כימיה חישובית: יחסים וכמויות חישובי ריכוזים בתגובות כימיות נושאי השיעור תגובות המסה ושיקוע הכנת תמיסות מהולות מתמיסות מרוכזות

תגובות שיקוע תגובת שיקוע היא תגובה שבה נוצר משקע של חומר קשה תמס מערבוב תמיסות מימיות של חומרים יוניים קלי תמס. הערבוב מאפשר צירוף חדש בין יונים, שיוצר תרכובת חדשה בעלת מסיסות נמוכה השוקעת במים. באיור מוצג תיאור ברמת המיקרו של התגובה שהתרחשה, כאשר ערבבו שתי תמיסות מימיות של חומרים קלי תמס: האחת של כסף חנקתי והאחרת של נתרן כלורי. הערבוב יצר מפגש בין יוני הכלור ליוני הכסף המומסים במים, ונוצר משקע של כסף כלורי - חומר קשה תמס. Ag+ NO3- Na+ Cl- - Cl + Ag Ag+ Cl- Ag - Cl+ Na+ NO3- Na+(aq)+ Cl-(aq) AgCl(s) + Na+(aq)+ NO3-(aq) Ag+(aq)+ NO3-(aq) Ag+(aq)+ Cl-(aq)  AgCl(s)

קביעת ריכוז יוני כלור במים תגובות המסה ושיקוע קביעת ריכוז יוני כלור במים כימאים משתמשים בתגובות שיקוע של יונים בתמיסה מימית כדי לזהות יונים שונים ולקבוע את ריכוזם. התקן הרצוי לריכוז יוני כלור במים הוא 250 מיליגרם לליטר. כדי לקבוע אם ריכוז יוני הכלור עומד בתקן, מוסיפים לדגימה של מים תמיסת כסף חנקתי AgNO3(aq) ונוצר משקע. יוני הכלור שבמים מגיבים עם יוני הכסף מתמיסת AgNO3(aq) ונוצר משקע לבן של כסף כלורי AgCl(s) . לפני שמבצעים את הבדיקה מוסיפים לתוך דגימת המים כמה טיפות של חומר בוחן שתפקידו לצבוע את התמיסה לאחר שכל יוני הכלור הגיבו והתגובה הסתיימה. ניסוח תגובת השיקוע: ניסוח זה נקרא "ניסוח נטו" וכתובים בו רק היונים שהשתתפו בתגובה. בתמיסה יש עוד יונים שאינם משתתפים בתגובת השיקוע, כמו יוני מתמיסת כסף חנקתי, ויונים חיוביים ושליליים שמצויים במים כמו: Na+, Ca2+, , . 3

שאלה 1 שאלה 1: א. כסף חנקתי הוא חומר יוני מסיס במים. כתבו ניסוח לתהליך ההמסה. דגימה של 20 מיליליטר מים המכילים יוני כלור- הגיבה עם 25 מיליליטר כסף חנקתי AgNO3(aq) בריכוז 0.015M ונוצר משקע לבן של . ניסוח תגובת השיקוע: ב. חשבו את ריכוז יוני בדגימה זו של מים. ג. קבעו אם מים אלו עומדים בתקן הרצוי של יוני שהוא 250 מיליגרם לליטר. שימו לב: אינכם צריכים לדעת לנסח תגובות שיקוע, אך תתבקשו לחשב חישובי כמויות בניסוחים נתונים. ענו על סעיפים א' ו-ב' בשקופית זו, ועל סעיף ג' בשקופית 6. AgNO3(s) 4

תשובה לשאלה 1 א-ב שאלה 1: סעיפים א'-ב' תשובה לשאלה 1 א-ב שאלה 1: סעיפים א'-ב' א. כסף חנקתי הוא חומר יוני מסיס במים. כתבו ניסוח תהליך ההמסה. דגימה של 20 מיליליטר מים המכילים יוני Cl-הגיבה עם 25 מיליליטר כסף חנקתי AgNO3(aq) בריכוז 0.015M ונוצר משקע לבן של ניסוח תגובת השיקוע ב. חשבו את ריכוז יוני בדגימה זו של מים. AgNO3(s) תשובה: א. ב. נקבע תחילה את מספר המולים של Ag+ שהגיבו: יחס המולים בתגובת השיקוע הוא 1:1, מכאן שמספר המולים של יוני בדגימה זו של מים הוא 0.0003 מול. נחשב את ריכוז יוני ה- במים: 5

שאלה 1ג שאלה 1: סעיף ג' ג. קבעו האם מים אלו עומדים בתקן הרצוי של יוני שהוא 250 מיליגרם לליטר. רמז: החישוב מתבסס על התוצאה שקיבלתם בסעיף ב'

תשובה לשאלה 1ג שאלה 1 סעיף ג' ג. קבעו האם מים אלה עומדים בתקן הרצוי של יוני שהוא 250 מיליגרם לליטר. תשובה: ג. בסעיף ב' מצאנו שריכוז יוני הכלור בדגימת המים הוא 0.01875M. כדי לקבוע אם מים אלו עומדים בתקן, יש לחשב את ריכוז יוני ה- Cl- שמצאנו ביחידות של מיליגרם לליטר. (מכפילים את הריכוז במול לליטר במסה המולרית של החומר כדי לקבל את הריכוז ביחידות גרם לליטר ואז הופכים למיליגרם לליטר ע"י הכפלה ב- 1000) המסה המולרית של יוני כלור היא: ריכוז יוני ה- Cl- בדגימה זו של מים הוא 665 מיליגרם בליטר מים. תשובה: מים אלו לא עומדים בתקן הרצוי. ריכוז יוני ה- Cl- גבוה יותר מהמומלץ. 7

שאלה 2א-ג שאלה 2: צילום רנטגן למערכת העיכול נעשה לאחר שהחולים שותים תמיסה לבנה וסמיכה של בריום גופרתי BaSO4(aq). תרכובת הבריום מופיעה בתצלומים בצבע לבן ומשקפת את מצב מערכת העיכול. את התמיסה מכינים בתגובה בין תמיסת Ba(NO3)2 לבין תמיסת Na2SO4 ונוצר משקע של BaSO4. א. Ba(NO3)2(s) ו- Na2SO4(s)הם חומרים יוניים מסיסים במים. כתבו ניסוח לתהליך ההמסה שלהם. בתגובה בין שתי התמיסות נוצר משקע לבן של BaSO4 . "ניסוח נטו" של תגובת השיקוע הוא: ב. אילו יונים נוספים נמצאים בתערובת התגובה? ג. מה יחס המולים בתגובת השיקוע? 8

תשובה לשאלה 2א-ג שאלה 2: א. Ba(NO3)2(s) ו- Na2SO4(s)הם חומרים יוניים מסיסים במים. כתבו ניסוח לתהליך ההמסה שלהם. בתגובה בין שתי התמיסות נוצר משקע לבן של BaSO4 "ניסוח נטו" לתגובת השיקוע הוא: ב. אלו יונים נוספים נמצאים בתערובת התגובה? ג. מה יחס המולים בתגובת השיקוע? תשובה: א. ב. בתמיסה יש יוני ויוני שלא השתתפו בתגובה ונקראים יונים משקיפים. ג. יחס המולים בתגובת השיקוע הוא 1:1:1 9

שאלה 2ד שאלה 2 סעיף ד': ד. מה נפח תמיסת Ba(NO3)2(aq) 0.5M ומה נפח תמיסת Na2SO4(aq) 0.35M שיש לערבב בתערובת התגובה כדי לקבל 4.00 גרם BaSO4? "ניסוח נטו" של התגובה: 10

תשובה לשאלה 2ד שאלה 2 סעיף ד': ד. מה נפח תמיסת Ba(NO3)2(aq) 0.5M ומה נפח תמיסת Na2SO4(aq) 0.35M שיש לערבב בתערובת התגובה כדי לקבל 4.00 גרם BaSO4? “ניסוח נטו" של התגובה הוא: תשובה: ד. הפתרון ייעשה בכמה שלבים: 1. נחשב את מספר המולים של BaSO4: היות שיחס המולים בתגובת השיקוע הוא 1:1:1, הרי שמספר המולים של יוני ה- Ba2+ ויוני שהשתתפו בתגובה גם הוא 0.017 מול. 11

המשך תשובה לשאלה 2ד 2. נחשב את נפח תמיסת Ba(NO3)2 נחשב את נפח תמיסת Na2SO4 תשובה: נפח תמיסת Ba(NO3)2 34 מיליליטר נפח תמיסת Na2SO4 49 מיליליטר 12

שאלה 2ה שאלה 2 סעיף ה': ה. קבעו את מספר המולים של יוני ו- Na+ בתערובת התגובה וחשבו את ריכוזם. רמז: תחילה בִּדקו באילו סעיפים נמצאים הנתונים לפתרון שאלה זו. 13

תשובה לשאלה 2ה שאלה 2 סעיף ה': ה. קבעו את מספר המולים של יוני ו- Na+ וחשבו את ריכוזם בתערובת התגובה. תשובה: על פי הניסוחים בסעיף א', מספר המולים של ושל יוני Na+ הוא פי שניים ממספר המולים של ושל Ba2+ , ועל פי תוצאות החישוב בסעיף ד' הוא שווה ל: 2x0.017=0.034mol. נחשב את ריכוז היונים של כל אחד מהחומרים: שימו לב: הנפח הסופי של התמיסה הוא סכום הנפחים של שתי התמיסות 14

שאלה 3א שאלה 3 סעיף א': מיהול היא דרך מקובלת להכנת תמיסות במעבדה. לרשות עובדי המעבדה תמיסה מרוכזת שלHCl (aq) , והם מוהלים אותה על פי הצורך. א. כמה מיליליטר של תמיסה HCl 6M דרושים להכנת 200 מיליליטר תמיסת HCl בריכוז 1.5M ? רמז: לפני שתתחילו לחשב, חִשְבו אילו גדלים נשארים קבועים ואילו גדלים משתנים במיהול. 15

תשובה לשאלה 3א שאלה 3 סעיף א': מיהול היא דרך מקובלת להכנת תמיסות במעבדה. לרשות עובדי המעבדה תמיסה מרוכזת שלHCl (aq) , והם מוהלים אותה על פי הצורך. א. כמה מיליליטר של תמיסה HCl 6M דרושים להכנת 200 מיליליטר תמיסת HCl בריכוז 1.5M ? תשובה: כשמוהלים תמיסה, מספר המולים של החומר המומס אינו משתנה (לא מוסיפים ולא מוציאים חומר מומס), אך נפח התמיסה משתנה ובעקבות זאת גם ריכוז החומר המומס משתנה. הנתונים: תמיסה מרוכזת תמיסה מהולה C = 6M C = 1.5M V = ? V = 200ml = 0.2liter תשובה: דרושים 50 מיליליטר תמיסה HCl 6M. 16

שאלה 3ב שאלה 3 סעיף ב': ב. מה יהיה ריכוז התמיסה המהולה, אם ל-5 מיליליטר HCl 6M נוסיף 25 מיליליטר מים ? רמז: לפני שתתחילו לחשב, חשבו אילו גדלים נשארים קבועים ואילו גדלים משתנים במיהול. 17

תשובה לשאלה 3ב שאלה 3 סעיף ב': ב. מה יהיה ריכוז התמיסה המהולה, אם ל-5 מיליליטר HCl 6M נוסיף 25 מיליליטר מים ? תשובה: נתונים: תמיסה מרוכזת תמיסה מהולה C = 6M C = ? V = 5ml = 0.005litter V = 5+25 = 30ml =0.03liter תשובה: ריכוז התמיסה המהולה 1M . 18

שאלה 3ג שאלה 3 סעיף ג': ג. הציעו דרך לקבל תמיסה מרוכזת יותר מתמיסה נתונה. האם הדרך שהצעתם מתאימה גם לתמיסת HCl (aq) ? 19

תשובה לשאלה 3ג שאלה 3 סעיף ג': ג. הציעו דרך לקבל תמיסה מרוכזת יותר מתמיסה נתונה. האם הדרך שהצעתם מתאימה גם לתמיסת HCl (aq) ? תשובה: חימום התמיסה ואידוי המים הם דרך להכין תמיסה מרוכזת מתמיסה מהולה. כשהמים מתאדים, נפח התמיסה קטן וריכוז החומר המומס גדל. שיטה זו מתאימה לתמיסות שבהן טמפרטורת הרתיחה של המים נמוכה בהרבה מטמפרטורת הרתיחה של החומרים המומסים בהם כדוגמת תמיסות מימיות של חומרים יוניים. במקרה של תמיסת HCl (aq) השיטה אינה מתאימה, כי מאחר ש-HCl הוא גז בטמפרטורת החדר, אם נחמם את התמיסה, יתאדה החומר HCl, תקטן מסיסותו ויפחת ריכוזו. 20

סיכום כל חישובי הכמויות של מגיבים ותוצרים בתגובה כימית נעשים דרך יחס המולים ומספרם. אפשר לחשב חישובים בעזרת נוסחאות המייצגות את הקשר המתמטי בין כמה גדלים: לא תמיד הריכוז המולרי של היונים בתמיסה זהה לריכוז החומר היוני שממנו התקבלו היונים. הוא תלוי בנוסחה האמפירית של החומר. "ניסוח נטו" הוא ניסוח מצומצם שכתובים בו רק היונים המשתתפים בתגובה. במיהול מוסיפים מים מזוקקים לתמיסה, ריכוז התמיסה קטן אך מספר מולי החומר המומס אינו משתנה. מושגים חשובים: תגובת המסה, תגובת שיקוע, "ניסוח נטו", מיהול.