home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter7.1c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  12KB  |  301 lines
  1. à 7.1èThe 3-Step Mole Method (Mass-Mass Problems)
  2. äèPlease fïd ê number moles ç reactants or ç products ï ê followïg reactions.
  3. âèFïd ê number ç moles ç CO that will react with 8.0 mole
  4. ç Fe╖O╕.èThe reaction is Fe╖O╕(s) + 3CO(g) ──¥ 2Fe(l) + 3CO╖(g).
  5. The chemical equation tells us that three moles ç CO will react with one
  6. mole ç Fe╖O╕.èWe can treat this problem as a unit conversion problem.
  7.                 è 3 mol CO
  8.     ? mol CO = 8.0 mol Fe╖O╕ x ─────────── = 24 mol CO.
  9.                 è 1 mol Fe╖O╕
  10. éSèWe frequently need ë know ê relationship between ê amounts
  11. ç reactants å products ï chemical reactions.èWhen we synêsize a
  12. compound, we need ë know how much ç ê reactants are needed ë produce
  13. ê desired amount ç product.
  14.  
  15. Consider ê reaction between ammonia å oxygen, one ç ê steps ï ê
  16. manufacture ç nitric acid.
  17.  
  18.         4NH╕(g) + 5O╖(g) ──¥ 4NO(g) + 6H╖O(g).
  19.  
  20. One way ç readïg this balanced equation is ë say four molecules ç
  21. ammonia react with five molecules ç oxygen ë produce four molecules ç
  22. nitric oxide å six molecules ç water.èCan we weigh such a small num-
  23. ber ç molecules?èOf course not.èOn a larger scale, we can say four
  24. moles ç ammonia react with five moles ç oxygen ë produce four moles ç
  25. nitric oxide å six moles ç water.
  26.  
  27. How many moles ç O╖ will react with 12 moles ç NH╕?èWe can use ê
  28. unit conversion process ë solve this problem.èWe want ë convert moles
  29. ç NH╕ ïë moles ç O╖.èThe balanced equation provides ê conversion
  30. facër because it says that 4 moles ç NH╕ react with 5 moles ç O╖.
  31. Settïg-up ê problem as a unit conversion, we fïd
  32.                   5 mol O╖
  33.      ? mol O╖ = 12 mol NH╕ x ─────────è= 15 mol O╖.
  34.                  4 mol NH╕
  35.  
  36.  
  37. How many moles ç water would form along with 20 moles ç NO?èAgaï,
  38. this is a unit conversion.èThe balanced equation tells us that when
  39. 4 moles ç NO form, 6 moles ç H╖O will also form.
  40.  
  41.                  6 mol H╖O
  42.     ? mol H╖O = 20 mol NO xè───────── = 30 mol H╖O
  43.                  4 mol NO
  44.  1èGiven ê reaction: 2Al(s) + Fe╖O╕(s) ──¥ 2Fe(l) + Al╖O╕(s),
  45.  
  46. how many moles ç Fe╖O╕ are required ë react 5.0 mol Al completely?
  47.  
  48.         A) 1.0 mol        B) 2.5 mol
  49.  
  50.         C) 5.0 mol        D) 10. mol
  51. ü The balanced equation shows that 1 mol Fe╖O╕ reacts with 2 mol Al.
  52. This mole ratio provides ê conversion facër between Fe╖O╕ å Al.
  53.  
  54.                 è 1 mol Fe╖O╕
  55.     ? mol Fe╖O╕ = 5.0 mol Al x ─────────── = 2.5 mol Fe╖O╕
  56.                 è 2 mol Al
  57. Ç B
  58.  2èPhosphorous is obtaïed via ê reaction:
  59.  
  60. è2Ca╕(PO╣)╖(s) + 6SiO╖(s) + 10C(s) ──¥ 6CaSiO╕(s) + 10CO(g) + P╣(s).
  61.  
  62. How many moles ç P╣ are formed when 42 mol ç CaSiO╕ are formed?
  63.  
  64. èA) 0.17 mol P╣èè B) 1.0 mol P╣èè C) 7.0 mol P╣èè D) 252 mol P╣
  65. üèFrom ê balanced equation, we know that 6 mol ç CaSiO╕ form
  66. when 1 mole ç phosphorous forms.èPerformïg ê unit conversion from
  67. ê given number ç moles ç CaSiO╕ ë ê desired moles ç P╣, we get
  68.  
  69.                 èè1 mol P╣
  70.     ? mol P╣ = 42 mol CaSiO╕ x ──────────── = 7.0 mol P╣
  71.                 è 6 mol CaSiO╕
  72. Ç C
  73.  3èConsider ê reaction,
  74.  
  75.     èèèCa╕P╖(s) + 6H╖O(l) ──¥ 3Ca(OH)╖(s) + 2PH╕(g).
  76.  
  77. How many mol ç PH╕ would be produced by ê reaction ç 0.24 mol H╖O?
  78.  
  79.     A) 0.080 mol      B) 0.48 mol     C) 0.72 mol     D) 1.4 mol
  80. üèFrom ê balanced equation, you know that 6 mol ç water makes
  81. 2 mol ç phosphïe, PH╕.èYou need ë convert ê 0.24 mol ç water ïë
  82. ê number ç moles ç PH╕.
  83.                 è 2 mol PH╕
  84.     ? mol PH╕ = 0.24 mol H╖O x ───────── =è0.080 mol PH╕ 
  85.                 è 6 mol H╖O
  86. Ç A
  87. äèPlease fïd ê number ç grams or moles ç reactants or ç products ï ê followïg
  88. reactions.
  89. âèHow many grams ç Fe can be obtaïed from 15.0 g ç Fe╖O╕ via 
  90. ê reaction, 2Al(s) + Fe╖O╕(s) ──¥ 2Fe(l) + Al╖O╕(s).
  91.  
  92.             1 mol Fe╖O╕èèè 2 mol Feèèè55.85 g Fe
  93. ? g Fe = 15.0 g Fe╖O╕ x ─────────────── x ─────────── x ──────────
  94. èèèèèèèèèèèè159.70 g Fe╖O╕èè1 mol Fe╖O╕è 1 mol Fe
  95. ? g Fe = 10.5 g Fe
  96. éSèLet's consider ê oxidation ç ammonia, NH╕, agaï.
  97.  
  98.         4NH╕(g) + 5O╖(g) ──¥ 4NO(g) + 6H╖O(g).
  99.  
  100. We know that ê balanced chemical equation relates ê number ç moles
  101. ç reactants å ç products ë each oêr.èIn Chapter 4, we solved
  102. problems relatïg ê masses å moles ç substances.èConsequently, ê
  103. balanced chemical equation also relates ê masses ç reactants å prod-
  104. ucts ë each oêr.èIn sëichiometric problems, we perform ê same
  105. types ç manipulations agaï å agaï å agaï.
  106.  
  107. With ê oxidation ç ammonia as a model, we could start with a number
  108. grams ç ammonia å calculate how many grams ç oxygen are needed ë
  109. react with ê ammonia, how many grams ç nitric oxide would be produced,
  110. å how many grams ç water also would be produced.èThe normal sequence
  111. ç calculations is:
  112.  
  113.  ┌───────┐ step 1 ┌─────────┐ step 2 ┌────────────┐ step 3 ┌───────────┐
  114.  │ g NH╕ |───────¥│ mol NH╕ │───────¥│ mol O╖, NO,│───────¥│ g O╖, NO, │
  115.  └───────┘èèèè└─────────┘èèèè|èor H╖Oèè│èèèè│èor H╖Oè │
  116. èèèèèèèèèèèèèèèèèè └────────────┘èèèè└───────────┘
  117. In step 1, we divide ê mass ç ê ammonia by ê molar mass ç ammonia
  118. That operation gives us ê moles ç ammonia ï ê reaction.
  119.  
  120. In step 2, we look at ê balanced chemical equation ë fïd ê mole
  121. relationship between ê ammonia å ê compound ç ïterest (O╖, NO, or
  122. H╖O).
  123.  
  124. In step 3, we multiply by ê molar mass ç ê compound ç ïterest (O╖,
  125. NO, or H╖O) ë convert from moles ë grams.
  126.  
  127. We might begï å fïish ê sequence at different places dependïg upon 
  128. what ïformation is given å is desired.èFor example, we could convert
  129. from grams ç product ë moles ç reactant, ïstead ç grams ç product
  130. ë grams ç reactant.
  131.  
  132. How many grams ç O╖ are required ë react 75.0 g ç NH╕ completely?
  133. This problem is ê same as oêr unit conversion problems.
  134.  
  135. èèèèèèèè step 1èèèèstep 2èèèstep 3
  136.         èè 1 mol NH╕èè 5 mol O╖èè32.00 g O╖
  137. ?g O╖ = 75.0 g NH╕ x ─────────── x ───────── x ────────── =è176 g O╖
  138.         èè 17.03 g NH╕è 4 mol NH╕è 1 mol O╖
  139.  
  140. The molar mass ç NH╕ is 14.01 + 3(1.008) = 17.03 g/mol.èThe 5:4 mole
  141. ratio comes from ê balanced equation.èThe molar mass ç O╖ is 2(16.00)
  142. which is 32.00 g/mol.
  143.  
  144. How many grams ç NO would be produced by ê complete reaction ç 500. g
  145. ç O╖?èThe conversion pathway is g O╖ ─¥ mol O╖ ─¥ mol NO ─¥ g NO.
  146.  
  147. èèèèèèèèstep 1èèè step 2èèèstep 3
  148.         èè 1 mol O╖èè4 mol NOèè30.01 g NO
  149. ?g NO = 500. g O╖ x ────────── x ───────── x ────────── =è375 g NO
  150.         èè32.00 g O╖è 5 mol O╖èè1 mol NO
  151.  
  152. The error that many student make is not lookïg at ê balanced reaction
  153. ë get ê mole ratio for step 2.
  154.  
  155. For one last example, how many moles ç NH╕ are required ë prepare
  156. 600. g ç NO?èHere, ê conversion path is g NO ─¥ mol NO ─¥ mol NH╕.
  157.  
  158.              1 mol NOèè 4èmol NH╕
  159.  ? mol NH╕ = 600. g NO x ────────── x ────────── = 20.0èmol NH╕
  160.              30.01 g NOè 4 mol NO
  161.  
  162. We sëpped at ê end ç step 2 ï ê general scheme because we were
  163. only asked ë fïd ê number ç moles ç NH╕ å did not need ë obtaï
  164. ê number ç grams ç NH╕.
  165.  4èThe complete combustion ç propane, C╕H╜, is
  166.          C╕H╜(g) + 5O╖(g) ──¥ 3CO╖(g) + 4H╖O(l).
  167. How many grams ç O╖ are required for ê complete combustion ç 35.0 g
  168. ç propane? 
  169.         A) 127 g O╖        B) 635 g O╖
  170.  
  171.         C) 25.4 g O╖        D) 9.64 g O╖
  172. ü The path for ê conversion is g C╕H╜ ¥ mol C╕H╜ ¥ mol O╖ ¥ g O╖.
  173.  
  174. We need ê molar masses ï order ë convert between grams å moles:
  175. C╕H╜: 3(12.01) + 8(1.008) = 44.09 g/mol, å O╖: 2(16.00) = 32.00 g/mol.
  176.  
  177. The balanced equation reveals that 5 mol O╖ reacts with 1 mol C╕H╜.
  178.  
  179.         èèè1 mol C╕H╜èè 5 mol O╖èè 32.00 g O╖
  180. ?g O╖ = 35.0 g C╕H╜ x ──────────── x ────────── x ────────── = 127 g O╖.
  181. èèèèèèèèèèè44.09 g C╕H╜è 1 mol C╕H╜è 1 mol O╖
  182. Ç A
  183.  5èOne ïdustrial method for makïg acetylene, C╖H╖, is
  184.          2CH╣(g) ──¥ C╖H╖(g) + 3H╖(g).
  185. How many grams ç CH╣ are required ë make 750. g C╖H╖?
  186.  
  187.     A) 1.85x10Äg CH╣    B) 609 g CH╣
  188.  
  189.     C) 304 g CH╣        D) 925 g CH╣
  190. ü The path for ê conversion is g C╖H╖ ─¥ mol C╖H╖ ─¥ mol CH╣ ─¥ 
  191. g CH╣.èWe need ê molar masses ï order ë convert between grams å
  192. moles: C╖H╖: 2(12.01) + 2(1.008) = 26.04 g/mol, å 
  193. èèè CH╣:èè12.01 + 4(1.008)è= 16.04 g/mol.
  194.  
  195. For ê second step ï ê conversion, ê equation shows that 2 mol ç
  196. CH╣ produces 1 mol ç C╖H╖.
  197.  
  198.          èèè 1 mol C╖H╖èè 2 mol CH╣è 16.04 g CH╣
  199. ?g CH╣ = 750. g C╖H╖ x ──────────── x ────────── x ────────── = 925 g CH╣.
  200. èèèèèèèèèèè 26.04 g C╖H╖è 1 mol C╖H╖è 1 mol CH╣
  201. Ç D
  202.  6èBreathalyzers use ê followïg reaction ë determïe ê 
  203. amount ç ethyl alcohol, C╖H║OH, ï a person's breath (å blood).
  204.  3C╖H║OH + 2K╖Cr╖O╝ + 8H╖SO╣ ──¥ 3HC╖H╕O╖ + 2Cr╖(SO╣)╕ + 2K╖SO╣ + 11H╖O.
  205.  
  206. How many grams ç ethyl alcohol react with 0.188 g K╖Cr╖O╝?
  207.  
  208.     A) 0.0767 g    B) 0.0227 g    C) 0.0511 g    D) 0.691 g
  209. ü The path for ê conversion is g K╖Cr╖O╝ ─¥ mol K╖Cr╖O╝ ─¥
  210.  mol C╖H║OH ─¥ g C╖H║OH.èWe need ê molar masses ï order ë convert
  211. between grams å moles: K╖Cr╖O╝, 294.20 g/mol; C╖H║OH, 46.07 g/mol.
  212.  
  213. For ê second step ï ê conversion, ê equation shows that 3 mol ç
  214. C╖H║OH reacts with 2 mol K╖Cr╖O╝.
  215.  
  216. ?g C╖H║OH =
  217.         èèè1 mol K╖Cr╖O╝èè 3 mol C╖H║OHèè46.07 g C╖H║OH
  218. èè0.188 g K╖Cr╖O╝ x ─────────────── x ───────────── x ────────────── 
  219.         èèè254.2 g K╖Cr╖O╝è 2 mol K╖Cr╖O╝è 1 mol C╖H║OH
  220.  
  221. ?g C╖H║OH = 0.0511 g C╖H║OH
  222. Ç C
  223.  7 How many grams ç water are required for ê oxidation ç
  224. 5.47 g ç Fe(OH)╖?èThe reaction is:
  225.     èè 4Fe(OH)╖(s) + O╖(g) + 2H╖O(l) ──¥è4Fe(OH)╕(s).
  226.  
  227.     A) 0.548 g H╖O        B) 0.274 g H╖O
  228.  
  229.     C) 2.19 g H╖O        D) 54.6 g H╖O
  230. üèThe balanced equation shows that 2 mol ç water are required for
  231. ê oxidation ç 4 mol ç Fe(OH)╖.èSïce we are workïg with grams, we 
  232. need ê molar masses ë convert between moles å grams.èThe molar 
  233. masses are: Fe(OH)╖, 89.87 g/mol; å H╖O, 18.02 g/mol.èThe scheme ë go
  234. from 5.47 g ç Fe(OH)╖ ë ê number ç grams ç water isè5.47 g Fe(OH)╖
  235. ─¥ mol Fe(OH)╖ ─¥ mol H╖O ─¥ g H╖O.
  236.  
  237.             è 1 mol Fe(OH)╖èè2 mol H╖Oèèè 18.02 g H╖O
  238. ?g H╖O = 5.47 g Fe(OH)╖ x ─────────────── x ───────────── x ───────────
  239.             è89.87 g Fe(OH)╖è 4 mol Fe(OH)╖èè1 mol H╖O
  240.  
  241. ?g H╖O = 0.548 g H╖O
  242. Ç A
  243.  8èWhat mass ç NaCl is required ë produce 1500. g ç Cl╖ via
  244.  
  245. ê reaction,è2NaCl(aq) + 2H╖O ──¥ 2NaOH(aq) + H╖(g) + Cl╖(g)?
  246.  
  247.     A) 1820. g NaCl        B) 2473 g NaCl
  248.  
  249.     C) 4946 g NaCl        D) 909.9 g NaCl
  250. üèThe balanced equation shows that 2 mol ç NaCl are required for
  251. each mol ç Cl╖.èTo convert between moles å grams, we need ê molar 
  252. masses.èThe molar masses are: NaCl, 58.44 g/mol; å Cl╖, 70.90 g/mol.
  253. The pathway from grams ç chlorïe ë grams ç NaCl is g Cl╖ ─¥ mol Cl╖
  254. ─¥ mol NaCl ─¥ g NaCl.
  255.  
  256.             1 mol Cl╖èè 2 mol NaClè 58.44 g NaCl
  257. ?g NaCl = 1500. g Cl╖ x ─────────── x ────────── x ───────────
  258.             70.90 g Cl╖è 1 mol Cl╖èè1 mol NaCl
  259.  
  260. ?g H╖O = 2473 g H╖O
  261. Ç B
  262.  9èThe reaction, 2N╖H╣(l) + N╖O╣(l) ──¥ 3N╖(g) + 4H╖O(g), is used
  263. ï some small rocket moërs.èHow many grams ç N╖O╣ will react with 
  264. 50.0 g ç N╖H╣?
  265.  
  266.     A) 144 g N╖O╣        B) 71.8 g N╖O╣
  267.  
  268.     C) 34.8 g N╖O╣        D) 29.5 g N╖O╣
  269. üèThe pathway for ê solution follows ê normal three step se-
  270. quence: g N╖H╣ ─¥ mol N╖H╣ ─¥ mol N╖O╣ ─¥ g N╖O╣.èWe need ê molar
  271. masses ë convert between grams å moles.èThe molar masses are:è
  272. N╖H╣, 32.05 g/mol; N╖O╣, 92.02 g/mol.èThe balanced reaction provides ê
  273. conversion facër between moles ç N╖H╣ å moles ç N╖O╣.
  274.  
  275.              1 mol N╖H╣èè 1 mol N╖O╣è 92.02 g N╖O╣
  276. ? g N╖O╣ = 50.0 g N╖H╣ x ──────────── x ────────── x ────────────
  277.              32.05 g N╖H╣è 2 mol N╖H╣è 1 mol N╖O╣
  278.  
  279. ? g N╖O╣ = 71.8 g N╖O╣
  280. Ç B
  281.  10èSelf-contaïed breathïg apparatus replenish oxygen via ê
  282. reaction: 4KO╖(s) + 4CO╖(g) + 2H╖O(l) ──¥ 4KHCO╕(s) + 3O╖(g).èHow many
  283. grams ç KO╖ are needed ë supply 15.0 g ç O╖?
  284.  
  285.     A) 33.3 g KO╖        B) 25.0 g KO╖
  286.  
  287.     C) 5.06 g KO╖        D) 44.4 g KO╖
  288. üèFïdïg ê needed grams ç KO╖ follows ê usual three step path
  289. g O╖ ─¥ mol O╖ ─¥ mol KO╖ ─¥ g KO╖.èWe need ê molar masses ë convert
  290. between grams å moles.èThe molar masses are: O╖, 32.00 g/mol;
  291. KO╖, 71.10 g/mol.èThe balanced reaction provides ê conversion facër
  292. between moles ç O╖ å moles ç KO╖: 4 mol KO╖ produce 3 mol O╖.
  293.  
  294.         èèè1 mol O╖èèè 4 mol KO╖è 71.10 g KO╖
  295. ? g KO╖ = 15.0 g O╖ x ──────────── x ───────── x ───────────
  296.         èèè32.00 g O╖èè 3 mol O╖èè1 mol KO╖
  297.  
  298. ? g KO╖ = 44.4 g KO╖
  299. Ç D
  300.  
  301.