Rinnakkaiset reaktiot

Esimerkki:
Magnesiumin ja sinkin seosta on 3,00 g. Kun seos reagoi suolahapon kanssa syntyy vetyä 0,15 grammaa. Kuinka paljon seos sisälsi kumpaakin metallia?

V: Laaditaan tasapainotetut reaktioyhtälöt
(1) Mg(s) + 2 HCl(aq) => MgCl2(aq) + H2(g)
(1) 2 Al(s) + 6 HCl(aq) => 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)

Mg(s) + 2 HCl(aq) => MgCl2(aq) + H2(g)        |
1            2                    1                  1               |  Kertoimet
1 mol     2 mol             1 mol             1 mol        |  1 mol magnesiumia reagoi

2 Al(s) + 6 HCl(aq) => 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)   |
2             6                    2                   3             |  Kertoimet
1 mol      3 mol              1 mol             1,5 mol   |  1 mol alumiinia reagoi

Alumiinin vapauttava vedyn määrä

n(Al) = 1,5 * x / 26,98 g/mol
n(Mg) = (3g - x) / 24,31 g/mol
n(H2) = 0,15g / 1,008 g/mol = 0,148809... mol

muodostetaan yhtälö

n(H2) = (1,5x / 26,98 g/mol) + (3g - x / 24,31 g/mol)
0,148809... mol = 1,5 * x / 26,98 g/mol + (3g - x) / 24,31 g/mol
0,148809... * 26,98 * 24,31 = (3g - x) * 26,98 +  24,31 * 1,5 * x
97,6017... = 80,94 - 26,98x + 36,465x
16,6617... = 9,485x
1,756636.. = x

Tällöin alumiinia on ~1,76g ja magnesiumia ~1.24g

Kemian Preliminäärikoe 2013 Teht. 4-6

4. Kupari(I)oksidia valmistetaan kuparin ja hapen välisellä reaktiossa.
a) Kirjoita kupari(I)oksidin valmistusta kuvaava reaktio olomuotosymbolein
b) Mitkä ovat reaktiossa esiintyvien aineiden hapetusluvut? Mikä aine hapettuu ja mikä pelkistyy reaktion aikana?
c) Montako grammaa kupari(I)oksidia saadaan valmistettua, kun käytettävissä on 25 grammaa kuparia ja 7,5 dm³ happea. Kyseessä on NTP-olosuhteet

V:
a) 4 Cu(S) + O2(g) => 2 Cu2O (s)

b) Cu aluksi 0 ja  O2 aluksi 0
    Yhdisteessä Cu +I ja O -II 
    Kupari hapettuu ja happi pelkistyy

c) 25 grammaa kuparia ja 7,5 dm³ happea. Katsotaan kumpi on rajoittava tekijä

n(Cu) = 25g / 63,55 g/mol = 0,3933910307 mol

pV = nRT <=> n = pV/RT

n(O2) = 1,01325 bar *  7,5 dm³ / 0,0831451 (bar*dm³/mol*K) * 273,15 K
         = 0,3346108437 mol

Kupari on rajoittava tekijä, kun huomiodaan kertoimet.

Tällöin n(Cu2O) = 0,5 * 0,3933910307 mol = 0,1966955154 mol
           m(Cu2O) = 0,1966955154 mol * 143,1 g/mol = 28,14712825 g
                                                                                  ~ 28 g

5. Selvitä esimerkkireaktiota apuna käyttäen, mitä seuraavilla reaktiotyypeillä tarkoitetaan.
a) Hydraus
b) Hydrolyysi
c) Dehydraatio

V:
a) Hydauksessa vety liittyy yhdisteen kaksois- tai kolmoissidokseen. Kyse on liittymis- eli additioreaktiosta, jossa käytetään tavallisemmin metallikatalyyttia. Esimerkkinä vedyn liittyäminen 2-buteeniin, jolloin syntyy butaania.

b) Hydrolyysi on veden aikaan saama hajoamisreaktio, jossa esimerkiksi esterin hajoavat lähtöaineikseen, karboksyylihapoksi ja alkoholiksi. Reaktiossa voidaan käyttää natriumhydroksidiä katalyyttina.

c) Dehydraatio on veden poistamista yhdisteestä. Kyse on eliminaatioreaktiosta. Esimerkkinä veden poistaminen etanolista, jolloin syntyy eteeniä ja vettä. Katalyyttina voidaan käyttää esimerkiksi rikkihappoa. 

6. Esittele lyhyesti ne kolme sääntöä, joiden mukaisesti alkuaineen elektronirakenne määräytyy (kvanttimekaanisen atomimallin mukaan). Miten nämä säännöt ilmenevät perustilaisessa rauta-atomissa?

V:
Minimienergiaperiaate: Elektronit asettuvat orbitaaleille kasvavan energian mukaisesti eli pienimmästä suurempaan päin.

Paulin kieltosääntö: Orbitaalilla voi olla enintään kaksi elektronia, joilla vastakkaiset spinit. Elektroniverholla voi siis olla enintään 2n² elektronia

Hundin sääntö: Elektronit asettuvat energialtaan samansuuruisille orbitaaleille yksittäin samansuuntaisin spinein niin kauan kuin mahdollista

Perustilallisen rauta-atomin elektronikonfiguraatio: 
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 tai [Ar]3d6 4s2 | huomioi potenssi.

Minimienergiaperiaate ilmenee kun 4s orbitaali alkaa täyttyä ennen 3d orbitaalia. Hundin kieltosääntö ilmenee sillä, että kaikilla viidellä 3d-orbitaalilla on vähintään yksi elektroni. Paulin kieltosääntö ilmenee, että rauta-atomissa on elektroneja kaikkiaan neljällä elektronikuorella, K-orbitaalilla 2 jne.

Kemia YO Syksy 2004 Tehtävä 2

Kun epäpuhdasta sinkkimetallia käsiteltiin ylimäärällä  rikkihapon vesiliuosta, muodostui sinkkisulfaattia (ZnSO4) ja vetykaasua.
a) Laadi reaktioyhtälö.
b)Mikä on sinkkimetallin puhtausprosentti, kun 3,86 gramman näytteestä saatiin 0,109 g vetykaasua?
c) Mitä oletuksia laskussa tulee tehdä?

Vastaus:
a) Vastauksesta ei jostain syystä tarvinnut huomioda sinkin pinnalle muodostunutta sinkkioksidia, joten reaktio on yksinkertaisesti;
Zn(s) + H2SO4(aq) => ZnSO4(aq) + H2(g)

b)
Täytyy otta huomioon, että vetyä on kaksi yhdessä molekyylissä.
n = 0,109g / 2*1,008 g/mol =  0,054067... mol
m = 0,054067... mol * 65,41 g/mol = 3,5365525... g

Puhtausprosentti:  (3,5365525... g / 3,86 g) * 100% = 91,62053311%
                                                                                ~91,6%

c)
Oletetaan, että kaikki sinkki reagoi, eikä sinkissä ole vetyä vapauttavia yhdisteitä.

Metallin määristys kuumennuksen ja massaprosenttien avulla

Metalli M muodostaa oksidin MO2, jossa on happea 13,38 m-%. Kun MO2 kuumennetaan, osa hapesta poistuu ja saadaan vähemmän happea sisältävä oksidi, jossa on happea enään 9,334 m-% alkuperäisestä.
a) Päättele mikä metalli on kyseessä.
b) Laske yhdisteen kemiallinen kaava.

a) MO2 -> MO | Huom, oletus!

MO2 13,38 m-% O
MO 9,334 m-% O

100g MO2 => 13,38 g O ja 86,62 g M

n(O) = 13,38 g / 16,00 g/mol = 0,83625 mol    
Reaktioyhtälöstä havaitaan, että M on 0,83625 * (1/2) = 0,418125 mol
Saadaan 86,62 g / 0,418125 mol = 207,1629297 g/mol
                                                   ~ 207,2 g/mol
Jaksollisesta järjestelmästä nähdään, että kysytty aine on lyijyä (Pb)

b)        100 g     =       X                           | X = MO
     0,1338 m-%     0,09334 m-%             |

   X = 69,76083707.. g                              | Josta, O on 69,750.. * 0,09334 = 6,515662... g

n(Pb) = 69,76083707... g / 207,2 g/mol = 0,3366835766... mol
n(O) = 6,515662... g / 16,66 g/mol = 0,407228886... mol

Suhde O/Pb on ~3/4
Jolloin yhdisteen kaava on Pb3O4