KİMYADA PROBLEM ÇÖZÜMÜ - I Yrd. Doç. Dr. Ahmet Emin ÖZTÜRK

Atom ağırlığı, Molekül ağırlığı hesaplamaları Kimyasal tepkimelerle ilgili hesaplamalar

n = n = Günlük hayatımızda madde miktarı tanecik (atom veya molekül sayısı), gram (kütle), litre (hacim) gibi birimlerle verilirken kimyada mol sayısı (n) ile verilmektedir. verilen verilen cinsten 1 mol’ün miktarı n = istenilen istenilen cinsten 1 mol’ün miktarı n =

1 mol madde 6,02 ⸼ 1023 tanecikten (atom veya molekül) oluşur. 1 mol elementin g olarak kütlesine ATOM AĞIRLIĞI denilir. 1 mol bileşiğin g olarak kütlesine MOLEKÜL AĞIRLIĞI (MA) denilir.

Cinsi ne olursa olsun gaz halindeki 1 mol madde için : Normal Şartlar Altında (NŞA) (1 atm. basınç ve 0oC sıcaklıkta) 22,4 L hacim kaplar. Oda Şartları Altında (OŞA) (1 atm. basınç ve 25oC sıcaklıkta) 24,5 L hacim kaplar. [Bu değerler istenilirse (PV = nRT) formülünden de hesaplanabilir.]

ATOM AĞIRLIĞI Bir atomun ağırlığı ya periyodik cetvelden alınır ya çizelgeler halinde verilir ya da X = 12 biçiminde yazılarak verilebilir.

Ortalama atom ağırlığı problem veya metinlerin yanında Ca = 40 şeklinde verilir. Ca = 40 neler anlatır? 40 g kalsiyum (atomu) 1 mol’dür. 6,02•1023 tane kalsiyum atomu 1 mol’dür. 6,02•1023 tane kalsiyum atomu 40 g’dır.

1 tane krom atomu kaç g’dır (Cr=52)? Verilen İstenilen 52 g Cr atomu 1mol Cr atomu 1 tane Cr atomu ? g = x x 6,02·1023 tane Cr atomu 1mol Cr atomu = 8,64 ·10 −23 g

8,64 x10 −23 g / Cr atomu 0,0000000000000000000000864 g / Cr atomu

MOLEKÜL AĞIRLIĞI Molekül formülünde yazılı her bir elementin atom ağırlıkları ile sağ alt kısımlarında yazılı bağıl atom sayıları çarpılarak, toplanır.

N2, O3, H2O, K3[Fe (CN)6] örneklerindeki bileşiklerin molekül ağırlıklarını hesaplayınız? (C=12; N=14; O=16; K=39; Fe=56) N2 = 2 x 14 = 28 O3 = 3 x 16 = 48 H2O = (2 x 1)+(1 x 16) = 18 K3[Fe (CN)6] = (3 x 39)+ (1 x 56)+(6 x 12)+(6 x 14) = 329

O2 = 32 neler anlatır? 1 mol oksijen molekülünde 2 mol oksijen atomu vardır. 32 g oksijen (molekülü) 1 mol oksijen gazıdır. 6,02 ⸼ 1023 tane oksijen molekülü 1 mol oksijen gazıdır. 6,02 ⸼ 1023 tane oksijen molekülü 32 g’dır. 2·6,02 ⸼ 1023 tane oksijen atomu 1 mol oksijen gazıdır. 2·6,02 ⸼ 1023 tane oksijen atomu 32 g’dır. 32 g (1 mol) oksijen gazı N.Ş.A. 22,4 litre yer kaplar. 32 g (1 mol) oksijen gazı O.Ş.A. 24,5 litre yer kaplar.

III. Bir tane klor molekülü I. Bir tane klor atomu II. Bir gram klor gazı III. Bir tane klor molekülü Yukarıda verilen klor miktarlarını kütlelerinin büyüklüğüne göre sıralayınız? (Cl=35,5) Karşılaştırma yapabilmek için niceliklerin hepsinin aynı birime sahip olmaları gerekir.

III. Bir tane klor molekülü = g 35,5 I. Bir tane klor atomu = g Cl=35,5 6,02 ⸼1023 II. Bir gram klor = 1 g 71 III. Bir tane klor molekülü = g Cl2=71 6,02 ⸼1023 II > III > I

Kimyasal problemler üç basamakta çözülür: 1- Verilen madde miktarı, mol birimine çevrilir. Maddenin cinsi değişmez, atom veya molekül ağırlığı kavramından faydalanılır. 2- Verilenin mol sayısından, istenilenin mol sayısı hesaplanır. Maddenin cinsi değişmiyor ise MOLEKÜL FORMÜLÜ’nden Maddenin cinsi değişiyor ise KİMYASAL TEPKİME’den yararlanılır 3- İstenilenin mol sayısı istenilen birime çevrilir.

0,35 mol KMnO4 bileşiğinde kaç gram oksijen vardır? ( O=16; K= 39; Mn=55)

VERİLEN İSTENİLEN 0,35 mol KMnO4 ? g O I III II II mol KMnO4 mol O

1 mol (1 molekül) 0,35 mol (1 atom) (1 atom) (1 atom) KMnO4 0,35 mol O = 16 1 mol K (1 atom) 0,35 mol H 16 g O ? g O 1,4 mol O = x 1 mol O 0,35 mol Cr 1 mol Mn (1 atom) 22,4 g O = 4 mol O (1 atom) 1,4 mol O

0,35 mol KMnO4 bileşiğinde kaç gram oksijen vardır? TÜM ÇÖZÜM 0,35 mol KMnO4 bileşiğinde kaç gram oksijen vardır? ( O=16; K= 39; Mn=55) 4 mol O atomu 16 g O ? g O = 0,35 mol KMnO4 x x 1 mol KMnO4 1 mol O = 22,4 g O

1,806x1022 tane O atomu içeren Al2(SO4)3 bileşiği kaç g’dır? (O=16; Al= 27; S= 32)

I III II VERİLEN İSTENİLEN 1,806x1022 tane O atomu ? g Al2(SO4)3 mol O atomu mol Al2(SO4)3

I = 1 mol O atomu ? mol O atomu = 0,03 mol O atomu 1,806 x1022 tane 1,806 x1022 tane O atomu mol O atomu 1 mol O atomu ? mol O atomu = 1,806 x1022 tane O atomu x 6,02x1023 tane O atomu = 0,03 mol O atomu

Al2(SO4)3 II 1 mol 1 mol Al2(SO4)3 0,0025 mol Al2(SO4)3 0,03 mol O atomu mol Al2(SO4)3 Al2(SO4)3 1 mol 1 mol Al2(SO4)3 ? mol Al2(SO4)3 = 0,03 mol O atomu x 12 mol O atomu 2 mol Al = 0,0025 mol Al2(SO4)3 3 mol S 12 mol O

Al2(SO4)3 = (2x27)+(3x32) +(12x16) = 342 g/mol III 0,025 mol Al3(SO4)3 g Al2(SO4)3 Al2(SO4)3 = (2x27)+(3x32) +(12x16) = 342 g/mol 342 g Al2(SO4)3 ? g Al2(SO4)3 = 0,0025 mol Al2(SO4)3 x 1 mol Al2(SO4)3 = 0,855 g Al2(SO4)3

1,806x1022 tane O atomu içeren Al2(SO4)3 bileşiği kaç g’dır? TÜM ÇÖZÜM 1,806x1022 tane O atomu içeren Al2(SO4)3 bileşiği kaç g’dır? (O=16; Al= 27; S= 32) 1 mol O atomu 1 mol Al2(SO4)3 342 g Al2(SO4)3 ? g Al2(SO4)3 = 1,806 x1022 tane O atomu x x x 6,02x1023 tane O atomu 12 mol O atomu 1 mol Al2(SO4)3 = 0,855 g Al2(SO4)3

71,82 g sakkaroz (C12H22O11) yakıldığı zaman normal şartlarda en fazla kaç litre karbondioksit (CO2) gazı elde edilir? ( H=1; C=12; O= 16)

mol CO2 gazı 71,82 g C12H22O11 ? litre (NŞA) CO2 gazı mol C12H22O11 I VERİLEN İSTENİLEN 71,82 g C12H22O11 ? litre (NŞA) CO2 gazı I III II mol C12H22O11 mol CO2 gazı

C12H22O11 = (12x12)+(22x1) +(11x16) = 342 g/mol I 71,82 g C12H22O11 mol C12H22O11 C12H22O11 = (12x12)+(22x1) +(11x16) = 342 g/mol 1 mol C12H22O11 ? mol C12H22O11 = 71,82 g C12H22O11 x 342 g C12H22O11 = 0,21 mol C12H22O11

C12H22O11 O2 CO2 H2O II 0,21 mol C12H22O11 mol CO2 gazı = + 12 12 + 11 x 1 mol C12H22O11 = 2,52 mol CO2

III 2,52 mol CO2 litre (NŞA) CO2 = 2,52 mol CO2 1 mol CO2 22,4 L CO2 (NŞA) ? L CO2 (NŞA) = 2,52 mol CO2 x 1 mol CO2 = 56,448 L CO2 (NŞA)

TÜM ÇÖZÜM 71,82 g sakkaroz (C12H22O11) yakıldığı zaman normal şartlarda en fazla kaç litre karbondioksit (CO2) gazı elde edilir? ( H=1; C=12; O= 16) 1 mol C12H22O11 12 mol CO2 22,4 L CO2 ? L CO2 = 71,82 g C12H22O11 x x x 342 g C12H22O11 1 mol C12H22O11 1 mol CO2 = 56,448 L CO2 (NŞA)

17,9 g oksijen (O2) ve klor (Cl2) karışımının metalik sodyum (Na) ile tepkimesi sonucu 23,4 g sodyum klorür (NaCl) oluştuğuna göre; karışımda kaç g oksijen vardır? ( O=16; Na=23; Cl= 35,5)

(Na=23; Cl= 35,5) 2 Na + Cl2 2 NaCl O2 Cl2 17,9 g + = Tepkimeden faydalanarak oksijen gazı miktarı değil klor gazı miktarı hesaplanabilir. Karışımdaki klor gazının miktarı biliniyorsa oksijen gazı miktarı da bulunabilir. O halde soru klor gazı bulunabilecek şekilde düzenlenirse : Klor’un (Cl2) metalik sodyum (Na) ile tepkimesi sonucu 23,4 g sodyum klorür (NaCl) oluştuğuna göre; tepkimeye kaç g klor girmiştir? (Na=23; Cl= 35,5)

VERİLEN İSTENİLEN 23,4 g NaCl ? g Cl2 I III II mol Cl2 mol NaCl

TÜM ÇÖZÜM 2 Na + 1 Cl2 2 NaCl Cl2 = 2·35,5 = 71 g/mol NaCl = 23+35,5 = 58,5 g/mol 1 mol NaCl 1 mol Cl2 71 g Cl2 ? g Cl2 = 23,4 g NaCl x x x 58,5 g NaCl 2 mol NaCl 1 mol Cl2 = 14,2 g Cl2 O2 Cl2 17,9 g + = O2 14,2 17,9 g + = O2 3,7 g =

1,806 ·1024 tane azot (N2) molekülü ve 12 g hidrojenden (H2) normal şartlarda (NŞA) en fazla kaç L amonyak gazı (NH3) elde edilebilir? (H=1; N= 14)

? mol mol NH3 gazı I III II 1,806x1024 tane N2 molekülü VERİLENLER İSTENİLEN 12 g H2 ? kaç L (NŞA) NH3 I III ? II ? mol mol NH3 gazı Sorunun çözümü için verilenden (12 g H2 veya 1,806·1024 tane N2 molekülü) hangisinin kullanılacağı iki şekilde hesaplanıp yorumlanarak bulunabilir.

1. YORUM İÇİN DÜZENLENEN PROBLEM 12 g hidrojen (H2) ile amonyak gazı (NH3) oluşturmak üzere tam olarak kaç tane azot (N2) molekülü tepkimeye girer? (H=1; N= 14)

12 g H2 VERİLEN ? tane N2 molekülü İSTENİLEN I III II mol H2 mol N2

N2 + 3 H2 2 NH3 6,02x1023 tane N2 molekülü 1 mol H2 1 mol N2 ? tane N2 = 12 g H2 x x x 2 g H2 3 mol H2 1 mol N2 = 12,04 ·1023 tane N2 molekülü = 1,204 ·1024 tane N2 molekülü 1. YORUM Problemde verilenlere göre tepkimeyi oluşturarak 12 g hidrojen gazını tam olarak tüketmek için verilen N2 molekülleri fazlasıyla yeterlidir. Yani 12 g H2 tamamen tükenirken N2’nin bir miktarı tepkimeye girecek (1,204·1024) bir miktarı artacaktır (0,602·1024). Problemde istenilen amonyak miktarı; 12 g hidrojen gazı veya tükenen N2 gazına (1,204·1024) göre hesaplanabilir.

2. YORUM İÇİN DÜZENLENEN PROBLEM 1,806 ·1024 tane azot (N2) molekülü ile amonyak gazı (NH3) oluşturmak üzere tam olarak kaç g hidrojen (H2) tepkimeye girer? (H=1; N= 14)

1,806x1024 tane N2 molekülü ? g H2 mol N2 mol H2 gazı I III II VERİLEN İSTENİLEN ? g H2 I III II mol N2 mol H2 gazı

N2 + 3 H2 2 NH3 1 mol N2 3 mol H2 2 g H2 ? g H2 1,806x1024 tane N2 = 1,806x1024 tane N2 molekülü x x x 6,02x1023 tane N2 molekülü 1 mol N2 1 mol H2 = 18 g H2 2. YORUM Problemde verilenlere göre tepkimeyi oluşturarak 1,806·1024 tane N2 molekülünü tam olarak tüketmek için 18 g H2 gazı gereklidir, verilen 12 g H2 yeterli değildir. Yani 12 g H2 tamamen tükenirken N2’nin bir miktarı tepkimeye girecek bir miktarı artacaktır. Tükenen N2 miktarına göre hesaplanabilir. Fakat bu yorumda miktarı belli değildir. Problemde istenilen amonyak miktarı; 12 g hidrojen gazı veya tükenen N2 gazına göre hesaplanabilir.

1 ve 2. YORUMLARIN GENEL ÖZETİ 1,806x1024 tane N2 molekülünün tamamının tükenmesi için 18 g H2 gazına ihtiyaç vardır. Problemin verilerine göre 12 g H2 gazı vardır. Buna göre N2 gazının tamamı tükenmez. Bir miktarı tepkimeye girmeden artar. O halde H2 gazının tamamı tükenir. Problem 12 g Hidrojen gazı esas alınarak çözülmelidir.

mol NH3 gazı mol H2 I III II SORUNUN 12 g H2 GAZINA GÖRE ÇÖZÜMÜ VERİLEN İSTENİLEN 12 g H2 ? kaç L (NŞA) NH3 I III II mol H2 mol NH3 gazı

N2 + 3 H2 2 NH3 1 mol gaz = 22,4 L (NŞA)g/mol H2 = 2∙1 = 2 g/mol 2 mol NH3 22,4 L NH3 (NŞA) ? L NH3 (NŞA) = 12 g H2 x x x 2 g H2 3 mol H2 1 mol NH3 = 89,6 L N2 (NŞA) Tepkime sonuçlandığında kapta; NŞA 89,6 L NH3 gazının yanında 0,602·1024 N2 molekülünün de bulunduğu unutulmamalıdır.

Kimya ve temel matematik bilgilerini kavrayıp, kaynaştırabilen her kişinin problem çözme yöntemi farklı olabilir. Fakat sonuç değişmez.