Magnus Ehingers undervisning

Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Kemi 2

Administration

Repetition av Kemi 1: Mol- och koncentrations­beräkningar

1-mol-jarn-svavel-vattenMolekylmassa

Molekylmassa = massan av en molekyl (i enheten u)

För en molekyl: Plussa samman alla atommassorna!

Exempel 1. Vad blir molekylmassan för vätgas, H2?

Vätets atommassa = 1,00797 u

Vätgasens molekylmassa = 2 × 1,00797 u = 2,01594 u ≈ 2,0 u

Exempel 2. Vad blir molekylmassan för vatten, H2O?

2 × 1,00797 u + 15,9994 u = 18,01534 u ≈ 18,02 u

Exempel 3. Be eleverna beräkna molekylmassan för glukos, C6H12O6!

6 × 12,011 u + 12 × 1,00797 u + 6 × 15,9994 u = 180,15804 u ≈ 180,16 u

Lägg märke till ett par saker:

Enheten med överallt!

Räkna med alla värdesiffror, och avrunda inte förrän i svaret!

Substansmängd

Substansmängden anger hur många som finns av något

 

Antalet 6,022·1023, är 1 mol. Vi kallar den Avogadros konstant, NA = 6,022·1023/mol

I 12g 12C finns exakt 1 mol atomer

I 63,5g Cu finns 1 mol atomer

Fråga eleverna:

  1. Hur många mol Fe-atomer finns i 55,8g Fe?
  2. Hur många mol Zn-atomer finns i 130,8g Zn?
  3. Hur många mol Au-atomer finns i 98,5g Au?

Mol = ett ANTAL

1 mol järn, svavel och vatten. 1 mol järn, svavel och vatten. Andra antalsord:

  • 1 par = 2 st
  • 1 triss = 3 st
  • 1 dussin = 12 st
  • 1 tjog = 20 st.
  • 1 gross = 144 st.
  • Kan eleverna komma på fler?

Substansmängden svarar på frågan "Hur många mol?"

Tecknas n, har enheten mol.

Exempel: nCu = 82,1mol

Molmassa

Molekylmassa = massan av en molekyl (i enheten u)

Molmassa = massan av en mol (i enheten g)

Vi har ju redan "smakat" på detta!

  • Fråga eleverna, hur många gram väger 1 mol 12C?
  • Hur många gram väger 1 mol silver? (107,9g)
  • Hur många gram väger 0,5 mol natrium? (11,5g)
  • Hur många gram väger 2 mol aluminium? (54g)

Ett matematiskt samband

Eftersom molmassan säger hur mycket 1 mol av något väger, kan vi skriva:

\(\text{molmassa} = \frac {\text{massa}}{\text{substansmängd}}\)

Om vi tecknar molmassan "M", massan "m" och substansmängden "n", kan vi istället skriva:

\(M = \frac {m}{n}\)

Några exempel

På vanlig svenska kan vi säga att molmassan för 12C är 12g/mol.

Uttryckt på matematiska kan vi skriva: \(M_{^{12}\text{C}} = 12\text{g/mol}\)

För silver kan vi säga: \(M_{\text{Ag}} = 107,9\text{g/mol}\)

Fråga eleverna, vilken är molmassan för syre?

  • \(M_{\text{O}} = 16,0\text{g/mol}\)

Fråga eleverna, vilken är molmassan för syrgas, O2?

  • \(M_{\text{O}_2} = 32,0\text{g/mol}\)

Molmassan för vätgas, H2?

  • \(M_{\text{H}_2} = 1,008\text{g/mol} \cdot 2 = 2,016\text{g/mol}\)

Ett räknexempel: Hur stor substansmängd är 36,0 g vatten?

Vi kan börja med att räkna ut molmassan för vatten:

\(M_{\text{H}_2\text{O}} = 1,008\text{g/mol} \cdot 2 + 16,0 \text{g/mol} = 18,016\text{g/mol} \approx\)

\(\approx 18,0\text{g/mol}\)

Molmassan anger hur mycket 1 mol av ett ämne väger. Eftersom 1 mol vatten väger 18,0 g, måste 36,0 g vatten måste då vara 2,00 mol

Men vi kan också räkna ut det genom att använda sambandet \(M = \frac {m}{n}\):

\(M = \frac {m}{n} \Leftrightarrow\)

\(n \cdot M = n \cdot \frac {m}{n} \Leftrightarrow\)

\(n \cdot M = m \Leftrightarrow\)

\(\frac {n \cdot M}{M} = \frac {m}{M} \Leftrightarrow\)

\(n = \frac {m}{M} = \frac {36,0\text{g}}{18,0\text{g/mol}} = 2,00\text{mol}\)

Stökiometri

Läran om mängdförhållanden vid reaktioner

Lagen om ämnenas oförstörbarhet (massverkans lag)

  • Atomer förstörs eller nybildas aldrig vid kemiska reaktioner
  • Allting finns kvar!

Förbränning av vätgas

Ordformel: vätgas + syrgas → vatten

Med "molekyler":

Väte + syre → vatten.

Allt som finns på vänster sida om reaktionspilen ska byggas om till allt som finns på högersidan.

  • INGENTING får "bli över" eller "uppstå ur tomma intet"!

(Gör med Duplo också)!

Kemiska reaktionsformler

Beskriver mängdförhållandet mellan ämnena som reagerar

Formeln

H2 + O2 → H2O

Balanseras till:

2H2 + 1O2 → 2H2O

Formeln säger oss två saker:

  1. Väte reagerar med syre, och vatten bildas
  2. 2 molekyler väte reagerar med 1 molekyl syre, och bildar två molekyler vatten

eller...

  • 2 miljoner vätemolekyler reagerar med 1 miljon syremolekyler och bildar 2 miljoner vattenmolekyler

10. En liten tabell!

2H2

+

1O2

2H2O

2 molekyler

 

1 molekyl

 

2 molekyler

182 molekyler

 

91 molekyler

 

182 molekyler

12044 molekyler

 

6022 molekyler

 

12044 molekyler

12,044·1023 molekyler

 

6,022·1023 molekyler

 

12,044·1023 molekyler

2 mol

 

1 mol

 

2 mol

2 mol · 2,0 g/mol = 4,0 g

 

1 mol · 32,0 g/mol = 32 g

 

2 mol · 18,0 g/mol = 36,0 g

Lägg märke till:

  • Massan till vänster = massan till höger!

Förbränning av metangas

Man måste veta två saker:

  1. Vilka ämnen reagerar?
  2. Vilka ämnen bildas?

Ordformel

  • metan + syre → koldioxid + vatten

Kemisk formel

  • CH4 + O2 –/→ CO2 + H2O

Men massverkans lag säger: Inga atomer försvinner eller nybildas vid reaktionen

  • Alltså: Vi måste ha samma antal atomer både till vänster & till höger om pilen!

Just nu är det 4 väteatomer till vänster om pilen, men bara två till höger.

  • Vi sätter in koefficienter så att vätena stämmer

CH4 + O2 –/→ CO2 + 2H2O

Nu är det 2 syreatomer till vänster, men sammanlagt 4 till höger.

  • Vi sätter in koefficient så att syrena stämmer

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Tabelldags! :-)

CH4

+

2O2

CO2

+

2H2O

1 molekyl

 

2 molekyler

 

1 molekyl

 

2 molekyler

1 mol

 

2mol

 

1 mol

 

2 mol

1 mol · 16 g/mol = 16 g

 

2 mol · 32,0 g/mol = 64 g

 

1 mol · 44,0 g/mol = 44,0 g

 

2 mol · 18,0 g/mol = 36,0 g

Lägg märke till: Massorna stämmer här med!

Ekvivalens

Ekvivalent = likvärdig

Ekvivalenta mängder i en reaktion

Exempel: 2H2 + O2 → 2H2O

  • I reaktionen ovan är 2 mol H2 ekvivalent med 1 mol O2, som är ekvivalent med 2 mol H2O.
  • Vi har tidigare också visat att 4 g H2 är ekvivalent med 32 g O2, som är ekvivalent med 36 g H2O.

Ofta använder man en dubbelpil ("⇔") för att beteckna ekvivalens

  • Exempel: 2 mol H2 ⇔ 1 mol O2 ⇔ 2 mol H2O.

Exempel 1.

CaCO3 upphettas. Bränd kalk, CaO, och koldioxid, CO2, bildas. Hur mycket stor massa bildas om 0,50 g kalciumkarbonat upphettas?

Lösning:

Reaktionsformel: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

Reaktionsformeln säger, att 1 mol CaCO3 ⇔ 1 mol CaO. Om vi från början har en enda CaCO3, kommer det också att bildas en enda CaO. Om vi från början har 1 mol CaCO3 kommer det att bildas 1 mol CaO. O.s.v.

Vi kan säga att \(n_{\text{CaCO}_3} = n_{\text{CaO}}\)

Vi räknar ut substansmängden CaCO3:

\(n_{\text{CaCO}_3} = \frac {m_{\text{CaCO}_3}}{M_{\text{CaCO}_3}} = \frac {0,50\text{g}}{(40,1 + 12,0 + 16,0 \cdot 3)\text{g/mol}} =\)

\(= 0,004995005\text{mol}\)

Men eftersom vi har konstaterat att 1 mol CaCO3 ⇔ 1 mol CaO, är också \(n_{\text{CaO}} = n_{\text{CaCO}_3} = 0,004995005\text{mol}\).

Vi kan nu beräkna massan CaO som bildas:

\(m_{\text{CaO}} = M_{\text{CaO}} \cdot n_{\text{CaO}} =\)

\(= (40,1 + 16,0)\frac{\text{g}}{\text{mol}} \cdot 0,004995005\text{mol} =\)

\(= 0,28021978\text{g} \approx 0,28\text{g}\)

Exempel 2.

Oktan, C8H18, förbränns i syre. Koldioxid och vatten bildas. Hur många mol koldioxid bildas för varje mol oktan som förbränns?

Lösning:

Reaktionsformel: 2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O.

1 mol C8H18 ⇔ 8 mol CO2.

På svenska: Det bildas 8 mol CO2 för varje mol C8H18 som förbränns.

Lösningars halt

En kopp te med sockerbitar.En kopp te med sockerbitar.Hur anger man en halt av något?

  • Halt = koncentration
  1. Procent
  2. Sockerbitar/tekopp
  3. Fler...?

Koncentration = antal/volym

  • Som i antal sockerbitar/tekopp
  1. Många sockerbitar = hög koncentration
  2. Få sockerbitar = låg koncentration

Masshalt

Man löser 1 g NaCl i 0,250 dm3 vatten. Hur stor blir masshalten?

Svar:

\(\frac {1\text{g}}{0,250\text{dm}^3} = 4\text{g/dm}^3 = 4\text{g/l}\)

Masshalten i %

Hur stor blir masshalten i procent om man löser 25,0 g rörsocker i 100,0 g vatten?

Svar:

\(\frac {25\text{g}}{(25+100)\text{g}} = 0,200 = 20,0\%\)

Molaritet

Anger hur många mol per liter det finns i en viss lösning

\(\text{koncentration} = \frac {\text{substansmängd}}{\text{volym}}\)
\(c = \frac {n}{V}\)

vilken enhet får koncentrationen här då?

  • mol/l = mol/dm3 = M
  • Enheten "M" kallas "molar"
  • En NaCl-lösning som har koncentrationen 0,25 M kallas "0,25-molar".

Räkneexempel 1

Vanligt strösocker är (kemiskt sett) samma sak som rörsocker. Vanligt strösocker är (kemiskt sett) samma sak som rörsocker. Man löser 10,7 g rörsocker, C12H22O11 i lite vatten, och späder upp till 125 cm3. Vilken koncentration, i mol/dm3 får lösningen?

Lösning

\(c = \frac {n}{V}\)

\(V = 0,125\text{dm}^3\) (OBS - enheten!)

\(n = \frac {m}{M} = \frac {10,7\text{g}}{342\text{g/mol}} = 0,0312865\text{mol}\)

\(c = \frac {0,0312865\text{mol}}{0,125\text{dm}^3} = 0,250292397\text{mol/dm}^3 \approx 0,250\text{M}\)

Räkneexempel 2

I 4,00 dm3 magnesiumnitratlösning finns 162 g av saltet magnesiumnitrat, Mg(NO3)2. Beräkna lösningens totalkoncentration i M, samt [Mg2+] och [\({\sf \text{NO}_3^-}\)].

Lösning

Totalkoncentrationen ges av

\(c_{\text{Mg(NO}_3)_2} = \frac {n_{\text{(Mg(NO}_3)_2}}{V_{\text{(Mg(NO}_3)_2}}\)

Vi känner volymen men inte substansmängden. Den får vi beräkna!

\(n_{\text{Mg(NO}_3)_2} = \frac {m_{\text{Mg(NO}_3)_2}}{M_{\text{Mg(NO}_3)_2}} =\)

\(= \frac {162\text{g}}{(24,31+(14,0+16,0\cdot3)\cdot 2)\text{g/mol}} = 1,0923067\text{mol}\)

Nu kan vi beräkna totalkoncentrationen:

\(c_{\text{Mg(NO}_3)_2} = \frac {1,0923067\text{mol}}{4,00\text{dm}^3}=\)

\(= 0,27307666\text{mol/dm}^3 \approx 0,273\text{M}\)

[Mg2+] och [\({\sf \text{NO}_3^-}\)] är koncentrationerna av just de jonerna. När magnesiumnitraten löses i vattnet sker det enligt följande formel:

\(\text{Mg(NO}_3)_2\xrightarrow{\text{[H}_2\text{O]}} \text{Mg}^{2+}\text(\text{aq}) + 2\text{NO}_3^{-}\text{(aq)}\)

Vi ser att för varje Mg(NO3)2 som löses upp, så bildas det 1 st Mg2+. Därför får vi:

\([\text{Mg}^{2+}]=c_{\text{Mg(NO}_3)_2} = 0,273\text{M}\)

Men vi ser också att för varje Mg(NO3)2 som löses upp, så bildas det 2 st \({\sf \text{NO}_3^-}\). Det betyder att koncentrationen nitratjoner blir dubbelt så stor som koncentrationen magnesiumnitrat:

\([\text{NO}_3^{-}]=2c_{\text{Mg(NO}_3)_2} = 2 \cdot 0,273\text{M} = 0,546 \text{M}\)

Spädning av lösningar

Exempel 1

Man har CuSO4-lsg, 0,200 M. Vilken blir den nya koncentrationen om man späder 5,00 ml av lösningen till 20 ml?

Lösning, alt. I

När vi tar 5,00 ml, hur många mol CuSO4 tar vi då ut?

n = cV = 0,200mol/dm3 · 0,00500dm3 = 0,00100mol

Denna substansmängd har vi nu istället i 20 ml. Då får man koncentrationen

\(c = \frac {n}{V} = \frac {0,00100\text{mol}}{0,0020\text{dm}^3} = 0,0500\text{mol/dm}^3\)

Lösning, alt. II

Vi ser att när vi späder lösningen från 5ml till 20ml, så späder vi den 4 gånger. Vi kan då räkna ut den nya koncentrationen:

\(c = \frac {0,200\text{mol/dm}^3}{4} = 0,0500\text{mol/dm}^3\)

Lösning, alt. III

Eftersom den substansmängd vi tar ut ur den första lösningen är lika stor som den totala substansmängden i den nya lösningen, kan vi använda följande samband: c1V1 = c2V2, där

c1 är koncentrationen innan spädning

V1 är volymen innan spädning

c2 är koncentrationen efter spädning

V2 är volymen efter spädning

\(c_2 = \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,200\text{M} \cdot 0,00500\text{dm}^3}{0,0200\text{dm}^3} = 0,0500\text{M}\)

Exempel 2.

Man har 0,050 M Ba(OH)2-lsg. Ur denna vill man framställa 5,0 dm3 0,0030 M Ba(OH)2. Vilken volym skall man ta ur den 0,050-molara lösningen?

Lösning, alt. I

Hur många mol Ba(OH)2 finns i 5,0 dm3 0,0030 M Ba(OH)2-lösning? Denna substansmängd vill vi ju ta ut ur den 0,050-molara lösningen!

\(n = cV = 0,0030\text{mol/dm}^3 \cdot 5,0\text{dm}^3 = 0,015\text{mol}\)

Denna substansmängd skall man alltså ta ut ur den första lösningen. Den volym man då skall ta ut blir

\(V = \frac {n}{c} = \frac {0,015\text{mol}}{0,050\text{mol/dm}^3} = 0,30\text{dm}^3\)

Lösning, alt. II

Eftersom substansmängden Ba(OH)2 som man skall ta ut ur den 0,050-molara lösningen är lika stor som substansmängden i 5,0 dm3 0,030 M Ba(OH)2, kan vi åter ställa upp följande samband (eftersom n = cV):

\(c_1V_1 = c_2V_2 \Leftrightarrow V_1 = \frac {c_2V_2}{c_1}\)

V2 = 5,0 dm3

c2 = 0,030 mol/dm3

c1 = 0,050 mol/dm3

\(V_1 = \frac {0,030\text{mol/dm}^3 \cdot 5,0\text{dm}^3}{0,050\text{mol/dm}^3} = 0,30\text{dm}^3\)

 

   

Också intressant: