Koordinační sloučeniny Stavová rovnice ideálního plynu
FC 3806 Jaro 2021
1) Pro následující skupiny látek schematicky (bez konkrétních číselných hodnot) zakreslete závislost teploty varu na molární hmotnosti. Tvar závislosti odůvodněte.
• Teplota tání a teplota varu obecně roste se zvyšující se molární hmotností. Výjimkou z pravidla jsou H20 a HF, což jsou molekuly látek, ve kterých vznikají vodíkové můstky. Ty u látek zvyšují tt i tv, proto obě vystupují z pravidelnosti grafu._
Závislost tt a tv na molární hmotnosti
H20
-Z. Q£
< <
h- h-
O O
_I _I
Q_ CL
LU LU
MOLÁRNÍ HMOTNOST
-H20- H2S- H2Se- H2Te -HF- HCI - HBr- Hl
2) Zakreslete elektronové strukturní vzorce následujících látek. Pokud mezi jejich molekulami vznikají vodíkové můstky, čárkovaně je do správných míst vyznačte, a) HCI, HCI b) HCI, OH- c) NH3, NH3 d) H20, H20
Ou)
i \UL-V — 0 - H
10 - H —
c
7 u-n " h "h
í h
3) U každé s následujících molekul posuďte, zda vazby v ní mají převážně iontový, nebo převážně kovalentní charakter. Můžete použít tabulky.
GcM 0-5vS AX -%S X U-A 0*»ty X
(A- Ifl & X -43 ? mUtd aX = p
NO lX ■(Vrtí N AOH Ort M
CO b> x • 4 p C : 2,55 o ■ tyh P
Hl 1* 1(2- 6, X • 0 M H 1 lil P
S/0 0 =3,S A X *X- X
?By P - 2^ a X - 0,k P p
- 4/7 Ktr^Mmf AaaW
4) Tabulka na konci tohoto příkladu poskytuje informace o látkách l-VII. Na základě těchto dat se pokuste odpovědět na následující otázky:
a) Které z uvedených látek by mohly být kovy? Odůvodněte.
b) Které látky by mohly být iontové sloučeniny? Odůvodněte.
c) Dvě z uvedených látek obsahují pouze kovalentní vazby. Které? Odůvodněte.
d) 0 které z látek byste očekávali, že bude extrémně tvrdá?
0^
O
7
Teplo Elektrická vodivost
Látka WSm Pevná fáze Kapalná fáze 1 Rozpustnost 1 ve vodě
1 6,5 špatná špatná ne
II 801 špatná dobrá ano
III -53,5 špatná špatná ne
IV 1 535 dobrá dobrá ne
V 870 špatná dobrá ano
VI 2 045 špatná — ne
VII 321 dobrá dobrá ne
01 OQ^Mbiria
a jtUfJ^a kol™ ^
5) DVyjmenujte aspoň tři příklady:
a) nfzkomolekulárních kovalentních látek -»H2, 02, H20
b) vysokomolekulárních kovalentních látek ->tuha, diamant, karbid křemíku, bor, karbid boru
c) iontových látek ->NaCI, Kl, Si02, KCI, AgCI
d) kovových látek ^Hg, Fe, W
ll)K následujícím látkám Ha, NaCI, diamant, W, SÍ02, H2, tuha napište:
a) v jakém skupenském stavu se nacházejí při pokojové teplotě ->Hg - kapalné
->NaCI - pevné ->diamant - pevné ->W - pevné ->Si02 - pevné ->H2 - plynné ->tuha - pevné
b) zda jsou při pokojové teplotě elektricky vodivé ->Hg - ano
->NaCI-ano ->diamant - ano ->W - ano ->Si02 - ano ^H2-ne ->tuha - ano
c) zda jsou jejich teploty tání a varu vysoké nebo nízké ve srovnání s vodou
-> u všech uvedených prvků je bod tání a bod varu vysoké ve srovnání s vodou.
6) Nakreslete prostorové rozmístění skupin hybridních orbitalů sp, sp2, sp3,
>3d, sp3d2 a sp2d,
7) Určete typ hybridizace orbitalů centrálního atomu, základní tvar VSEPR a skutečný tvar následujících molekul: H20, HCOH, PF5, CIFS a molekuly nakreslete.
© ©
©
I *
A
-A. i i /
O H
IM
A»*for*'*«' W""'*!
Syp hy**ÍOU'M& > Sp V*
tyj, hf bri'<3tt'faer : Sp*"
10) Určete typ hybridizace orbitalů centrálního atomu, základní tvar VSEPR a skutečný tvar následujících molekul PF2CI3, IF7, S02, XeF4a molekuly nakreslete.
Jf [Wt] 3s<© Sp»|£b -
'C61 _
l li r PJ~
~ -fcV-l cti
Iři
Ľ
SO-
V 3»s
1^0
i
f e ebb
11) PbCI4 je kapalina s teplotou varu 105 °C. Jsou vazby v této sloučenině iontové nebo kovalentní? Jak jste to určili? Odhadněte velikost vazebného
úhlu Cl-Pb-CI.
ľloha 102: Doplňte na/vy koordinačních částic
a) [Cr(H,OUu
b)|Fc(CN)ftr
c) |Ni(NH,)«,|:*
d) |SiF6];-
ci|CutNH,)4ľ*
0
ľloha 103: Doplňte vzorce a názvy koordinačních sloučenin
VZOREC NAZEV
CnH.OhCI,]
hexafluorokřemičitan sodný (disodný)
K-,[Fe(CO)(CN)5]
chlorid diamminstříbrný
1 [CoíNH3)sI]Br,
dihydrát chloridu tetraaqua-dichlorochromitého
||NiíH20)6]íCI04)2
1 triaqua-trihydroxochromitý komplex i
Úloha 105: Phŕaďie ke vzorci komplexní sloučeniny její správný název:
a) Na(Co(CN)4l A) hexakyanokobaltitan sodný
b) (Zn(NH,)4)*
A) komplex (ciraamminzincčnatý B) kalion tetraaminzinecnatý
c) (PlCU)2-
A) anion (etrachloroplalnaianový B) anion tctrachloroplatičitý
B) tcirakyanokobaltnatan sodný C) tetrakyanokobaltilan sodný
d) (Cu(H20)4)S04 i) síran aquameďnatý
A) síran
B) síran letraaquamcďnatý
Úloha 106: Phŕaďte k názvu odpovídající vzorec a) tctrahydroxozlatitan draselný
A) K[(OH)4Au] B) K(Au(OH)4]
•»tetrachloroméďnatan (etraamminplatnatý A) fCuCl4J[Pt(NH,)4) B) tPt(NH;)4l [CuCI4]
c) pentaaqua-hydroxohlinitý kalion A)[AI(H20),(OH)]2#
d) jodo-pcniakyanokobaltiian draselný ) KdíCNJjCo)
B)[AI(HjOWOH)]3
B) K,[Co KCN),]
C) kalion iciraamminzinečnaiý
C) komplex teirachloroplamalý
C) síran tctraaquamčďný
C) Kj[Au(OH)4]
C) [Pl(NH,)4] [CuCI4]
C) [AKHjOMOHh]*
C) K>[Co(CN),í]
Úloha 107: Uivořtc vzorce následujících koordinačních sloučenin železa.
a) hexakyanoželeznatan draselný (žlulá krevní sůl)
b) hexakyanoželezitan draselný (červená krevní sůl)
c) pentakyano-nitrosylželczitan sodný dj hcxathiokyunatoZcIcziun železitý
Řešení:
k AI n>n ívxaaqu.Kftromiiy
anton hctjk\jno/ricsiunott
C) 1 Nu NM, úľ* katión hcixírnminnikclrutv
d> |SiKr anmn hť».iflu<>rokfcniičiijno\\
U. [Cu'.jii he\aa^Udnikclnj:y
[|C'nHOu«>H> j inaqua-tnhydroiochroinu;. komplc \
• Uvažujme katión [Co(en)2(N02)2]+. Odpovězte na následující otázky:
• a) Který atom je centrální?
• b) Co značí zkratka „en" uvedená ve vzorci?
• c) Jaké je oxidační číslo centrálního atomu?
• d) Vypište jednovazné ligandy, pokud se ve sloučenině vyskytují.
• e) Vypište dvojvazné ligandy, pokud se ve sloučenině vyskytují.
• f) Vypište vícevazné (tj. více než dvojvazné) ligandy, pokud se ve sloučenině vyskytují.
• g) Jaké je koordinační číslo centrálního atomu?
Řešení:
•a) Centrální atom se zapisuje jako první doleva do hranaté závorky. V tomto případě to je kobalt.
•b) Zkratka „en" znamená ethylendiamin, tj. NH2-CH2-CH2-NH2. Jedná se o tzv. názvoslovnou zkratku.
•c) x + 20 + 2(-l) = 1 => x = 3. Oxidační číslo centrálního atomu je +III.
•d) N02-
•e) Ethylendiamin.
• f) Ve sloučenině nejsou.
•g) 2-2 + 21=6
• V následujících sloučeninách určete koordinační číslo centrálního atomu.
•a) [Co(NH3)4Cl2]Cl
•b) [Fe(CN)6]3-
•c) [Cr(NH3)3Cl3]
• d) [Co(en)2(H20)CN]2+
Řešení
Koordinační číslo centrálního atomu udává počet donorových atomů navázaných na daný centrální atom. V zadaných příkladech jsou všechny Ugandy jednovazné, kromě ethylenaminu, který je dvojvazný.
• a) 4-1+2-1 = 6
• b) 6-1 = 6
• c) 3-1 + 3-1 = 6
• d) 2-2+1+1 = 6
U všech uvedených sloučenin má koordinační číslo centrálního atomu hodnotu 6.
• U následujících koordinačních sloučenin určete oxidační číslo centrálního atomu:
•a) [Co(H20)6]I3
•b) [Ru(NH3)5Cl]2+
•c) [Fe(CN)6]4-
•d) [Co(NH3)6]Cl2
• e) [Cr(H20)5Br]Br2
Řešení:
Nejprve určíme náboj každého z ligandů a každého z kompenzujících iontů. Následně pak využijeme skutečnost, že celkový elektrický náboj uvažované molekuly či iontu je roven součtu elektrických nábojů (či oxidačních čísel) ligandů, centrálního atomu a kompenzujících iontů.
• a) H20° I"1 Cox x + 6 • 0 + 3 • (- 1) = 0 => x = 3 Co111
• b) NH3° CH Rux x + 5 • 0 + 1 • (- 1) = 2 => x = 3 Ru111
• c) (CN)- Fex x + 6 • (-1) = - 4 => x = 2 Fe11
• d) NH3° CH Cox x + 6 • 0 + 2 • (- 1) = 2 => x = 2 Co11 •e) H20° Br"1 Crx x + 5 • 0 + 3- (-1) = 0 ^x = 3 Cr111
Ideální plyn
• Neexistují mezimolekulární síly, srážky jsou dokonale pružné
• Pohyb je chaotický, nezávislý na jiných částicích
• Ideální plyn nelze zkapalnit
• Molekuly mají hmotnost v jednom bodě (nulový objem)
• Platí stavová rovnice ideálního plynu
pV = nRT
• p-tlak(Pa)
• V - objem (m3)
• n - látkové množství plynu (mol)
• R - molární plynová konstanta (J K1 moľ1)
• T-termodynamická teplota (K)
• Normální podmínky: 273,15 K; 101,325 kPa
• Standardní podmínky: 298,15 K; 101,325 kPa
• R = 8,314 J K1 moľ1
• Izotermický děj - T je konstantní
• Izochorický děj - V je konstantní
• Izobarický děj - p je konstatní
Vypočítejte
• Určité množství vodíku zaujímá při tlaku 200 kPa objem 500 cm3. Za předpokladu, že teplota vodíku zůstane nezměněna, vypočítejte objem tohoto množství vodíku za normálního tlaku.
• Použijeme stavovou rovnici ideálního plynu p-V = n-R-T. Podmínky zadání označíme indexem „1", normální podmínky indexem „2". Platí: p1-V1=n-R-T1, p2-V2=n-R-T2, Tx = T2 (viz zadání).
• = — neboli ^^-^ = 1
p2-V2 t2 p2-v2
• odtud Pí'V-l = p2-V2.
• Dosadíme číselně:
• 200 kPa • 500 cm3 = 101,325 kPa-V2. Odtud: V2 = 986,9 cm3.
• Vodík bude zaujímat objem 986,9 cm3.
• Tlak He v ocelové láhvi při teplotě 20 °C je 2,5 MPa. Určete tlak v láhvi při teplotě 100 °C.
Použijeme stavovou rovnici ideálního plynu p-V=n-R-T. Podmínky zadání označíme indexem „1", konečné podmínky indexem „2". Platí: p1-V1=n-R-T1, p2-V2=n-R-T2, Vľ = V2.
Podělením: — = —
T2 V , , 2,5 MPa 20+273,15
po dosazeni: -
p2 100+273,15
odtud p2 = 3,18 MPa.
Tlak He v láhvi při teplotě 100 °C je 3,18 MPa
Vypočítejte
• Jak musíme změnit objem 1 m3 vodíku, aby po jeho ochlazení z teploty 25 °C na teplotu -80 °C zůstal jeho tlak nezměněn?
• Vypočítejte:
• a) Hmotnost 1 litru kyslíku při normálních podmínkách
• b) Počet molekul kyslíku, které jsou při normálních podmínkách obsaženy v 1 cm3 kyslíku.
Použijeme stavovou rovnici ideálního plynu p-V=n-R-T. Podmínky zadání označíme indexem „1", konečné podmínky indexem „2". Platí: p1-V1=n-R-T1/ p2-V2=n-R-T2, p2 = p2.
Podělením — = —,
V2 T 2
j , lm3 (25+273,15)K
po dosazeni:-=--—
v V2 (-80+ 273,15)K
i ,.lm3 298,15 K
neboli-=-
V2 193,15 K
V2 = 0,648 m3
Má-li tlak vodíku zůstat nezměněn po ochlazení z teploty 25 °C na teplotu —80 °C, musí se jeho objem zim3 zmenšit na 0,6478 m3.
a) Použije stavovou rovnici ideálního plynu p-V=n-RT a vztah n Spoienim pv = — • R • m = -
M RT
101,325 • 103 Pa • 1 dm3- 2 • 15,9994 g mol-1
771 =---
8,314 JK"1 mol"1 • (0+273,15)K
m = 1427,7 g
b) Použije stavovou rovnici ideálního plynu p-V=n-RT a vztah n Spoiemm pV =--R • T^>N =---
^ } * NA RT
^ _ 101,325 kPa- 1- 10"3dm3-6,023 • 1023 mol-1 ~ 8,314 J K-imol"1 • (0+273,15)K
N = 2,69 • 1019
Hmotnost 1 litru 02je při normálních podmínkách 1,428 g. Při normálních podmínkách obsahuje 1 cm3 02 2,69 • 1019 molekul O
Vypočítejte
• Při teplotě 18 °C a tlaku 102,0 kPa je hmotnost 1 290 cm3 plynu rovna 2,71 g. Vypočítejte molární hmotnost tohoto plynu.
• Vypočítejte hustotu C02 při teplotě 20 °C a tlaku 100 kPa.
Použijeme stavovou rovnici ideálního ply
m
p-V=n-R-T a vztah n = —. Spojením
pV = — • R • T^>M =
iv/r
M =
M p-V 2,71 g • 8,314 J mol-1 K-1 -(18+273,15)K
102 000 Pa • l,29-10_3m3
M = 49,85 g mol-1.
Molami hmotnost plynu je 49,85 g mol-1
-4
2 A Z
/l
-2.
. mi,******000?*
"101 0*0 £y.i» * l/r fi*/*»3- %
-i
Použijeme stavovou rovnici ideálního plynu
m m
p-V=n-R-T a vztahy n = — a p = —.
MV
m
Spojením p • V = — • R • T^>
ml 1
p = —.— • /ť • 7 => p = p . — - R - T
V M M
Odtud p = ^—-
K RT
„ , , 100000 Pa(12+2 • 16)g mol-1
Po dosazeni: p =--———-—
K 8,314 J K-1mol-1 • (20+273,15)K
p = 1805 g nrr3 = 1,805 kg m-3.
Hustota C02 při teplotě 20°C a tlaku 100 kPa je 1,805 kg m-3.