Расчеты по химическим уравнениям онлайн. Химия - комплексная подготовка к внешнему независимому оцениванию
Часть 1
2. Рассмотрим пример.
Рассчитайте массу серной кислоты, которая взаимодействует с 5,6 г гидроксида калия. В результате реакции образуется сульфат калия и вода.
Часть II
1. Заполните пропуски, проанализировав уравнение реакции.
2. Рассчитайте массу магния, который может сгореть в кислороде объёмом 33,6 л (н. у.). Схема химической реакции:
3. В реакцию вступили 13 г цинка и соляная кислота. В результате реакции образовались водород и хлорид цинка. Определите объём (н. у.) и число молекул водорода.
4. Навеска 1,12 г железа полностью «растворилась» в растворе сульфата меди (II). Вычислите массу образовавшегося осадка меди. Какое количество вещества сульфата железа (II) получилось при этом?
5. Вычислите массу гидроксида меди (II), который образуется при взаимодействии 200 г 20%-го раствора гидроксида натрия и избытка раствора сульфата меди (II). В результате реакции образуется также сульфат натрия.
6. Определите объём азота N2, необходимого для взаимодействия с кислородом, если в результате реакции получается 250 мл оксида азота (II).
7. Какой объём воздуха потребуется для взаимодействия 17,5 г лития, содержащего 20% примесей? В результате реакции получается оксид лития.
8. Придумайте задачу, при решении которой необходимо использовать следующую схему реакции:
Запишите условие задачи и решите её.
При взаимодействии 2 моль серной кислоты с нитратом свинца, образовался осадок, найти его массу.
РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ
4. Химическая реакция
Примеры решения типовых задач
II. Расчеты по уравнениям химических реакций
Задача 7. Какой объем водорода (н.у.) потратится на восстановление 0,4 моль хром(ІІІ) оксида?
Дано:
Решение
Запишем уравнение реакции:
1. Из написанного уравнения видно, что
2. Для нахождения объема водорода воспользуемся формулой
Ответ: V (H 2 ) = 26,88 л.
Задача 8. Какая масса алюминия вступило в реакцию с хлоридной кислотой, если выделилось 2688 мл (н.у.) водорода?
Дано:
Решение
Запишем уравнение реакции:
Составим пропорцию: 54 г алюминия соответствует 67,2 л водорода, а х г алюминия - 2, 688 л водорода:
Ответ: m (А l ) = 2,16 г.
Задача 9. Какой объем кислорода необходимо использовать, чтобы сжечь 120 м 3 смеси азота и карбон(II) оксида, если объемная доля азота в смеси составляет 40 %?
Дано:
Решение
1. В исходной смеси горит только карбон(II) оксид, объемная доля которого:
2.
По формуле
вычислим объем карбон(II) оксида в смеси:
3. Запишем уравнение реакции и, используя закон объемных отношений, проведем расчет:
Ответ: V (O 2 ) = 3 6 м 3 .
Задача 10. Вычислите объем газовой смеси, которая образуется в результате термического разложения 75,2 г купрум(ІІ) нитрата.
Дано:
Решение
Запишем уравнение реакции:
1. Рассчитаем количество вещества купрум(ІІ) нитрата. M (Cu (NO 3 ) 2) = 188 г/моль:
2. Проводим расчет количества веществ газов, которые образуются по уравнениям реакции:
3. Вычислим объем газовой смеси. V M = 22,4 л/моль:
Ответ: V (смеси) = 22,4 л.
Задача 11. Какой объем сульфур(И V ) оксида можно получить при обжиге 2,425 т цинковой обманки, массовая доля цинк сульфида в которой составляет 80 %?
Дано:
Решение
1. Рассчитаем массу ZnS в цинковой обманке:
2. Составим уравнение реакции, по которому и вычислим объем SO 2 . M (ZnS ) = 97 г/моль, V M = 22,4 л/моль:
Ответ: V (SO 2 ) = 448 м 3 .
Задача 12. Вычислите объем кислорода, который можно получить при полном термическом разложении 34 г раствора дигідроген перекиси с массовой долей Н 2 O 2 30 %.
Дано:
Решение
1. Рассчитаем массу дигідроген пероксида в растворе. М(Н 2 O 2 ) = 34 г/моль:
2. Составим уравнение реакции и проведем по ним расчет. V M = 22,4 л/моль:
Ответ: V (O 2 ) = 3,36 л.
Задача 13. Какую массу технического алюминия с массовой долей примесей 3 % необходимо использовать для добывания 2,5 моль железа из железной окалины?
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции и рассчитаем массу чистого алюминия, которую необходимо использовать на реакцию:
2. Поскольку алюминий содержащего 3 % примесей, то
3.
Из формулы
рассчитаем массу технического алюминия (то есть с примесями):
Ответ: m (А l ) Тех. = 61,9 г.
Задача 14. Вследствие нагрева 107,2 г смеси калий сульфата и калий нитрата выделилось 0,1 моль газа. Вычислите массу калий сульфата в исходной смеси солей.
Дано:
Решение
1. Калий сульфат - вещество термически устойчива. Следовательно, при нагревании разлагается только калий нитрат. Запишем реакцию, кладем пропорцию, определим количество вещества калий нитрата, что розклалась:
2. Вычислим массу 0,2 моль калий нитрата. M (KNO 3 ) = 101 г/моль:
3. Вычислим массу калий сульфата в исходной смеси:
Ответ: m(K 2 SO 4) = 87 г.
Задача 15. При полном термическом разложении 0,8 моль алюминий нитрата получили 35,7 г твердого остатка. Вычислите относительный выход вещества (%), содержащийся в твердом остатке.
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции разложения алюминий нитрата. Составим пропорцию, определим количество вещества n (А l 2 O 3 ):
2. Рассчитаем массу образовавшегося оксида. М(А l 2 O 3 ) = 102 г/моль:
3. Рассчитаем относительный выход А l 2 O 3 по формуле:
Ответ: η(А l 2 O 3 ) = 87,5 %.
Задача 16. До полного разложения нагрели 0,4 моль ферум(III) гидроксида. Полученный оксид восстановили водородом и получили 19,04 г железа. Вычислите относительный выход железа (%).
Дано:
Решение
1. Запишем уравнения реакций:
2. По уравнениям составляем стехіометричну схему и по пропорции определим теоретический выход железа n (Fe ) т атаки . :
3. Вычислим массу железа, которую теоретически можно было бы получить, исходя из проведенных реакций (M (Fe ) = 56 г/моль):
4. Рассчитаем относительный выход железа:
Ответ: η (Fe ) = 85 %.
Задача 17. При растворении в воде 23,4 г калия получили 5,6 л газа (н.у.). Вычислите относительный выход этого газа (%).
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции и вычислим объем водорода, который теоретически, т.е. в соответствии с уравнением реакции, можно получить из данной массы калия:
Составим пропорцию:
2. Вычислим относительный выход водорода:
Ответ: η (Н 2) = 83,3 %.
Задача 18. При сжигании 0,0168 м 3 ацетилена получили 55 г карбон(И V ) оксида. Вычислите относительный выход углекислого газа (%).
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции горения ацетилена, составим пропорцию и вычислим массу карбон(И V ) оксида, которую можно получить теоретически. V M = 22,4 л/моль, М(СО 2) = 44 г/моль:
2. Вычислим относительный выход карбон(И V ) оксида:
Ответ: η (CO 2 ) = 83,3 %.
Задача 19. В результате каталитического окисления 5,8 моль аммиака получили 0,112 м 3 нитроген(II) оксида. Вычислите относительный выход полученного оксида (%).
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции каталитического окисления аммиака, составим пропорцию и обчислімо объем нитроген(И V ) оксида, который теоретически можно получить (V M = 22,4 л/моль):
2. Рассчитаем относительный выход нитроген(II) оксида:
Ответ: η(NO ) = 86,2 %.
Задача 20. Сквозь избыток раствора калий гидроксида пропустили 1,2 моль азот(И V ) оксида. Получили 0,55 моль калий нитрата. Вычислите относительный выход полученной соли (%).
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение химической реакции, составим пропорцию и вычислим массу калий нитрата, которую теоретически можно получить:
2. Вычислим относительный выход калий нитрата:
Ответ: η(KNO 3 ) = 91 , 7 %.
Задача 2 1 . Какую массу аммоний сульфата можно добыть из 56 л аммиака, если относительный выход соли составляет 90 %.
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции и составим пропорцию и вычислим массу соли, которую теоретически можно получить из 56 л NH 3 . V M = 22,4 л/моль M((NH 4) 2 S О 4 ) = 132 г/моль:
2. Вычислим массу соли, которую можно получить практически:
Ответ: m ((NH 4 ) 2 S О 4 ) = 148,5 г .
Задача 22. Хлором полностью окислили 1,4 моль железа. Какую массу соли получили, если ее выход составляет 95 %?
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции и проведем расчет массы соли, которую можно получить теоретически. M (FeCl 3 ) = 162,5 г/моль:
2. Рассчитаем массу FeCl 3 , которую получили практически:
Ответ: m (FeCl 3 ) прак. ≈ 216 г.
Задача 23. К раствору, который содержит 0,15 моль калий ортофосфату, долили раствор, в котором содержалось 0,6 моль аргентум(И) нитрата. Определите массу осадка, который образовался.
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции (M (Ag 3 P O 4) = 419 г/моль):
Из него видно, что для реакции с 0,15 моль К 3 РО 4 нужно 0,45 моль (0,15 · 3 = 0,45) аргентум(И) нитрата. Поскольку, согласно условию задачи, количество вещества AgN В 3 составляет 0,6 моль, именно эту соль взят в избытке, то есть ее часть остается не использованной. Калий ортофосфат вступит в реакцию полностью, а потому выход продуктов рассчитываем по его количеству.
2. Составляем пропорцию:
Ответ: m (Ag 3 P O 4 ) . = 62,85 г.
Задача 24. В раствор, в котором содержалось 58,4 г хлороводорода, поместили 16,2 г алюминия. Какой объем газа (н.у.) выделился?
Дано:
Решение
1. Вычислим количество вещества алюминия и хлороводорода. М(А l ) = 27 г/моль, М(НС l ) = 36,5 г/моль:
2. Запишем уравнение реакции и установим вещество, которое взято в избытке:
Рассчитаем количество вещества алюминия, которую можно растворить в данной количества соляной кислоты:
Следовательно, алюминий взят в избытке: количество его вещества (0,6 моль) больше необходимой. Объем водорода рассчитываем по количеству вещества хлороводорода.
3. Вычислим объем водорода, который выделился. V M = 22,4 л/моль:
Ответ: V (H 2 ) = 17,92 л.
Задача 25. Смесь, которая содержала 0,4 л ацетилена и 1200 мл кислорода, привели к условиям реакции. Какой объем карбон(И V ) оксида образовался?
Дано:
Решение
Запишем уравнение реакции:
Согласно закону объемных соотношений, из приведенного уравнения следует, что на каждые 2 объемы С 2 Н 2 расходуется 5 объемов O 2 с образованием 4 объемов карбон(И V ) оксида. А поэтому сначала определим вещество, которое есть в избытке - проверим, хватит ли кислорода на сжигание ацетилена:
Поскольку по условиям задачи на сжигание ацетилена взято 1,2 л, а нужно 1л, делаем вывод, что кислород взят в избытке, а объем карбон(И V ) оксида рассчитываем по объему ацетилена, воспользовавшись законом объемных соотношений газов:
Ответ: V (CO 2 ) = 0 , 8 л.
Задача 26. Смесь, содержащую 80 мл сероводорода и 120 мл O 2 , привели к условиям реакции и получили 70 мл сульфур(И V ) оксида. Измерения объемов газов проводили при одинаковых условиях. Вычислите относительный выход сульфур (IV ) оксида (%).
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции горения сероводорода:
2. Проверим, хватит ли кислорода на сжигание 80 мл сероводорода:
Следовательно, кислорода хватит, потому что его взяли 120 мл в стехіометричній количества. Избытка одной из веществ нет. А потому объем SO 2 можно рассчитать по любой из них:
3. Вычислим относительный выход сульфур(И V ) оксида:
Ответ: η (SO 2 ) = 87,5 %.
Задача 27. При растворении в воде 0,28 г щелочного металла выделилось 0,448 л водорода (н.у.). Назовите металл и укажите его протонне число.
Дано:
Решение
1. Запишем уравнение реакции (V M = 22,4 л/моль):
Составим пропорцию и рассчитаем количество вещества металла:
2. Вычислим значение молярной массы металла, вступившего в реакцию:
Это Литий. Протонне число Лития - 3.
Ответ: Z (Me ) = 3.
Задача 28. В результате полного термического разложения 42,8 г гидроксида трехвалентного металлического элемента получили 32 г твердого остатка. Укажите молярну массу металлического элемента.
Дано:
Решение
1. Напишем уравнение реакции в общем виде:
Поскольку единственной известной веществом этой реакции является вода, расчеты будем проводить по массе воды, которая образовалась. Опираясь на закон сохранения массы веществ, определяем его массу:
2. По уравнению реакции проведем расчет молярной массы гидроксида металлического элемента. Молярну массу гидроксида Ме(ОН) 3 обозначим х г/моль (М(Н 2 O ) =18 г/моль):
3. Вычислим значение молярной массы металлического элемента:
Это Ферум.
Ответ: М(Ме) = 56 г/моль.
Задача 29. Купрум(II) оксидом окислили 13,8 г насыщенного одноатомного спирта и получили 9,9 г альдегида, относительный выход которого составил 75 %. Назовите спирт и укажите его молярну массу.
Дано:
Решение
Самый оптимальный вариант записи формулы насыщенного одноатомного спирта для написания уравнения реакции его окисления - это R - CH 2 OH , где R - алкільний заместитель, общая формула которого С n Н 2 n +1 . Это обусловлено тем, что именно группа-СН 2 ОН меняется во время реакции окисления, то есть переходит в альдегідну группу-СНО.
1. Запишем уравнение реакции окисления спирта до альдегида в общем виде:
2. Вычислим теоретическую массу альдегида:
Для дальнейшего решения этой задачи можно использовать 2 способа.
И способ (математический способ, который предусматривает выполнение определенного количества арифметических операций).
Обозначим молярну массу алькільного заместителя M (R ) через х г/моль. Тогда:
Составим пропорцию и вычислим молярну массу алкильной заместителя:
Итак, алкільний заместитель - метил-СН 3 , а спирт - этанол СН 3 -СН 2 -ОН; М(С 2 Н 5 ОН) = 46 г/моль.
II способ.
Вычислим разность молярных масс органических продуктов в соответствии с уравнением:
Согласно условию Δ m р = 13,8 - 13,2 = 0,6 (г).
Составим пропорцию: если в реакцию вступает 1 моль RCH 2 OH , то разница масс составляет 2 г, а если в моль RCH 2 OH , то разница масс - 0,6 г.
По формуле
рассчитаем молярну массу спирта:
Итак, результат тот же.
Ответ: М(С 2 Н 5 ОН) = 46 г/моль.
Задача 30 . При полном обезвоживании 87,5 г кристаллогидрата феррум(III) нитрата получили 1,5 моль водяного пара. Установите формулу исходного вещества.
Дано:
Решение
1. Вычислим массу 1,5 моль воды, полученной в результате реакции. М(Н 2 O ) =18 г/моль:
2. Исходя из закона сохранения массы, вычислим массу соли, которую получили при нагревании кристаллогидрата:
3. Рассчитаем количество вещества Fe(NO 3) 3 . M (Fe (NO 3 ) 3 ) = 242 г/моль:
4. Вычислим соотношение количеств вещества безводной соли и воды:
На 0,25 моль соли приходится 1,5 моль воды на 1 моль соли-х моль:
Ответ: формула кристаллогидрата - Fe (NO 3 ) 3 · 6Н 2 O .
Задача 31. Вычислите объем кислорода, необходимый для сжигания 160 м 3 смеси карбон(II) оксида, азота и этана, если объемные доли компонентов смеси соответственно составляют 50,0, 12,5 и 37,5 %.
Дано:
Решение
1.
По формуле
вычислим объемы горючих компонентов, а именно
карбон(II) оксида и этана (заметим, что азот не горит):
2. Напишем уравнения реакций горения СО и С 2 Н 6:
3. Воспользуемся законом объемных соотношений газов и проведем расчет объемов кислорода за каждым из уравнений реакций:
4. Вычислим суммарный объем кислорода:
Ответ: V (О 2) = 250 м 3 .
При решении расчетных химических задач необходимо умение производить вычисления по уравнению химической реакции. Урок посвящен изучению алгоритма расчетов массы (объема, количества) одного из участников реакции по известной массе (объему, количеству) другого участника реакции.
Тема: Вещества и их превращения
Урок: Расчеты по уравнению химической реакции
Рассмотрим уравнение реакции образования воды из простых веществ:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Можно сказать, что из двух молекул водорода и одной молекулы кислорода образуется две молекулы воды. С другой стороны, эта же запись говорит о том, что для образования каждых двух молей воды нужно взять два моля водорода один моль кислорода.
Мольное соотношение участников реакции помогает производить важные для химического синтеза расчеты. Рассмотрим примеры таких расчетов.
ЗАДАЧА 1. Определим массу воды, образовавшуюся в результате сгорания водорода в 3,2 г кислорода
.
Чтобы решить эту задачу, сначала необходимо составить уравнение химической реакции и записать над ним данные условия задачи.
Если бы мы знали количество вещества вступившего в реакцию кислорода, то смогли бы определить количество вещества воды. А затем, рассчитали бы массу воды, зная ее количество вещества и . Чтобы найти количество вещества кислорода, нужно массу кислорода разделить на его молярную массу.
Молярная масса численно равна относительной . Для кислорода это значение составляет 32. Подставим в формулу: количество вещества кислорода равно отношению 3,2 г к 32 г/моль. Получилось 0,1 моль.
Для нахождения количества вещества воды оставим пропорцию, используя мольное соотношение участников реакции:
на 0,1 моль кислорода приходится неизвестное количество вещества воды, а на 1 моль кислорода приходится 2 моля воды.
Отсюда количество вещества воды равно 0,2 моль.
Чтобы определить массу воды, нужно найденное значение количества воды умножить на ее молярную массу, т.е. умножаем 0,2 моль на 18 г/моль, получаем 3,6 г воды.
Рис. 1. Оформление записи краткого условия и решения Задачи 1
Помимо массы, можно рассчитывать объем газообразного участника реакции (при н.у.), используя известную вам формулу, в соответствие с которой объем газа при н.у. равен произведению количества вещества газа на молярный объем. Рассмотрим пример решения задачи.
ЗАДАЧА 2. Рассчитаем объем кислорода (при н.у.), выделившийся при разложении 27г воды.
Запишем уравнение реакции и данные условия задачи. Чтобы найти объем выделившегося кислорода, нужно найти сначала количество вещества воды через массу, затем по уравнению реакции определить количество вещества кислорода, после чего можно рассчитать его объем при н.у.
Количество вещества воды равно отношению массы воды к ее молярной массе. Получаем значение 1,5 моль.
Составим пропорцию: из 1,5 моля воды образуется неизвестное количество кислорода, из 2 молей воды образуется 1 моль кислорода. Отсюда количество кислорода равно 0,75 моля. Рассчитаем объем кислорода при н.у. Он равен произведению количества кислорода на молярный объем. Молярный объем любого газообразного вещества при н.у. равен 22,4 л/моль. Подставив числовые значения в формулу, получим объем кислорода, равный 16,8 л.
Рис. 2. Оформление записи краткого условия и решения Задачи 2
Зная алгоритм решения подобных задач, можно рассчитать массу, объем или количество вещества одного из участников реакции по массе, объему или количеству вещества другого участника реакции.
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006. (с.40-48)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 73-75)
3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.:Астрель, 2013. (§23)
4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§29)
5. Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд. /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (с.45-47)
6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
2. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
Домашнее задание
1) с. 73-75 №№ 2, 3, 5 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
2) с.135 №№ 3,4 из учебника П.А. Оржековского, Л.М. Мещеряковой, М.М. Шалашовой «Химия: 8кл.», 2013 г.
С помощью стехиометрических коэффициентов схема химической реакции переходит в ее уравнение, которое в явном виде отражает закон сохранения количества атомов каждого вида при переходе от исходных веществ (реагентов) к продуктам реакции.
Стехиометрические коэффициенты позволяют установить связь между количествами участвующих в реакции веществ на основе следующего правила:
коэффициенты в химическом уравнении задают молярные пропорции (отношения), в которых вступают в реакцию исходные вещества (реагенты) и образуются продукты реакции.
Рассмотрим в качестве примера реакцию синтеза аммиака:
3H 2 + N 2 = 2NH 3 ,
для которой согласно приведенному правилу можно записать
где индексы «пр.» и «обр.» соответствуют количествам прореагировавших и образовавшихся веществ. Последнее соотношение можно представить в ином виде:
а) для веществ H 2 и N 2:
или в другой форме
;
б) для веществ H 2 и NH 3:
или
;
в) для веществ N 2 и NH 3:
или
.
Легко видеть, что все пропорции можно объединить и записать в виде:
=
.
Последнее равенство является основным расчетным уравнением , связывающим количества прореагировавших веществ и образовавшихся продуктов реакции. При необходимости в это уравнение можно из условия задачи ввести массы и объемы участников реакции, используя обычные соотношения.
Например, для реакции
4FeS 2 (т) + 11О 2 = 2Fe 2 O 3 (т) + 8SO 2 (г)
основное расчетное уравнение имеет вид:
и если в него ввести обычно задаваемые в задачах для твердых веществ их массы, а для газов – объемы, то оно примет следующую форму:
Методика вычислений с использованием основного расчетного уравнения химической реакции включает в себя несколько общих моментов:
1) Прежде всего определяют опорное вещество, по количеству которого проводят весь последующий расчет. В условии задачи для него задана или масса, или объем, или концентрация, которые, в свою очередь, позволяют вычислить число молей опорного вещества. Как правило, это не составляет большого труда, а исключение относится к так называемым задачам на избыток и недостаток, когдаопорное вещество нужно выбрать издвух исходных. Дело в том, что при приготовлении реакционной смеси исходные вещества можно смешивать в любых пропорциях, но реагировать друг с другом они будут всегда в строго определенных пропорциях, которые устанавливают для них стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции. В этих условиях вполне возможна ситуация, когда одно из исходных веществ прореагирует полностью, а часть другого останется не прореагировавшей и тогда говорят, что первое вещество взято в недостатке по отношению ко второму и, наоборот, второе вещество находится в избытке по отношению к первому. В данном случае в качестве опорного вещества следует выбрать исходное вещество, взятое в недостатке, поскольку именно его количество будет определять как окончание реакции, так и количества образующихся продуктов.
Как определить опорное вещество, если в задаче указаны данные (массы, объемы и др.) для обоих исходных веществ? Пусть в реакцию вступают два вещества А и В
аА + вВ → продукты реакции,
а исходные количества этих веществ 0 (А) и 0 (В) можно вычислить из условия задачи.
Для
ответа на поставленный вопрос нужно
сравнить два числа
,
где возможны три варианта:
I
вар.
,
тогда исходная реакционная смесь
называется стехиометрической и в
качестве опорного вещества может быть
выбрано любое из них – А или В;
II
вар.
,
тогда вещество А взято в избытке и
опорным будет вещество В;
III
вар.
,
тогда вещество В будет в избытке и
опорным является вещество А.
Окончание необратимых химических реакций в первом варианте происходит в момент одновременного исчезновения обоих исходных веществ, а в двух других – в момент исчезновения вещества, взятого в недостатке, причем в конечной смеси веществ, наряду с продуктами реакции, будет присутствовать не прореагировавший остаток вещества, взятого в избытке.
2) Из основного расчетного уравнения вытекает простое правило определения числа молей вступивших в реакцию исходных веществ и образовавшихся продуктов по числу молей опорного вещества:
для определения числа молей прореагировавшего или образовавшегося в реакции вещества необходимо число молей опорного вещества разделить на его стехиометрический коэффициент и этот результат умножить на стехиометрический коэффициент определяемого вещества.
Для реакции 2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + H 2 ,
где опорным веществом, например, является алюминий можно записать:
Определив количества интересующих нас веществ, легко рассчитать их массы, объемы и концентрации, то есть те характеристики участников химической реакции, которые фигурируют в условии задачи.
Таким образом, общая схема расчета по уравнению химической реакции может быть представлена в виде:
Необратимая реакция.
Пусть
и
начальные количества реагентов А и В и
,
т.е. вещество А взято в избытке, тогда
a A + в В = с С + d D
|
(избыток) |
(недостаток) | |||||
|
окончание реакции: |
|
|
|
|||
моль
моль
Обратимая реакция.
В этом случае реакция заканчивается установлением химического равновесия и равновесная смесь содержит как продукты реакции, так и остаток исходных веществ. Пусть к моменту установления равновесия образовалось, например, х моль продукта С – это опорное вещество, то
a A + в В с С + d D
|
Начало реакции: |
|
| ||
|
Равновесие: |
|
|
|
|
моль
моль
Пример 1. Раствор, содержащий 20,0 г гидроксида натрия поглотил 6,72 л углекислого газа (н. у.). Определите продукты реакции и их количества.
При поглощении раствором щелочи кислотных оксидов (СО 2 ,SO 2 ,P 2 O 5 и др.) или водородных соединений (H 2 Sи др.), которым соответствуют многоосновные кислоты, на первом этапе при избытке щелочи всегда образуются средние соли, которые на втором этапе при наличии избытка поглощаемого реагента частично или полностью переходят в кислые соли:
СО 2 (газ) + 2 NaOH = Na 2 CO 3 + Н 2 О
Остаток углекислого газа реагирует с карбонатом натрия:
Na 2 CO 3 + СО 2 (газ) + Н 2 О = 2 NaHСО 3
|
окончание реакции: |
|
|
Итак, в растворе присутствует смесь солей: 0,1 моль NaHCO 3 и 0,2 моль Na 2 CO 3 .
Пример 2. В стакан с 200 мл раствора фосфорной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/л внесли 6 г гидроксида натрия. Определите состав раствора после окончания реакции.
При нейтрализации щелочью (NaOH, KOH, NH 3 и др.) многоосновных кислот происходит последовательное замещение атомов водорода на металл или аммонийную группу и состав продуктов реакции зависит от соотношения количеств реагентов. В нашем случае, если – образуетсяNaH 2 PO 4 ; если 1: 2 , то Na 2 HPO 4 и если 1: 3 , то Na 3 PO 4 . В промежуточных вариантах возникает смесь солей.
Найдем
исходные количества реагентов:
;
,
– имеет место промежуточный вариант
между 1: 1 и 1: 2 , поэтому реакция идет в
два этапа:
H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O
NaH 2 PO 4 + NaOH = Na 2 HPO 4 + H 2 O
Итак, в растворе после реакции присутствует смесь солей – по 0,05 моль NaH 2 PO 4 и Na 2 HPO 4 .
Успех в проведении расчетов по цепочкам химических уравнений в случае, когда продукт одной реакции является исходным веществом для другой, зависит от правильного выбора последовательности переходов от одного уравнения к другому. Выбрав согласно условию задачи опорное вещество, стрелками удобно указать последовательность расчета, помня при этом, что вещество, полученное в предыдущей реакции, в том же количестве используется в последующей если, естественно, в ходе всего многостадийного процесса нет потерь и выход каждой реакции 100 %.
Пример 3. Сколько литров хлора и водорода (н.у.) необходимо для получения хлороводорода, способного нейтрализовать раствор щелочи, образующийся при растворении в воде 13,7 г бария.
Составим уравнения всех реакций и стрелками укажем последовательность расчета:
Опорное вещество барий и его количество
(Ва) =
.
Цепочка расчетов:
уравнение (I) - (Ba(OH) 2 /
I) =
=>
уравнение (II) - (HCl / II)=> уравнение (III) –
(Cl 2) =(H 2) =
,
тогда V(H 2) = V(Cl 2) = 0,1 моль· 22,4 л/моль = 2,24 л.
При решении задач на смеси веществ необходимо прежде всего для каждого компонента смеси отдельно записать все химические реакции, в которых он может участвовать в соответствии с условием задачи. В качестве опорных веществ обычно выбирают вещества исходной смеси и их количества (число молей) обозначают как неизвестные – x, y, z, …., а затем составляют уравнения материального баланса по количеству, массе или объему (для газов) участников химических реакций, где два последних необходимо выразить через неизвестные. Число балансовых уравнений должно быть равно числу неизвестных. На последнем этапе решается полученная система алгебраических уравнений.
Пример 4. При сгорании 13,44 л (н. у.) смеси водорода, метана и угарного газа образовалось 8,96 л углекислого газа и 14,4 г воды. Определить количества газов в смеси.
Уравнения реакций:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O (I)
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O (II)
2CO + O 2 = 2CO 2 (III)
Опорные вещества – CH 4 , H 2 и CO; обозначим их количества
ν(H 2) = x; ν(СH 4) = y; ν(CO) = z.
Составим три балансовых уравнения по числу неизвестных:
а) баланс по объему смеси:
V (H 2) + V(CH 4) + V(CO) = 13,44 л, введем в него неизвестные:
xV m + yV m + zV m = 13,44 или x + y + z =
0,6
моль;
б) баланс по количеству CO 2:
ν(CO 2 / II) + ν(CO 2 / III) = ν общ. (CO 2), но
;
ν(CO 2 /
II) = ν(CH 4)
= y; ν(CO 2 /
III) = 
z,
тогда
y + z = 0,4.
в) баланс по количеству H 2 O:
ν(H 2 O/ I) + ν(H 2 O/ II) = ν общ. (H 2 O), но
,
;
,
тогда x + 2y = 0,8.
Итак, получаем систему уравнений вида
,
которая легко решается устно
x = 0,2 моль; y = 0,3 моль; z = 0,1 моль.
"Не для муки, а для науки."
(Народная мудрость)
Расчеты по уравнениям химических реакций
Классификация химических реакций. Реакции соединения, разложения, замещения, двойного обмена, окислительно-восстановительные реакции. Уравнения химических реакций. Подбор стехиометрических коэффициентов в уравнениях реакций. Расчеты по уравнениям реакций. Определение количества вещества и массы реагентов и продуктов. Определение объема газообразных реагентов и продуктов. Теоретический и практический выход продукта реакции. Степень чистоты химических веществ.
Примеры решения типовых задач
Задача 1. При рентгеноскопическом исследовании организма человека применяют так называемые рентгеноконтрастные вещества. Так, перед просвечиванием желудка пациенту дают выпить суспензию труднорастворимого сульфата бария, не пропускающего рентгеновское излучение. Какие количества оксида бария и серной кислоты потребуются для получения 100 сульфата бария?
Решение.
BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 + H 2 O
m (BaSO 4) = 100 г; M (BaSO 4) = 233 г/моль
n (BaO) = ?
n (H 2 SO 4) = ?
В соответствии с коэффициентами уравнения реакции, которые в нашем случае все равны 1, для получения заданного количества BaSO 4 требуются:
n (BaO) = n (BaSO 4) = m (BaSO 4) / M(BaSO 4) = 100: 233
[г: (г/моль)] = 0,43 моль
n (H 2 SO 4) = n (BaSO 4) = m (BaSO 4) / M (BaSO 4) = 100: 233
[г: (г/моль)] = 0,43 моль
Ответ. Для получения 100 г сульфата бария требуются 0,43 моль оксида бария и 0,43 моль серной кислоты.
Задача 2. Прежде чем вылить в канализацию жидкие отходы лабораторных работ, содержащие соляную кислоту, полагается их нейтрализовать щелочью (например, гидроксидом натрия) или содой (карбонатом натрия). Определите массы NaOH и Na 2 CO 3 , необходимые для нейтрализации отходов, содержащих 0,45 моль HCl. Какой объем газа (при н.у.) выделится при нейтрализации указанного количества отходов содой?
Решение. Запишем уравнения реакций и условия задачи в формульном виде:
(1) HCl + NaOH = NaCl + H 2 O
(2) 2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2
n (HCl) = 0,45 моль; M(NaOH) = 40 г/моль;
M (Na 2 CO 3) = 106 г/моль; V M = 22,4 л/моль (н.у.)
n (NaOH) = ? m (NaOH) = ?
n (Na 2 CO 3) = ? m (Na 2 CO 3) = ?
V (CO 2) = ? (н.у.)
Для нейтрализации заданного количества HCl в соответствии с уравнениями реакций (1) и (2) требуется:
n (NaOH) = n (HCl) = 0,45 моль;
m (NaOH) = n (NaOH) . M (NaOH) = 0,45 . 40
[моль. г/моль] = 18 г
n (Na 2 CO 3) = n
m (Na 2 CO 3) = n (Na 2 CO 3) / M (Na 2 CO 3) = 0,225 . 106
[моль. г/моль] = 23,85 г
Для расчета объема углекислого газа, выделившегося при нейтрализации по реакции (2), дополнительно используется уравнение, связывающие между собой количество газообразного вещества, его объем и молярный объем:
n (CO 2) = n (HCl) / 2 = 0,45: 2 [моль] = 0,225 моль;
V (CO 2) = n (CO 2) . V M = 0,225 . 22,4 [моль. л/моль] = 5,04 л
Ответ. 18 г NaOH; 23,85 г Na 2 CO 3 ; 5,04 л CO 2
Задача 3. Антуан-Лоран Лавуазье открыл природу горения различных веществ в кислороде после своего знаменитого двенадцатидневного опыта. В этом опыте он сначала длительное время нагревал в запаянной реторте навеску ртути, а позже (и при более высокой температуре) - образовавшийся на первом этапе опыта оксид ртути(II). При этом выделялся кислород, и Лавуазье стал вместе с Джозефом Пристли и Карлом Шееле первооткрывателем этого важнейшего химического элемента. Рассчитайте количество и объем кислорода (при н.у.), собранный при разложении 108,5 г HgO.
Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:
2HgO = 2Hg + O 2
m (HgO) = 108,5 г; M (HgO) = 217 г/моль
V M = 22,4 л/моль (н.у.)
V (O 2) = ? (н.у.)
Количество кислорода n (O 2), который выделяется при разложении оксида ртути(II), составляет:
n (O 2) = 1/2 n (HgO) = 1/2 m (HgO) / M (HgO) = 108,5 / (217 . 2}
[г: (г/моль)] = 0,25 моль,
а его объем при н.у. - V (O 2) = n (O 2) . V M = 0,25 . 22,4
[моль. л/моль] = 5,6 л
Ответ. 0,25 моль, или 5,6 л (при н.у.) кислорода.
Задача 4. Важнейшая проблема в промышленном производстве удобрений - получение так называемого "связанного азота". В настоящее время ее решают путем синтеза аммиака из азота и водорода. Какой объем аммиака (при н.у.) можно получить в этом процессе, если объем исходного водорода равен 300 л, а практический выход (z) - 43 %?
Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:
N 2 + 3H 2 = 2NH 3
V (H 2) = 300 л; z(NH 3) = 43% = 0,43
V (NH 3) = ? (н.у.)
Объем аммиака V (NH 3), который можно получить в соответствии с условием задачи, составляет:
V (NH 3) практ = V (NH 3) теор. z(NH 3) = 2/3 . V (H 2) . z(NH 3) =
2/3 . 300 . 0,45 [л] = 86 л
Ответ. 86 л (при н.у.) аммиака.
Если приведенные здесь типовые задачи стали Вам совершенно понятны, приступайте к решению
