon κεφ. 14)Περιγραφή χημικής ισορροπίαςΧρήση της σταθεράς ισορροπίαςΜεταβολή των συνθηκών αντίδρασης – Αρχή του Le Chatelier

Θεωρίες Οξέων – Βάσεων (Ebbing and Gammon κεφ. 15)Θεωρίες οξέων – βάσεωνΙ ύς οξέ α βά εΙσχύς οξέων και βάσεων Αυτοϊοντισμός του νερού και pH

Ισορροπίες ασθενών οξέων ή βάσεων (Ebbing and Gammon κεφ. 16)Διαλύματα ασθενών οξέων ή βάσεωνΙσορροπίες ιοντισμού οξέωνΠολυπρωτικά οξέαΙσορροπίες ιοντισμού βάσεωνΟξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτωνΟξεοβασικές ιδιότητες διαλυμάτων αλάτωνΔιαλύματα ασθενούς οξέος ή βάσης παρουσία άλλης διαλυμένης ουσίας Επίδραση κοινού άλατος Ρυθμιστικά διαλύματαΚαμπύλες ογκομέτρησης οξέος ‐ βάσης

3

Διαλυτότητα και Ισορροπίες Συμπλόκων Ιόντων (Ebbing and Gammon κεφ.17)Ισορροπίες διαλυτότηταςΙσορροπίες συμπλόκων ιόντωνΕφαρμογή ισορροπιών διαλυτότητας

Θερμοδυναμική και Ισορροπία (Ebbing and Gammon κεφ. 18)Πρώτος Νόμος της θερμοδυναμικής – ΕνθαλπίαΑυθόρμητες διεργασίες και εντροπία: η εντροπία και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικήςΗ έννοια της ελεύθερης ενέργειας Ελεύθερη ενέργεια και σταθερές ισορροπίας

Στοιχεία Ποιοτικής Ανάλυσης (Σημειώσεις)

4

9/23/2009

3

Παράδοση Μαθημάτων

Παρακολούθηση Μαθημάτων

Μελέτη ύλης του Μαθήματος κατάΜαθήματος κατά τη διάρκεια του

εξάμηνου

Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την πρόοδο

Μελέτη ύλης του θήΜαθήματος για την τελική εξέταση

Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την εξεταστική Σεπτεμβρίου

5

Παράδοση Μαθημάτων

Παρακολούθηση Μαθημάτων

Μελέτη ύλης του Μαθήματος κατά

∆ιαθέσιμα Εργαλεία

• Βιβλίο: Γενική Χημεία, Ebbing and Gammon, ΤΡΑΥΛΟΣ ΕΚ∆ΟΤΙΚΟΣ Οίκος

Μαθήματος κατά τη διάρκεια του

εξάμηνου

Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την πρόοδο

Μελέτη ύλης του θή

• Ιστοσελίδα Μαθήματος: ∆ιαλέξεις, Ανακοινώσεις, Σχετικά άρθρα, Σημειώσεις, Link σε ενδιαφέρουσες πηγές

• Wireless internet στο κτίριο

• Αναγνωστήριο

Μαθήματος για την τελική εξέταση

Μελέτη ύλης του Μαθήματος για την εξεταστική Σεπτεμβρίου

29/09/2008 6

9/23/2009

4

ΑΚΑ∆ΗΜΑΙΚΟΣ ΧΗΜΙΚΟΣΚαθήκοντα ∆ραστηριότητες

• Έρευνα (70-80%)• ∆ιδασκαλία (20-25 %)• ∆ιοικητικά (5-10%)

Έρευνα• οργάνωση πειραμάτων και εργαστηρίου• επίβλεψη μεταπτυχιακών• αιτήσεις για χρηματοδότηση• ερευνητικά άρθρα• συνέδρια ∆ιοικητικά

• συμμετοχή σε διοικητικά όργανα τμήματος και Πανεπιστημίου

∆ιδασκαλία• προτυχιακά και μεταπτυχιακά μαθήματα• εξετάσεις • προετοιμασία νέου υλικού• συναντήσεις με φοιτητές• εξεταστικές επιτροπές

7

Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις (Ebbing and Gammon κεφ. 3)

CH3COOH

2 Βασικά ερωτήματα σ’ αυτό το κεφάλαιο:

• Πώς μπορούμε να προσδιορίσουμε τον χημικό τύπο μιας ουσίας;

• Πόσο προϊόν μπορούμε να παρασκευάσουμε από μια δεδομένη ποσότητα αντιδρώντων; η ρ ;

Άτομα ή μόρια γραμμάρια 8

9/23/2009

5

Ατομική μονάδα μάζας (amu)

Είναι η μονάδα μάζας που ισούται ακριβώς με το ένα δωδέκατο της μάζας ενός ατόμου άνθρακα-12. (12C)

Ατομικό Βάρος

Είναι η μέση ατομική μάζα του στοιχείου, εκφρασμένη σε ατομικές μονάδες μάζας.

Μοριακό Βάρος (MW)Είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών όλων των ατόμων που

9

Είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών όλων των ατόμων που υπάρχουν σε ένα μόριο της ουσίας.

10

9/23/2009

6

ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΑΣ και ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ

11

12

9/23/2009

7

Ατομικό Βάρος, Μοριακό Βάρος και Τυπικό Βάρος

Παράδειγμα 3.1Υπολογίστε το τυπικό βάρος καθεμιάς από τις παρακάτω ουσίες με ακρίβεια 3 γ β ρ ς μ ς ς ρ ς μ ρ βσημαντικών ψηφίων χρησιμοποιώντας πίνακα ατομικών βαρών (AW: atomic weight):(α) χλωροφόρμιο, CHCl3(b) Θειικός σίδηρος(ΙΙΙ), Fe2(SO4)3

13

10,0 g αιθανόλης πόσα μόρια;Μετράει 1.000.000 μόρια ανά δευτερόλεπτο

1,31x1023 μόρια

Χρόνος μέτρησης:

14

Χρόνος μέτρησης:4 δισεκατομμύρια χρόνια

9/23/2009

8

Η έννοια του mole

mole ή γραμμομόριο (mol) μιας ουσίας ορίζεται η ποσότητά της η οποία περιέχει αριθμό μορίων ή τυπικών μονάδων ίσο με τον αριθμό Avogadro (NA)

Ως αριθμός Avogadro (NA) ορίζεται ο αριθμός ατόμων σε 12 g άνθρακα-12.

NA = 6 0221367 Χ 1023 = 6 02 Χ 1023NA 6,0221367 Χ 10 6,02 Χ 10

Παράδειγμα

CH3CH2OH

Na2CO3

O

http://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro's_number

O

O2

15

Η έννοια του mole

Η γραμμομοριακή μάζα μιας ουσίας είναι η μάζα ενός mole της ουσίας.

Για όλες τις ουσίες:Γραμμομοριακή μάζα σε g/mol = ΤΥΠΙKO ΒΑΡΟΣ (amu) π.χ. αιθανόλη

9/23/2009

9

Η έννοια του mole

Άσκηση 3 2

• Υπολογισμός μάζας ενός ατόμου ή μορίου• Μετατροπή των mol μιας ουσίας σε g• Μετατροπή των g μιας ουσίας σε mol• Υπολογισμός του αριθμού των μορίων σε μια δεδομένη μάζα

Άσκηση 3.2(α) Πόση είναι η μάζα σε g ενός ατόμου ασβεστίου, Ca ; (β) Πόση είναι η μάζα σε g ενός μορίου αιθανόλης C2H5OH ;

Παράδειγμα 3.3Το ZnI2 μπορεί να παρασκευασθεί με απευθείας αντίδραση των στοιχείων του. Ένας χημικός υπολογίζει από τις ποσότητες των στοιχείων ότι μπορούν να σχηματισθούν 0,0654 mol ZnI2. Πόσα g ιωδιδίου του ψευδαργύρου είναι αυτή η ποσότητα;

17

Παράδειγμα 3.4Ο PbCrO4 είναι μια κίτρινη χρωστική η οποία παρασκευάζεται από μια αντίδραση καθίζησης. Από μια τέτοια αντίδραση σχηματίσθηκαν 45,6 g ιζήματος PbCrO4. Πόσα mol PbCrO4 είναι αυτή η ποσότητα;

01/10/2007

Παράδειγμα 3.5Πόσα μόρια υπάρχουν σε ένα δείγμα χλωριδίου του υδρογόνου, ΗCl, μάζας 3,46 g ;

18

Άσκηση 3.5Το κυανίδιο του υδρογόνου, ένα πτητικό, άχρωμο υγρό με έντονη οσμή πικραμιγδάλων, είναι εξαιρετικά δηλητηριώδες. Η μέση τοξική δόση του ΗCΝ είναι 56mg. Πόσα μόρια ΗCΝ υπάρχουν σε αυτή τη ποσότητα;

9/23/2009

10

Προσδιορισμοί Χημικών Τύπων

ΝΕΑ ΕΝΩΣΗ ΕΜΠΕΙΡΙΚΟ ΤΥΠΟΕκατοστιαία περιεκτικότητα

ΜΟΡΙΑΚΗ ΕΝΩΣΗ ΜΟΡΙΑΚΟ ΤΥΠΟΕκατοστιαία περιεκτικότηταΕκατοστιαία περιεκτικότηταΜοριακό Βάρος

Ορίζουμε ως εκατοστιαία περιεκτικότητα κατά μάζα του Α τα μέρη του Α που υπάρχουν σε εκατό μέρη του συνόλου

19

• Υπολογισμός της εκατοστιαίας περιεκτικότητας από τον τύπο

Παράδειγμα 3.6Η CH2O είναι ένα τοξικό αέριο με δριμεία οσμή. Μεγάλες ποσότητες CH2Oκαταναλώνονται στη βιομηχανία των πλαστικών, ενώ υδατικά διαλύματα της ένωσης χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση βιολογικών δειγμάτων. Υπολογίστε την εκατοστιαία περιεκτικότητα της CH2O. (3 σημαντικά ψηφία).

• Υπολογισμός της μάζας ενός στοιχείου σε δεδομένη μάζα ένωσης

Παράδειγμα 3.7Πόσα g C υπάρχουν σε 83,5 g CH2O; Να χρησιμοποιηθεί η εκατοστιαία σύσταση που βρέθηκε στο προηγούμενο παράδειγμα. (40,0% C, 6,73% H, 53,3% O)

20

9/23/2009

11

Στοιχειακή Ανάλυση: % C, H, O

Παράδειγμα 3.8ρ γμΤο οξικό οξύ περιέχει μόνο C, H και Ο. Ένα δείγμα 4,24 mg οξικού οξέος καίγεται πλήρως παράγοντας 6,21 mg CΟ2 και 2,54 mg Η2O. Πόση είναι η εκατοστιαία περιεκτικότητα του οξικού οξέος σε C, H και Ο;

• Υπολογισμός της εκατοστιαίας περιεκτικότητας σε C και Η μετά από καύση

21

Προσδιορισμός Τύπων

Ο ΕΜΠΕΙΡΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ μιας ένωσης είναι ο χημικός τύπος της ένωσης γραμμένος με τους μικρότερους ακέραιους δείκτες.

Ιοντικές ενώσειςΜοριακές ενώσεις

C2H2C6H6

22

9/23/2009

12

Παράδειγμα 3.9Μια ένωση αζώτου και οξυγόνου αναλύεται και βρίσκεται ότι ένα δείγμα της ένωσης με μάζα 1,587 g περιέχει 0,483 g N και 1,104 g O. Ποιος είναι ο εμπειρικός τύπος της ένωσης;

• Προσδιορισμός εμπειρικού τύπου από τις μάζες των στοιχείων

Παράδειγμα 3.10Το Cr σχηματίζει ενώσεις διαφόρων χρωμάτων. Το διχρωμικό νάτριο είναι η σημαντικότερη εμπορική ένωση του Cr, από την οποία παράγονται βιομηχανικά πολλές άλλες ενώσεις του Cr. Πρόκειται για μια κρυσταλλική ουσία με λαμπερό πορτοκαλί χρώμα. Η ανάλυση του διχρωμικού νατρίου δείχνει την ακόλουθη εκατοστιαία σύσταση: 17,5% Na 39 7% Cr και 42 8% O Ποιος είναι ο εμπειρικός τύποςNa, 39,7% Cr και 42,8% O. Ποιος είναι ο εμπειρικός τύπος της ένωσης;

• Προσδιορισμός εμπειρικού τύπου από την εκατοστιαία σύσταση

23

Μοριακός Τύπος από εμπειρικό τύπο

Μοριακό βάρος = n X βάρος εμπειρικού τύπου

Παράδειγμα 3.11Εκατοστιαία σύσταση οξικού οξέος είναι: 39,9% C, 6,7% H και 53,4% O. Προσδιορίστε τον εμπειρικό τύπο του οξικού οξέος. Το μοριακό βάρος του οξικού οξέος βρέθηκε να είναι 60 0 amu Ποιος είναι ο Μοριακός του τύπος;είναι 60,0 amu. Ποιος είναι ο Μοριακός του τύπος;

• Προσδιορισμός μοριακού τύπου από την εκατοστιαία σύσταση και το μοριακό βάρος

24

9/23/2009

13

Στοιχειομετρία: Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) Βιομηχανική μέθοδος Haber

Μ ή ί Γ ή ί Ε ί άζΜοριακή ερμηνεία → Γραμμομοριακή ερμηνεία → Ερμηνεία σε μάζες

25

Στοιχειομετρία: Ποσοτικές σχέσεις σε χημικές αντιδράσεις

Παράδειγμα 3.12Ο αιματίτης Fe2O3 είναι ένα σημαντικό μετάλλευμα του σιδήρου. Ο ελεύθερος σίδηρος λαμβάνεται από την αντίδραση του αιματίτη με CO σε υψικάμινο. Η αντίδραση είναι:

Fe2O3 (s) + 3CO (g) → 2Fe (s) + 3CO2 (g)

Πόσα g σιδήρου πορούν να παραχθούν από 1,00 kg Fe2O3 ;όσα g σ δήρου ορού α αραχθού α ό ,00 g e2O3 ;

26

9/23/2009

14

Παράδειγμα 3.13Σήμερα το χλώριο παρασκευάζεται από χλωρίδιο του νατρίου με ηλεκτρική διάσπαση. Παλαιότερα παρασκευαζόταν με θέρμανση υδροχλωρικού οξέος και πυρολουσίτη (μετάλλευμα MnO2). Η ίδια μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί για την εργαστηριακή Παρασκευή μικρών ποσοτήτων χλωρίου:

4HCl (aq) + MnO2 (s) → 2H2O (l) + MnCl2 (aq) + Cl2 (g)

Πόσα g HCl αντιδρούν με 5,00 g MnO2 , σύμφωνα με την εξίσωση;

27

Περιοριστικό Αντιδρών: Θεωρητικές και εκατοστιαίες αποδόσεις

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g)28

9/23/2009

15

Παράδειγμα 3.14Μεταλλικός ψευδάργυρος και υδροχλωρικό οξύ αντιδρούν σύμφωνα με την αντίδραση:

Zn (s) + 2HCl (aq) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)

Αν προστεθούν 0,30 mol Zn σε υδροχλωρικό οξύ που περιέχει 0,52 mol HCl, πόσα mole H2 θα παραχθούν;2 ρ χ ;

29

Παράδειγμα 3.15Σύμφωνα με μια μέθοδο παραγωγής οξικού οξέος, διοχετεύεται αέριο οξυγόνο σε CH3CHΟ η οποία περιέχει ως καταλύτη οξικό μαγγάνιο (ΙΙ), υπό πίεση στους 60 οC.

2CH3CHO (l) + O2 (g) → 2HC2H3O2 (l)

Για μια εργαστηριακή δοκιμή αυτής της μεθόδου τοοθετήθηκαν 20 0 g CH CHΟ καιΓια μια εργαστηριακή δοκιμή αυτής της μεθόδου, τοοθετήθηκαν 20,0 g CH3CHΟ και 10,0 g O2 σε ένα δοχείο αντίδρασης. (α) Πόσα g οξικού οξέος μπορούν να παραχθούν από αυτή την αντίδραση και από αυτές τις ποσότητες αντιδρώντων; (β) Πόσα g από το αντιδρών που βρίσκεται σε περίσσεια μένουν αναλλοίωτα μετά το πέρας της αντίδρασης;

30