شيمي عمومی

1. شيمي عمومی

2. روشها و واحدهای بیان غلظت

3. روشها و واحدهای بیان غلظت روشهای متعددی برای بیان غلظت وجود دارد 1- مولاریته یا غلظت مولار: تعداد مولهای ماده حل شده در یک لیتر محلول یا تعداد میلی مولهای ماده حل شده در یک میلی لیتر محلول را گویند واحدهای مولاریته: mol/l و mmol/ml نماد مولاریته: M

4. 2- مولالیته یا غلظت مولال: تعداد مولهای ماده حل شده در 1000گرم حلال و یا تعداد میلی مولهای ماده حل شده در یک گرم حلال را گویند واحدهای مولالیته: mol/kg و mmol/g 3- نرمالیته یا غلظت نرمال: تعداد اکی والان های ماده حل شده در یک لیتر محلول و یا تعداد میلی اکی والان های ماده حل شده در یک میلی لیتر محلول را گویند واحدهای مولاریته: eq/l و meq/ml نماد نرمالیته: N

5. Eqg=g/EqW EqW=MW/n=وزنی از ماده که متناسب با یک عامل واکنش دهنده باشد n = ظرفیت = تعداد عوامل واکنش دهنده مولکول MW H2SO4=98 n=2 EqW=49 ظرفیت مولکول ممکن است در واکنشهای مختلف متفاوت باشد مثلاظرفیت H3PO4 می تواند1، 2 یا 3 باشد.

6. وزن اکی والان یک ماده بستگی به واکنشی دارد که ماده در آن شرکت کرده است. پس تعریف وزن اکی والانی برای یک ماده همواره مبتنی بر چگونگی رفتار آن ماده در واکنش شیمیایی ویژه است. چنانچه نوع واکنش دقیقا مشخص نباشد ارزیابی وزن اکی والانی غیر ممکن خواهد بود و بدون در اختیار داشتن این اطلاعات نمی‌توان غلظت محلولی را بر حسب نرمالیته بیان کرد. با توجه به نوع واکنشی که یک ماده می‌تواند در آن شرکت کند می‌توان وزن اکی والان آنرا تعیین کرد.

7. برای یک اسید چند عاملی که دارای دو یا چند هیدروژن با تمایلات متفاوت برای تفکیک شدن است تعیین اکی والان دشوارتر است. بعنوان مثال در تیتراسیون اسید فسفریک ، در تیتراسیون اول که اسید یک پروتون از دست می‌دهد وزن اکی والان اسید فسفریک برابر وزن مولکولی آن است در حالیکه در تیتراسیون دوم وزن اکی والان نصف وزن مولکولی است. تیتراسیون پروتون سوم اسید فسفریک جنبه کاربردی ندارد. بدون آگاهی از اینکه کدام یک از مراحل تیتراسیون در واکنش درگیر است، تعیین وزن اکی والان اسید فسفریک غیر ممکن خواهد بود.

8. وزن اکی والان گرم در واکنشهای اکسیداسیون احیا عبارت است از وزنی که بطور مستقیم یا غیر مستقیم یک مول الکترون تولید یا مصرف می‌کند. بنابراین وزن اکی والان هر ماده‌ای که در واکنش اکسیداسیون - احیا شرکت کرده است از تقسیم کردن وزن مولکولی آن بر تغییر عدد اکسیداسیون آن ماده بدست می‌آید. وزن اکی والان برای یک نمک یا یک ماده شرکت کننده در یک واکنش رسوبی یا تشکیل کمپلکس برابر وزنی از ماده است که در صورت یک ظرفیتی بودن کاتیون یک مولکول گرم و در صورت دو ظرفیتی بودن نصف مولکول گرم و … کاتیون تولید یا مصرف نماید.

9. 4- غلظت درصدی الف- وزنی – وزنی: وزن ماده حل شده به وزن محلول ضربدر 100 را گویند واحدهای وزنی – وزنی: %kg/kg و %gr/gr نماد وزنی – وزنی: %W/W ب- وزنی – حجمی: وزن ماده حل شده به حجم محلول ضربدر 100 را گویند واحدهای وزنی – حجمی: %kg/l و %g/ml نماد وزنی – حجمی: %W/V ج- حجمی – حجمی: حجمی ماده حل شده به حجم محلول ضربدر 100 را گویند واحدهای حجمی – حجمی: %l/l و %ml/ml نماد حجمی – حجمی: %V/V

10. 5- قسمت وزنی: الف- ppt (قسمت در هزار): یک قسمت از ماده حل شده در هزار قسمت محلول یا مخلوط را گویند. (X g /1000 g) ب- ppm (قسمت در میلیون): یک قسمت از ماده حل شده در یک میلیون قسمت محلول یا مخلوط را گویند ج- ppb (قسمت در بیلیون): یک قسمت از ماده حل شده در یک بیلیون قسمت محلول یا مخلوط را گویند

11. ppm (قسمت در میلیون): یک قسمت از ماده حل شده در یک میلیون قسمت محلول یا مخلوط را گویند. (X g/1000.000 g) =(X mg/1000 g) =(X mg/1kg) در محلولهای رقیق آبکی d=1 (Kg=L) ppm= X mg/L

12. برای تهیه 500 ml محلول 0.1M HClچند میلی لیتر از محلول غلیظ HClبا مشخصات زیر لازم است؟4.14 MW=36.5 %W/W=37 d=1.19 500 mlاز محلول غلیظ HClبا مشخصات زیر چند مولار است.12.06 MW=36.5 %W/W=37 d=1.19

13. محلول غلیظ HClبا مشخصات زیر در اختیار است. MW=36.5 %W/W=37 d=1.19 - غلظت این محلول برحسب مولاریته چقدر است؟ - غلظت این محلول برحسب مولالیته چقدر است؟ - غلظت این محلول برحسب %W/V چقدر است؟

14. - 10 mlاز محلول غلیظ HClبا مشخصات زیر به حجم 2 لیتر رسیده است. MW=36.5 %W/W=37 d=1.19 • مولاریته محلول حاصله چقدر است. • اگر 1 ml از محلول حاصله تا حجم یک لیتر رقیق شود،غلظت آن بر حسب ppm چقدر می شود.

15. 100 ml از محلول 0.1 M HCl در اختیار داریم. • pHاین محلول چقدر است. • چند میلی لیتر آب به آن اضافه شود تا pHمحلول حاصله برابر 1.2 گردد. • 100 ml از محلول 0.1 M CH3COOH(Ka=1×10-5)در اختیار داریم. • pHاین محلول چقدر است • چند میلی لیتر آب به آن اضافه شود تا pHمحلول حاصله برابر 4.1 گردد.

16. برای تهیه 500 ml محلول 0.1M NaOHچند میلی گرم از سود زیر لازم است؟ 2222 MW=40 %W/W=90 500 mlاز محلول غلیظ H2SO4 با مشخصات زیر چند نرمال است.36.80 MW=98 %W/W=98 d=1.84

17. برای استاندارد کردن محلول سود 0.5 مولار تقریبا چند میلی گرم KHP(MW=204) را توزین می کنید؟ آن را در چه حجمی از حلال حل می کنید؟ معرف مناسب در این آزمایش را از داده های کتاب محاسبه کنید. آیا از معرف متیل رد در این آزمایش می توان استفاده کرد؟چرا؟

18. برای تهیه 500 ml محلول 0.1M H2SO4چند میلی لیتر از محلول غلیظ H2SO4 با مشخصات زیر لازم است؟2.72 MW=98 %W/W=98 d=1.84 برای تهیه 500 ml محلول 0.1N H2SO4چند میلی لیتر از محلول غلیظ H2SO4 با مشخصات زیر لازم است؟1.36 MW=98 %W/W=98 d=1.84

19. - یک لیتر آب ،به 50 g اسید سولفوریک غلیظ با مشخصات زیر اضافه شده است. MW=98 %W/W=98 d=1.84 %W/W محلول حاصله چقدر است؟ %W/V محلول حاصله چقدر است؟ - یک لیتر اسید سولفوریک 0.2 M با آب به حجم 5 لیتر رسییده است.نرمالیته محلول حاصل چقدر است؟

20. مقداری سود به آب اضافه شده است.دانسیته محلول حاصل برابر 1.05 می باشد.اگر افزودن سود به آب ،باعث تغییر حجم نشود،مولالیته این محلول جقدر است؟ - %W/V ،محلول 1 M سود ،چقدر می باشد؟

21. اسید کلریدریک 36.5% W/W با دانسیته 1.19

22. تعادل شیمیایی استوکیومتری

23. تعادل شیمیایی روشهای استوکیومتری در یک واکنش شیمیایی مقدار واکنشگر شیمیایی لازم از یک گونه برای انجام کامل واکنش با گونه دیگر را معادل شیمیایی آن گونه و یا استوکیومتری واکنش گویند. استوکیومتری و یا معادل شیمیایی دو واکنشگر نسبت به هم عموماً بر حسب مول بیان می شود مثال:H2CO3+ 2NaOH  Na2CO3 + 2H2O استوکیومتری NaOH به H2CO3 2به 1 است

24. حل مسئله به روش استوکیومتری اساسg1 ==mol1==mol2==g2 1- ابتدا معلومات و مجهولات مسئله را تعیین می کنند 2- از گونه معلوم شروع کرده و آنرا به مول و یا میلی مول معلوم تبدیل می کنند 3- از روی استوکیومتری واکنش مول گونه معلوم را به مول گونه مجهول تبدیل می کنند 4- از مول گونه مجهول کمیت مورد نظر برای گونه مجهول را بدست میاورند

25. مثال: مسئله: چند گرم ازAgNO3برای تبدیل 2.33گرم از Na2CO3 به Ag2CO3مورد نیاز محاسبه کنید. 2AgNO3 + Na2CO3 Ag2CO3 + 2NaNO3 Mw (AgNO3)=170 gr/mol Mw (Na2CO3)=106 gr/mol Mw (Ag2CO3)=276 gr/mol

26. 1- معلومات مسئله: 2.33گرم Na2CO3 مجهولات مسئله: گرم مورد نیاز ازAgNO3 2-2.33گرم Na2CO3 را به مول Na2CO3تبدیل می کنند 3- نسبت استوکیومتری Na2CO3 به AgNO3 1به 2 می باشد

27. 4-از مولAgNO3 کمیت مورد نظر گرم را برای AgNO3 بدست میآورند

28. تعادلات

29. انواع ثابت تعادل 1ـ ثابت تفكيك يا ناپايداري الف- ثابت تفکیک اسیدی ب- ثابت تفکیک بازی 2ـ ثابت تشكيل (ثابت تجمع يا پايداري) تقسیم بندی ثابت تعادل به مرحله ای و کلی 1- ثابت تشكيل و یا تفکیک مرحلهای 2- ثابت تشكيل و یا تفکیک کلی

30. توضیح انواع ثابت تعادل 1ـ ثابت تفكيك يا ناپايداري اگر مواد یا گونه ها از هم تفکیک گردند ثابت تعادل بنام ثابت تفكيك يا ناپايداري نامیده می شود AlF63- Al3+ + 6F-

31. الف- ثابت تفکیک در مورد اسیدها ثابت اسیدی نسبت محصولات حاصل از تفکیک اسید به مواد اولیه(اسید) را ثابت اسیدی گویند و با kacid و یا به اختصار با ka نمایش می دهند HA  H+ + A-

32. ب- ثابت تفکیک در مورد بازها ثابت بازی نسبت محصولات حاصل از تفکیک باز به مواد اولیه(باز) را ثابت بازی گویند و با kbase و یا به اختصار با kb نمایش می دهند BOH  B+ + OH-

33. 2ـ ثابت تشكيل (ثابت تجمع يا پايداري) اگر واکنشگرها باهم ترکیب شده و محصول را تشکیل دهند ثابت تعادل بنام ثابت تشكيل (یا ثابت تجمع يا ثابتپايداري) نامیده می شود Mn+ + Y4- MY(n-4)+

34. تقسیم بندی ثابت تعادل به مرحله ای و کلی 1- ثابتهای تفکیک و یا تشکیل مرحله ای اگراسیدها، بازها ویا گونه های دیگر در چندین مرحله تفکیک و یا تشکیل گردند میتوان برای آنها ثابتهای تفکیک و یا تشکیل مرحله ای نوشت.

35. مثال: تفکیک اسید فسفریک H3PO4 در 3 مرحله H3PO4 H+ + H2PO4 - ka1 or k1 H2PO4 -  H+ + HPO4 2- ka2 or k1 HPO4 2-  H+ + PO4 3- ka3 or k3 ثابت تفکیک مرحله ای اول اسید فسفریک H3PO4 H+ + H2PO4 -

36. ثابت تفکیک مرحله ای دوم اسید فسفریک H2PO4 - H+ + HPO4 2- ثابت تفکیک مرحله ای سوم اسید فسفریک HPO4 2- H+ + PO4 3-

37. 2- ثابتهای تفکیک و یا تشکیل کلی اگراسیدها، بازها ویا گونه های دیگر در چندین مرحله تفکیک و یا تشکیل گردند همچنین میتوان برای آنها ثابتهای تفکیک و یا تشکیل کلی نوشت. مثال: ثابتهای کلی تفکیک اسید فسفریک H3PO4 H+ + H2PO4 - 1=k1 H3PO4 2H+ + HPO4 2- 2=k1  k2 H3PO4 3H+ + PO4 3- 3=k1  k2  k3

38. ثابت تفکیک کلی اول اسید فسفریک H3PO4 H+ + H2PO4 - 1=k1 ثابت تفکیک کلی دوم اسید فسفریک H3PO4 2H+ + HPO4 2- 2=k1  k2

39. ثابت تفکیک کلی سوم اسید فسفریک H3PO4 3H+ + PO4 3- 3=k1  k2  k3

40. کاربرد ثابتهای تعادل از روی ثابتهای تعادل میتوان غلظت تعادلی گونه های موجود در محلول را بدست آورد. مسئله: غلظت H+ موجود در يك محلول آبي 0.01 مولار اسید فرمیک(HA) را محاسبه كنيد ka =1.77  10-4 معادله شیمیایی برای تفکیک اسید فرمیک عبارتست از HA H+ + A-

41. HA H+ + A- kaبرای این واکنش بالا از معادله زیر به دست می آید غلظت اسید فرمیک 0.01 مولار پیش از تفکیک است و به ازای هر مول اسید فرمیک تفکیک شده، یک مول H+ و یک مول A- تولید می گردد در نتیجه: [H+] = [A-]

42. معادله درجه دوم [H+]2 + 1.77  10-4 [H+] - 1.77  10-6 =0

43. [H+]2 + 1.77  10-4 [H+] - 1.77  10-6 =0 حل معادله درجه دوم [H+] = 1.25  10-3 M and [H+] = -1.43  10-3 M  [H+] = 1.25  10-3

44. در واکنشهای تفکیک(مثل تفکیک اسیدها، بازها و...) اگر kd كوچك و غلظت واكنش‌دهنده (غلظت‌ اوليه) بزرگ باشد از تفكيك اسيد يا باز ضعيف صرفنظر مي‌كنند. HA +H2O H3O+ + A- تفکیک اسیدها if kd < (1/100)  CHA  CHA - [H+] = CHA A- +H2O OH- + HA تفکیک بازها if kd < (1/100)  CA-  CA- - [OH-] = CA-

45. مسئله: غلظت استات A- را در یک را در محلول آبي اسید استیک HAمحاسبه كنيد. ka =1.8  10-5 معادله شیمیایی برای تفکیک اسید استیک عبارتست از HA H+ + A- kaبرای واکنش بالا از معادله زیر به دست می آید

46. غلظت اسید استیک 0.1مولار پیش از تفکیک است و به ازای هر مول اسید استیک تفکیک شده، یک مول H+ و یک مول A- تولید می گردد در نتیجه: [H+] = [A-]

47. تقریب صرفنظر نمودن از غلظت [A-] و یا [H+] در برابر غلظت اولیه اسید (CHA) HA وقتی صحیح است که: kd < (1/100)  CHA ka <(1/100)  CHA1.8  10-5 < (1/100) 0.1 1.8  10-5 < 10-3 در نتیجه [HA]=CHA

48. حل معادله تقریب خورده 1.8  10-5  0.01= [H+]2 [H+]2 = 1.8  10-6 [H+] = 1.3  10-3 مزایای اعمال تقریب: حل آسان مسئله

49. pH محلول 0.1Mاسید فسفریک را محاسبه کنید. Ka1=1*10-2 Ka2=1*10-7 Ka3=1*10-12

50. تفكيك آب بیشترین کاربرد آب در تجزیه: - آب اکثراً بعنوان حلال بکار می رود - تفکیک آب میتواند بر روی روی غلظتهای تعادلی تاثیر بگذارد - آب بعنوان آمفوتر میتواند از یک مولکول دیگر خود پروتون بگیرد و یا به آن پروتون بدهد تفكيك یا هیدرولیز آب H2O + H2O  H3O+ + OH- or H2O  H+ + OH- H3O+ یا H+يون هيدرونيوم