Расчеты по химическим уравнениям 8. Химия - комплексная подготовка к внешнему независимому оцениванию

Главная Поделки Расчеты по химическим уравнениям 8. Химия - комплексная подготовка к внешнему независимому оцениванию

Физическая

величина

Единицы измерения

Количество

вещества

Молярная масса (M)

Молярный объем (V m)

Число Авогадро (N a)

Наиболее часто применяется

В 1000 раз большая

В 1000 раз меньшая

Задача 121.
Смешано 7,3г НСI с 4,0г NH 3 . Сколько граммов NH 4 С1 образуется? Найти массу оставшегося после реакции газа.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

Молекулярные массы HCl, NH 3 и NH 4 Cl соответственно равны 36,453, 17 и 53,453. Следовательно, их мольные массы составляют 36,453; 17; 53,453г/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль HCl реагирует с 1 моль NH 3 , образуя 1 моль NH4Cl. Находим, какое вещество взято в недостатке:

В недостатке взято 0,2 моля HCl, значит, расчёт массы, образовавшейся соли NH 4 Cl, производим по количеству соляной кислоты:

m(NH 4 Cl) = 0,2 . 53,453 = 10,69г.

Затем рассчитаем массу NH3, вступившего в реакцию с HCl:

m(NH 3) = 0,2. 17 = 3,4г.

Ответ: 10,69г NH 4 Cl; 3,4г NH 3 .

Задача 122.
Какой объем воздуха потребуется для сжигания 1м 3 газа, имеющего следующий состав по объему: 50% Н 2 , 35% СН 4 , 8% СО, 2% С 2 Н 4 и 5% негорючих примесей. Объемное содержание кислорода в воздухе равно 21%.
Решение:
Рассчитаем объём кислорода, необходимый для сжигания газов.

а) Уравнение реакции сгорания водорода:

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О

Находим объём водорода, содержащегося в 1м 3 газа из пропорции:

Согласно уравнению реакции на сжигание 2 молей Н 2 расходуется 1 моль О 2 т. е. на сжигание 44,8л водорода требуется 22,4л кислорода.

б) Уравнение реакции сгорания метана:

СН 4 + О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Находим объём метана, содержащегося в 1м 3 газа из пропорции:

Согласно уравнению реакции на сжигание 1 моль СН 4 расходуется 2 моля О 2 т. е. на сжигание 22,4л метана требуется 44,8л кислорода.

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

в) Уравнение реакции горения угарного газа:

2CO + O 2 = 2CO 2

Находим объём угарного газа, содержащегося в 1м 3 газа из пропорции:

Согласно уравнению реакции на сжигание 2 молей СО расходуется 1 моль О 2 т. е. на сжигание 44,8л угарного газа требуется 22,4л кислорода.

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

г) Уравнение реакции горения этилена:

C 2 H 4 + 3O 2 = 2CO 2 + 2H 2 O

Согласно уравнению реакции на сжигание 1 моль С 2 Н 4 расходуется 3 моль О 2 , т.е. затрачивается в три раз больший объём кислорода, чем этилена.

Кислорода для сжигания этилена требуется в три раза больше по объёму, чем этилена, а именно 60л (20 . 3 = 60).

Теперь находим общий объём кислорода, затраченный на сжигание 1м 3 газа:

V(O 2) = 250 + 700 + 40 + 60 = 1050 л.

Рассчитаем объём воздуха, содержащий 1050 л кислорода из пропорции

Ответ: 5м 3

Задача 123.
При пропускании водяного пара над раскаленным углем получается водяной газ, состоящий из равных объемов СО и Н 2 . Какой объем водяного газа (условия нормальные) может быть получен из 3,0 кг угля?
Решение:

C(к) + H 2 О(г) = СО(г) + Н 2 (г)

Согласно уравнению реакции из одного моля угля и одного моля воды образуется «водяной газ», состоящий из одного моля угарного газа и одного моля водорода. Мольная масса углерода равна 12 кг/кмоль; 1 кмолоь «водяного газа» занимает объём 44,8м 3 .

Рассчитаем объём водяного газа, образуемого из 3кг угля из пропорции:

Ответ: 11,2м 3 .

Задача 124.
Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и СО 2 . Какая масса природного известняка, содержащего 90% (масс.) СаСО 3 , потребуется для получения 7,0т негашеной извести?
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

СаСO 3 CaO + CO 2

Молекулярные массы СаСО 3 и СаО соответственно равны 100 и 56, следовательно, их мольные массы составляют 100 и 56г/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль СаСО 3 образует 1 моль СаО. Находим теоретический выход негашёной извести из пропорции:

Находим массу природного известняка из пропорции:

Ответ: 13,9т.

Задача 125.
К раствору, содержащему 6,8г АIСl 3 , прилили раствор, содержащий 5,0г КОН. Найти массу образовавшегося осадка.
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

АIСl 3 + 3КОН = Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 O

Мольные массы АlCl 3 , KOH и Al(OH)3 соответственно равны 133,34; 56 и 78 г/моль. Рассчитаем количество реагирующих веществ по формуле:

Где n
Отсюда

Согласно уравнению реакции 1 моль AlCl 3 реагирует с 3 моль КОН с образованием 1 моль Al(OH) 3 , т.е. КОН должно 0,15 моль (0,05 . 3 = 0,15), чем взято по условию задачи (0,09 моль). Таким образом, КОН взят в недостатке, поэтому расчёт массы Al(OH) 3 проводим по КОН, получим:

Ответ: 2,3г

Задача 126.
Через раствор, содержащий 7,4г гидроксида кальция, пропустили 3,36л диоксида углерода, взятого при нормальных условиях. Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Молекулярные массы Са(ОН)2 и СаСО 3 соответственно равны 74 и 100, следовательно, их мольные массы составляют 74 и 100г/моль. Согласно уравнению реакции из 1 моль Са(ОН) 2 и 1 моль СО 2 образуется 1 моль СаСО 3 . Рассчитаем количество реагирующих веществ по формуле

Где n - количество вещества, моль; m(B) – масса вещества, г; M(B) – мольная масса, г/моль.

Следовательно, СО 2 взят в избытке и поэтому расчёт массы образовавшегося СаСО 3 будем проводить по Са(ОН) 2 .

m(CaCO 3) = n(CaCO 3) . M(CaCO 3) = 0,1 . 100 = 10г.

Ответ: 10г

3Сu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Мольные массы Cu и Cu(NO 3) 2 соответственно равны 63,55 и 187,55г/моль. Согласно уравнению реакции из 3 моль Cu образуется 3 моль Cu(NO 3) 2 . Рассчитаем массу Cu(NO 3) 2 , образующуюся при растворении 10г меди в азотной кислоте:

Находим мольную массу кристаллогидрата нитрата меди:

M[(Cu(NO 3) 2) . 3H2O] = 187,55 + (3 . 18) = 214,55г/моль.

Рассчитаем массу образовавшегося кристаллогидрата меди:

Ответ : 38г

Задача 128.
При обработке раствором гидроксида натрия 3,90г смеси алюминия с его оксидом выделялось 840 мл газа, измеренного при нормальных условиях. Определить процентный состав (по массе) исходной смеси.
Решение:
Уравнения протекающих реакций:

Следовательно, водород образуется при растворении алюминия в растворе щёлочи Согласно уравнению реакции из 2 моль Al (2 . 27 = 54г) образуется 3 моль Н 2 или 67,2л (3 . 22,4 = 67,2). Рассчитаем массу алюминия в смеси из пропорции:

Теперь находим процентное содержание алюминия в смеси по формуле:

Где(B) - массовая доля вещества (В) в процентах, %; m(B) - масса вещества (В) в смеси, г; m(смеси) - масса смеси веществ, г.

Ответ: 17,3%.

Задача 129.
5,10г порошка частично окисленного магния обработали соляной кислотой. При этом выделилось 3,74л Н 2 , измеренного при нормальных условиях. Сколько процентов магния (по массе) содержалось в образце?
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2

Мольная масса Mg равна 24,312г/моль, мольный объём газа равен 22,4л/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль магния выделяет 1 моль водорода. Рассчитаем массу магния, которая растворилась в кислоте из пропорции:

Процентный состав магния в образце определяем из пропорции:

Для расчётов очень важно выбрать соответствующие друг другу единицы измерения массы, объёма и количества веществ. С этой целью можно воспользоваться таблицей 7.

Таблица 7
Соотношение некоторых единиц физико-химических величин

Для того чтобы решить расчётную задачу по химии, можно воспользоваться следующим алгоритмом.

Составить уравнение химической реакции.
Перевести данные задачи (массу или объём) в количество вещества (моль, кмоль, ммоль).
Если по условию задачи в реакцию вступают вещества, содержащие примеси, то сначала надо определить массу чистого вещества, а затем рассчитать его количество; если в задаче речь идёт о растворе, то сначала надо вычислить массу растворённого вещества, которое затем перевести в количество вещества.
Над соответствующей формулой в уравнении записать найденное количество вещества, а количества над формулами искомых веществ обозначить через х и у.
Найти количества искомых веществ, зная, что количественные отношения между веществами соответствуют коэффициентам перед их формулами в уравнении реакции.
Перевести найденные количества веществ в массу или объём.
Оформить ответ.

Задача 1. Рассчитайте объём водорода (н. у.), который потребуется для взаимодействия с 480 кг оксида железа (III). Вычислите количество вещества воды, которое при этом образуется.

2. а) Для того чтобы найти количество вещества оксида железа (III), сначала рассчитаем его молярную массу (в данном случае киломолярную, так как масса оксида железа (III) дана в килограммах (см. табл. 7)):

Mr(Fe 2 O 3) = 56 2 + 16 3 = 160;

M(Fe 2 O 3) = 160 кг/кмоль.

б) Найдём количество вещества оксида железа (III) в ки-ломолях, так как исходное данное в задаче предложено в килограммах:

3. Над формулой исходного вещества - оксида железа (III) - в уравнении реакции запишем найденное количество вещества - 3 кмоль, а количества веществ водорода и воды обозначим над их формулами соответственно через х и у:

4. а) Согласно уравнению реакции 1 кмоль оксида железа (III) взаимодействует с 3 кмоль водорода. Следовательно, 3 кмоль оксида железа (III) соответствует в три раза большее количество вещества водорода, т. е. х = 9 кмоль.

б) Рассчитаем объём водорода по найденному количеству вещества:

5. Согласно уравнению реакции из 1 кмоль оксида железа (III) образуется 3 кмоль воды, а из 3 кмоль оксида железа (III) - в три раза большее количество вещества воды, т. е. у = 9 моль.

Ответ: V(Н 2) = 201,6 м 3 ; n(Н 2 O) = 9 кмоль.

Задача 2. Какой объём воздуха (н. у.) потребуется для взаимодействия с 270 г алюминия, содержащего 20% примесей? Какое количество вещества оксида алюминия при этом получится?

3. Над формулой алюминия в уравнении реакции запишем найденное количество - 8 моль, а количества кислорода и оксида алюминия обозначим соответственно через х и у:

4. Согласно уравнению реакции 4 моль алюминия взаимодействует с 3 моль кислорода, в результате чего получается 2 моль оксида алюминия. Следовательно, 8 моль алюминия соответствуют 6 моль кислорода и 4 моль оксида алюминия.

n(O 2) = 6 моль; n(А1 2 O 3) = 4 моль.

5. Рассчитаем объём кислорода по найденному количеству вещества:

V(O 2) = n(O 2) Vm;

V(O 2) = б моль 22,4 л/моль = 134,4 л.

6. Однако в задаче требуется найти объём не кислорода, а воздуха. В воздухе содержится 21% кислорода по объёму. Преобразуя формулу φ = V(O 2)/V(возд), найдём объём воздуха:

V(возд) = V(O 2) : φ(O 2) = 134,4: 0,21 = 640 (л).

Ответ: V(возд) = 640 л; n(Аl 2 O 3) = 4 моль.

Задача 3. Какой объём водорода (н. у.) выделится при взаимодействии 730 г 30%-й соляной кислоты с необходимым по реакции количеством вещества цинка? Каково это количество вещества?

3. Над формулой хлороводорода в уравнении реакции запишем найденное количество вещества - 6 моль, а количество веществ цинка и водорода обозначим соответственно через х и у:

4. Согласно уравнению реакции 2 моль хлороводорода взаимодействует с 1 моль цинка, в результате чего получается 1 моль водорода. Следовательно, 6 моль хлороводорода соответствуют 3 моль цинка и 3 моль водорода.

5. Рассчитаем объём водорода по найденному количеству:

V(H 2) = n(H 2) V m ;

V(H 2) = 3 моль 22,4 л/моль = 67,2 л.

Ответ: V(H 2) = 67,2 л; n(Zn) = 3 моль.

Ключевые слова и словосочетания

Единицы важнейших величин.
Алгоритм вычисления по уравнению реакции.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

Какой объём водорода (н. у.) и количество вещества соли образуется при взаимодействии соляной кислоты с 540 мг алюминия, содержащего 4% примесей?
Какая масса оксида кальция получится при разложении 250 кг карбоната кальция, содержащего 20% примесей? Какой объём (н. у.) оксида углерода (IV) при этом выделится?
Сколько молекул кислорода и какой объём водорода (н. у.) образуется при разложении 180 г воды?
Придумайте условие задачи, в которой необходимо использовать приведённое ниже уравнение, и решите её:
Н 3 РO 5 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O.
Придумайте и решите задачу, в условиях которой была бы дана масса раствора вещества с определённой массовой долей растворённого вещества, а требовалось бы найти количество вещества одного из веществ и объём другого. При составлении задачи используйте уравнение реакции:
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2 .

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №1

с. Чермен Пригородного района РСО-Алания

Открытый урок по химии

в 8-ом классе по теме:

«РАСЧЕТЫ ПО ХИМИЧЕСКИМ УРАВНЕНИЯМ»

подготовила

учитель химии

Цаболова Фиалета Тарасовна

с. Чермен 2015 год

Расчеты по химическим уравнениям

Цели урока:

научить учащихся производить расчеты по химическим уравнениям,

способствовать в ходе урока повторению представлений о химическом уравнении, о реакциях разложения, замещения, соединения, обмена,

рассмотреть условия протекания реакций.

Ход урока

1. Организационный момент

Урок начинается с фронтального опроса:

Что называется химической реакцией?

Чем отличается химическая реакция от физического явления? Привести примеры химических реакций и физических явлений?

Что такое химическое уравнение?

Какие типы химических реакций вы знаете?

Что называется реакцией соединения? Примеры привести.

Какие реакции называются реакциями разложения? Примеры.

Что называется реакцией замещения? Примеры.

Какие реакции называются обменными? При каких условиях обменные реакции протекают до конца?

Каковы правила «уравнивания» химических реакций?

Какими формулами пользуются для нахождения количества вещества?

Сформулируйте закон сохранения массы веществ?

2. Расчеты по уравнениям химических реакций

Напомнить учащимся, что они уже умеют производить расчеты по формулам, находить при этом количество вещества, массу и объем соединения.

По формулам химических соединений вы умеете рассчитывать массовые доли элементов. Сегодня мы научимся рассчитывать эти данные по уравнениям химических реакций. В течение одного урока нельзя научиться решению задач различных типов. Но на этом уроке мы постараемся разобрать наиболее рациональную запись решения химических задач.

Далее объяснить, что химическое уравнение показывает не только качественную сторону процесса, но (что очень важно) количественную его сторону. Далее рассмотреть и разобрать с учащимися алгоритм решения задач.

В первую очередь нужно учить учащихся краткой записи условий самый легкий вариант задачи в одно действие.

Задача 1: Какой объем водорода (н.у.) можно получить при взаимодействии 36,5г 10% ‒ ного раствора соляной кислоты с цинком? Сколько ионов соли образуется в данной реакции?

II. Сделать краткую запись условия задачи по схеме:

Дано (н.у.): Решение:

m р-ра (HCl) = 36,5г

W(HCl) = 10% = 0,1

V(H 2) − ? (л)

III. Решить задачу по памятке:

1. Если вещество дано в виде смеси (раствора), найти массу (объем) чистого вещества по формулам:

а) m в-ва = б) m в-ва = в)

m(HCl) = 36,5∙0,1 = 3,65г

2. Для вещества в чистом виде данные по условию задачи, не выраженные в молях , перевести в количество вещества по формулам:

а) если это масса вещества: n = , где {M}={Mr} или {M}={Аr}

б) если это объем вещества: n = , значение V m приведено в таблице 1

в) если это число частиц: n = , значение N a приведено в таблице 1

Mr(HCl)=1+35,5=36,5 = M(HCl)=36,5 = n (HCl)= = 0,1

3. Составить уравнение химической реакции. Обязательно проверить правильность расстановки коэффициентов:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

4. Записать данные выраженные в молях в уравнение реакции:

а) данные по условию задачи (известные и неизвестные) записать над формулами соответствующих веществс единицами измерения.

0,1 моль x моль у моль

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

б) данные по уравнению реакции записатьпод формулами веществ (количество вещества определить по коэффициентам перед формулами соответствующих веществ).

Zn + 2 HCl = 1 ZnCl 2 + 1 H 2

2 моль 1 моль 1 моль

5. Составить и решить пропорцию:

а) левую часть пропорции записать по одному веществу;

б) правую часть пропорции записать по другому веществу;

в) одна из частей пропорции (левая или правая) должна содержать известные величины.

0,1 моль x моль у моль

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

2 моль 1 моль 1 моль

1 пропорция: 2 пропорция:

(HCl) (ZnCl 2) (HCl) (H 2)

х = = 0,05 моль у = = 0,05 моль

6. Соотнести полученные данные с условием задачи. Использовать формулы перевода для нахождения величины:

а) масса вещества: m = n∙M ;

б) объём вещества: V = n∙V m

в) число частиц (молекул, атомов, ионов) N = n∙N a

x = 0,05моль = n (ZnCl 2), а надо и N(ZnCl 2) = по формуле (в)

у = 0,05моль = n (H 2), а надо V(H 2) = по формуле (б)

N(ZnCl 2) = 0,05∙6,02 ∙ 10 23 = 0,301 ∙ 10 23 =3,01 ∙ 10 22 (молекул);

V(H 2) = 0,05∙ 22,4 = 1,12

IV Записать ответ задачи.

Ответ: V(H 2) = 1,12 ; N(ZnCl 2) = 3,01 ∙ 10 22 (ионов)

Таблица 1. Соотношение некоторых физико-химических величин и их единиц

Задача 2: Рассчитайте объем водорода (н.у.), который потребуется для взаимодействия с 230 кг оксида железа (ІІІ). Вычислите количество вещества воды, которое при этом образуется.

Дано: Решение:

m(Fe 2 O 3)=230кг 1. Запишем уравнение химической реакции:

V(H 2) - ?

n(H 2 O) - ? 2. Запишем известные и неизвестные числовые значения над формулами веществ в уравнении.

Так как масса дана в килограммах, то объем находим в кубических метрах, а количество вещества – в киломолях. И тогда:

230кг х м 3 y кмоль

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

где х – объем водорода V(H 2), y – количество вещества воды n(H 2 O).

3. а)Найдем заданную химическим уравнением массу 1кмоль Fe 2 O 3 и запишем полученное значение под его формулой:

Мr(Fe 2 O 3) = 56 * 2 + 16 * 3 = 160,

М(Fe 2 O 3) = 160 кг/кмоль.

б) Найдем заданный уравнением объем 3 кмоль водорода V = Vm*n, запишем под формулой водорода найденное значение: V(3H 2) = 22,4 м 3 /кмоль * 3 кмоль = 67,2 м 3 .

в) Под формулой воды укажем ее количество, заданное уравнением, - 3 кмоль.

Уравнение принимает вид

230кг х м 3 y кмоль

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

160кг 67,2 м 3 3 кмоль

4. Составим и решим пропорции:

а) 230 = х, х = 230*67,2 = 201,6 (м 3) – объем водорода V(H 2)

б) 230 = y , y = 230*3 = 9 (кмоль) – количество вещества воды n(H 2 O).

Задача 3: Найти массу сульфата бария, полученного при взаимодействии 980 г 5% серной кислоты с нитратом бария.

Решение:

Важно добиться понимания учащимися того, что отношение числа реагирующих веществ и продуктов реакции, выраженное в уравнении реакции коэффициентами, есть в то же время отношение числа молей. Отношение числа молекул реагирующих веществ соответствует отношению числа молей этих веществ, так как в 1 моле разных веществ содержится одинаковое число молекул равное .

Выводы : Итак, сегодня мы приступили к решению расчетных задач по химическим уравнениям. Мы рассмотрели самые простые задачи, их алгоритм решения. По какому способу вы будите решать задачи, выберите сами. Важно, чтобы было понимания и правильный ход рассуждений. Отныне мы до конца 11 класса будем сталкиваться с решением задач, познакомимся с различными вариантами и типами химических задач.

3. Итог урока

Сегодня на уроке мы с вами научились проводить расчеты с помощью химических уравнений. Затем прокомментировать оценки и дать домашнее задание.

4. Домашнее задание: повторить упр.1,2

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 иначальные количества реагентов А и В и
, т.е. вещество А взято в избытке, тогда

a A + в В = с С + d D

моль

(избыток)

моль

(недостаток)

окончание реакции:

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:	моль	моль
Равновесие:

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.

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: