Koulutusportaali. Kemia - kattava valmistautuminen ulkoiseen riippumattomaan arviointiin Oppitunti laskelmista kemiallisten kaavojen avulla

"Ei jauhoille, vaan tieteelle."
(Kansanviisaus)

Laskelmat kemiallisten reaktioyhtälöiden avulla

Kemiallisten reaktioiden luokitus. Liitosreaktiot, hajoaminen, substituutio, kaksoisvaihto, redox-reaktiot. Kemiallisten reaktioiden yhtälöt. Stökiömetristen kertoimien valinta reaktioyhtälöissä. Laskutoimitukset reaktioyhtälöiden avulla. Aineen määrän ja reagenssien ja tuotteiden massan määritys. Kaasumaisten reagenssien ja tuotteiden tilavuuden määritys. Reaktiotuotteen teoreettinen ja käytännöllinen saanto. Kemikaalien puhtausaste.

Esimerkkejä tyypillisten ongelmien ratkaisemisesta

Tehtävä 1. Ihmiskehon röntgentutkimuksessa käytetään ns. radiovarjoaineita. Joten ennen vatsan skannausta potilaalle annetaan juotavaksi liukenematonta bariumsulfaattia, joka ei välitä röntgensäteitä. Mitä määriä bariumoksidia ja rikkihappoa tarvitaan 100 bariumsulfaatin tuottamiseen?

Ratkaisu.

BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 + H 2 O

m(BaS04) = 100 g; M(BaS04) = 233 g/mol

n(BaO) = ?

n(H2S04) = ?

Reaktioyhtälön kertoimien mukaisesti, jotka meidän tapauksessamme ovat yhtä suuria kuin 1, tietyn määrän BaSO 4 saamiseksi vaaditaan:

n(BaO) = n(BaS04) = m(BaS04)/M(BaS04) = 100:233

[g: (g/mol)] = 0,43 mol

n(H2SO4) = n(BaS04) = m(BaSO 4) / M(BaS04) = 100:233

[g: (g/mol)] = 0,43 mol

Vastaus. Jotta saadaan 100 g bariumsulfaattia, tarvitaan 0,43 mol bariumoksidia ja 0,43 mol rikkihappoa.

Tehtävä 2. Ennen kuin suolahappoa sisältävä nestemäinen laboratoriojäte kaadetaan viemäriin, se on neutraloitava alkalilla (esimerkiksi natriumhydroksidilla) tai soodalla (natriumkarbonaatti). Määritä NaOH:n ja Na 2 CO 3:n massat, jotka tarvitaan neutraloimaan 0,45 mol HCl:a sisältävää jätettä. Mikä määrä kaasua (normaaliolosuhteissa) vapautuu, kun määrätty määrä jätettä neutraloidaan soodalla?

Ratkaisu. Kirjoita reaktioyhtälöt ja tehtävän ehdot kaavamuotoon:

(1) HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

(2) 2HCl + Na 2CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2

n(HCl) = 0,45 mol; M(NaOH) = 40 g/mol;

M(Na2C03) = 106 g/mol; V M = 22,4 l/mol (n.s.)

n(NaOH) = ? m(NaOH) = ?

n(Na 2CO 3) = ? m(Na 2CO 3) = ?

V(CO2) = ? (Hyvin.)

Tietyn HCl-määrän neutraloimiseksi reaktioyhtälöiden (1) ja (2) mukaisesti vaaditaan:

n(NaOH) = n(HCl) = 0,45 mol;

m(NaOH) = n(NaOH). M(NaOH) = 0,45. 40

[mol. g/mol] = 18 g

n(Na2C03) = n

m(Na2C03) = n(Na 2 CO 3) / M(Na2C03) = 0,225. 106

[mol. g/mol] = 23,85 g

Neutraloinnin aikana vapautuvan hiilidioksidin tilavuuden laskemiseksi reaktion (2) mukaisesti käytetään lisäyhtälöä, joka suhteuttaa kaasumaisen aineen määrän, sen tilavuuden ja moolitilavuuden:

n(CO2) = n(HCl)/2 = 0,45: 2 [mol] = 0,225 mol;

V(CO2) = n(CO2). V M = 0,225. 22,4 [mol. l/mol] = 5,04 l

Vastaus. 18 g NaOH; 23,85 g Na2C03; 5,04 l CO 2

Tehtävä 3. Antoine-Laurent Lavoisier löysi kuuluisan 12 päivän kokeensa jälkeen hapen erilaisten aineiden palamisen luonteen. Tässä kokeessa hän lämmitti ensin elohopeanäytettä suljetussa retortissa pitkän aikaa ja myöhemmin (ja korkeammassa lämpötilassa) hän kuumensi kokeen ensimmäisessä vaiheessa muodostunutta elohopea(II)oksidia. Tämä vapauttaa happea, ja Lavoisierista tuli yhdessä Joseph Priestleyn ja Karl Scheelen kanssa tämän tärkeän kemiallisen alkuaineen löytäjä. Laske 108,5 g HgO:n hajoamisen aikana kerätyn hapen määrä ja tilavuus (normaaliolosuhteissa).

Ratkaisu. Kirjoita reaktioyhtälö ja ongelmaehto kaavan muotoon:

2HgO = 2Hg + O2

m(HgO) = 108,5 g; M(HgO) = 217 g/mol

V M = 22,4 l/mol (n.s.)

V(O2) = ? (Hyvin.)

Hapen määrä n(O 2), joka vapautuu elohopea(II)oksidin hajoamisen aikana, on:

n(O2) = 1/2 n(HgO) = 1/2 m(HgO) / M(HgO) = 108,5 / (217,2)

[g: (g/mol)] = 0,25 mol,

ja sen tilavuus maanpinnan tasolla - V(O2) = n(O2). V M = 0,25. 22.4

[mol. l/mol] = 5,6 l

Vastaus. 0,25 mol tai 5,6 litraa (standardiolosuhteissa) happea.

Tehtävä 4. Teollisen lannoitteiden tuotannon tärkein ongelma on ns. ”kiinteän typen” tuotanto. Tällä hetkellä se ratkaistaan ​​syntetisoimalla ammoniakkia typestä ja vedystä. Mikä tilavuus ammoniakkia (standardiolosuhteissa) voidaan saada tässä prosessissa, jos vedyn alkutilavuus on 300 l ja käytännön saanto (z) on 43 %?

Ratkaisu. Kirjoita reaktioyhtälö ja ongelmaehto kaavan muotoon:

N2 + 3H2 = 2NH3

V(H2) = 300 I; z(NH3) = 43 % = 0,43

V(NH3) = ? (Hyvin.)

Ammoniakin tilavuus V(NH 3), joka voidaan saada ongelmatilanteen mukaan, on:

V(NH 3) harjoitus = V(NH 3) teor. z(NH3) = 2/3. V(H2) . z(NH3) =

2/3. 300. 0,45 [l] = 86 l

Vastaus. 86 l (nro) ammoniakkia.

Jos tässä annetut tyypilliset tehtävät ovat sinulle täysin selviä, jatka niiden ratkaisemista.

Laskennallisia kemiallisia tehtäviä ratkaistaessa on osattava suorittaa laskelmia kemiallisen reaktion yhtälön avulla. Oppitunti on omistettu algoritmin tutkimiseen yhden reaktion osallistujan massan (tilavuus, määrä) laskemiseksi toisen reaktion osallistujan tunnetusta massasta (tilavuus, määrä).

Aihe: Aineet ja niiden muunnokset

Oppitunti:Laskelmat kemiallisen reaktion yhtälön avulla

Harkitse reaktioyhtälöä veden muodostumiselle yksinkertaisista aineista:

2H2 + O2 = 2H20

Voidaan sanoa, että kaksi vesimolekyyliä muodostuu kahdesta vetymolekyylistä ja yhdestä happimolekyylistä. Toisaalta samassa merkinnässä sanotaan, että jokaista kahden moolia vettä varten sinun on otettava kaksi moolia vetyä ja yksi mooli happea.

Reaktioon osallistuneiden moolisuhde auttaa tekemään kemiallisen synteesin kannalta tärkeitä laskelmia. Katsotaanpa esimerkkejä tällaisista laskelmista.

TEHTÄVÄ 1. Määritetään veden massa, joka muodostuu vedyn palamisen seurauksena 3,2 g:ssa happea.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi sinun on ensin luotava yhtälö kemialliselle reaktiolle ja kirjoitettava ongelman annetut ehdot sen päälle.

Jos tietäisimme reagoineen hapen määrän, voisimme määrittää veden määrän. Ja sitten laskemme veden massan, tietäen sen aineen määrän ja. Hapen määrän selvittämiseksi sinun on jaettava hapen massa sen moolimassalla.

Moolimassa on numeerisesti yhtä suuri kuin suhteellinen massa. Hapen kohdalla tämä arvo on 32. Korvataan se kaavaan: happiaineen määrä on yhtä suuri kuin suhde 3,2 g - 32 g/mol. Se osoittautui 0,1 mol.

Vesiaineen määrän selvittämiseksi jätetään suhde käyttämällä reaktion osallistujien moolisuhdetta:

Jokaista 0,1 moolia happea kohti on tuntematon määrä vettä, ja jokaista 1 happimoolia kohti on 2 moolia vettä.

Vesiaineen määrä on siis 0,2 mol.

Veden massan määrittämiseksi sinun on kerrottava veden määrän löydetty arvo sen moolimassalla, ts. kerrotaan 0,2 mol luvulla 18 g/mol, saadaan 3,6 g vettä.

Riisi. 1. Tallenna lyhyt tilanne ja ratkaisu tehtävään 1

Massan lisäksi voit laskea kaasumaisen reaktion osanottajan tilavuuden (normaaliolosuhteissa) tuntemallasi kaavalla, jonka mukaan kaasun tilavuus normaaleissa olosuhteissa. yhtä suuri kuin kaasuaineen määrän ja moolitilavuuden tulo. Katsotaanpa esimerkkiä ongelman ratkaisemisesta.

TEHTÄVÄ 2. Lasketaan hapen tilavuus (normaaliolosuhteissa), joka vapautuu 27 g:n veden hajoamisen aikana.

Kirjataan ylös reaktioyhtälö ja annetut tehtävän ehdot. Vapautuneen hapen tilavuuden selvittämiseksi sinun on ensin löydettävä vesiaineen määrä massan läpi, sitten määritettävä reaktioyhtälön avulla happiaineen määrä, jonka jälkeen voit laskea sen tilavuuden maanpinnan tasolla.

Vesiaineen määrä on yhtä suuri kuin veden massan suhde sen moolimassaan. Saamme arvon 1,5 mol.

Tehdään suhde: 1,5 moolista vettä muodostuu tuntematon määrä happea, 2 moolista vettä muodostuu 1 mooli happea. Näin ollen hapen määrä on 0,75 mol. Lasketaan hapen tilavuus normaaleissa olosuhteissa. Se on yhtä suuri kuin hapen määrän ja moolitilavuuden tulo. Minkä tahansa kaasumaisen aineen moolitilavuus ympäristön olosuhteissa. yhtä suuri kuin 22,4 l/mol. Korvaamalla numeeriset arvot kaavaan, saadaan happitilavuus, joka on 16,8 litraa.

Riisi. 2. Tallenna lyhyt ehto ja ratkaisu tehtävään 2

Kun tunnetaan tällaisten ongelmien ratkaisualgoritmi, on mahdollista laskea yhden reaktion osanottajan massa, tilavuus tai aineen määrä toisen reaktioon osallistujan massasta, tilavuudesta tai ainemäärästä.

1. Kemian tehtävä- ja harjoituskokoelma: 8. luokka: oppikirjoihin. P.A. Oržekovski ym. "Kemia. 8. luokka” / P.A. Oržekovski, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (s. 40-48)

2. Ushakova O.V. Kemian työkirja: 8. luokka: oppikirjaan P.A. Oržekovski ym. "Kemia. 8. luokka” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Oržekovski; alla. toim. prof. P.A. Oržekovski - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (s. 73-75)

3. Kemia. 8. luokka. Oppikirja yleissivistävää koulutusta varten laitokset / P.A. Oržekovski, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. - M.: Astrel, 2013. (§23)

4. Kemia: 8. luokka: oppikirja. yleissivistävää koulutusta varten laitokset / P.A. Oržekovski, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005. (§29)

5. Kemia: epäorgaaninen. kemia: oppikirja. 8 luokalle Yleissivistävä koulutus perustaminen /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Koulutus, OJSC “Moscow Textbooks”, 2009. (s. 45-47)

6. Tietosanakirja lapsille. Osa 17. Kemia / Luku. toim.V.A. Volodin, Ved. tieteellinen toim. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.

Muita verkkoresursseja

2. Digitaalisten koulutusresurssien yhtenäinen kokoelma ().

Kotitehtävät

1) s. 73-75 nro 2, 3, 5 kemian työkirjasta: 8. luokka: P.A. oppikirjaan. Oržekovski ym. "Kemia. 8. luokka” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Oržekovski; alla. toim. prof. P.A. Oržekovski - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

2) s. 135 nro 3,4 oppikirjasta P.A. Oržekovski, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova "Kemia: 8. luokka", 2013

Stökiometria- kvantitatiiviset suhteet reagoivien aineiden välillä.

Jos reagenssit joutuvat kemialliseen vuorovaikutukseen tiukasti määriteltyinä määrinä ja reaktion seurauksena muodostuu aineita, joiden määrä voidaan laskea, niin tällaisia ​​reaktioita kutsutaan ns. stoikiometrinen.

Stökiometrian lait:

Kutsutaan kemiallisten yhtälöiden kertoimia ennen kemiallisten yhdisteiden kaavoja stoikiometrinen.

Kaikki kemiallisia yhtälöitä käyttävät laskelmat perustuvat stoikiometristen kertoimien käyttöön ja liittyvät aineen määrien (moolimäärän) löytämiseen.

Aineen määrä reaktioyhtälössä (moolien lukumäärä) = kerroin vastaavan molekyylin edessä.

N A= 6,02 x 10 23 mol-1.

η - tuotteen todellisen massan suhde m p teoriassa mahdollista m t ilmaistuna yksikön murto-osina tai prosentteina.

Jos reaktiotuotteiden saantoa ei ole ilmoitettu tilassa, laskelmissa se on yhtä suuri kuin 100% (kvantitatiivinen saanto).

Laskentakaavio kemiallisten reaktioyhtälöiden avulla:

1. Kirjoita kemiallisen reaktion yhtälö.
2. Aineiden kemiallisten kaavojen yläpuolelle kirjoitetaan tunnetut ja tuntemattomat suuret mittayksiköineen.
3. Kirjoita kemiallisten kaavojen alle aineiden, joilla on tunnettuja ja tuntemattomia, näiden määrien vastaavat arvot, jotka löytyvät reaktioyhtälöstä.
4. Laadi ja ratkaise suhde.

Esimerkki. Laske 24 g magnesiumin täydellisen palamisen aikana muodostuneen magnesiumoksidin massa ja määrä.

Annettu: m(Mg) = 24 g Löytö: ν (MgO) m (MgO)

Ratkaisu: 1. Luodaan yhtälö kemialliselle reaktiolle: 2Mg + O2 = 2MgO. 2. Aineiden kaavojen alle ilmoitetaan stoikiometrisiä kertoimia vastaavan aineen määrä (moolimäärä): 2Mg + O2 = 2MgO 2 moolia 2 moolia 3. Määritä magnesiumin moolimassa: Magnesiumin suhteellinen atomimassa Ar (Mg) = 24. Koska moolimassaarvo on yhtä suuri kuin suhteellinen atomi- tai molekyylimassa M (Mg)= 24 g/mol. 4. Ehdossa määritellyn aineen massan avulla laskemme aineen määrän: 5. Magnesiumoksidin kemiallisen kaavan yläpuolella MgO, jonka massaa ei tunneta, asetamme xmooli, magnesiumkaavan yläpuolella Mg kirjoitamme sen moolimassan: 1 mooli xmooli 2Mg + O2 = 2MgO 2 moolia 2 moolia Suhteiden ratkaisemisen sääntöjen mukaan: Magnesiumoksidin määrä ν (MgO)= 1 mol. 7. Laske magnesiumoksidin moolimassa: M (Mg)= 24 g/mol, M(O)= 16 g/mol. M(MgO)= 24 + 16 = 40 g/mol. Laskemme magnesiumoksidin massan: m (MgO) = ν (MgO) × M (MgO) = 1 mol × 40 g/mol = 40 g. Vastaus: ν (MgO) = 1 mol; m (MgO) = 40 g.

Kemiallisia yhtälöitä käyttävät laskelmat (stoikiometriset laskelmat) perustuvat aineiden massan säilymislakiin. Todellisissa kemiallisissa prosesseissa, epätäydellisistä reaktioista ja häviöistä johtuen, tuotteiden massa on yleensä pienempi kuin teoreettisesti laskettu. Reaktiolähtö (ŋ) on tuotteen todellisen massan (m käytännön) ja teoreettisesti mahdollisen (m teoreettisen) suhde ilmaistuna yksikön murto-osina tai prosentteina:

ŋ= (m käytännön / m teoreettinen) 100%.

Jos reaktiotuotteiden saantoa ei ole määritelty ongelmaolosuhteissa, se otetaan laskelmissa 100 %:ksi (kvantitatiivinen saanto).

Esimerkki 1. Kuinka monta g kuparia muodostuu, kun 8 g kuparioksidia pelkistetään vedyllä, jos reaktion saanto on 82 % teoreettisesta?

Ratkaisu: 1. Laske kuparin teoreettinen saanto reaktioyhtälön avulla:

CuO + H2 = Cu + H2O

80 g (1 mol) CuO voi pelkistyessään muodostaa 64 g (1 mol) Cu; 8 g CuO voi pelkistyessään muodostaa X g Cu

2. Määritetään kuinka monta grammaa kuparia muodostuu 82 %:n tuotesaannossa:

6,4 g – 100 % saanto (teoreettinen)

X g – – 82 %

X = (8 82) / 100 = 5,25 g

Esimerkki 2. Määritä volframin valmistusreaktion saanto aluminotermisellä menetelmällä, jos 12,72 g metallia saatiin 33,14 g:sta WO 3:a ja ei-pelkistäviä epäpuhtauksia sisältävästä malmirikasteesta (epäpuhtauksien massaosuus 0,3).

Ratkaisu 1) Määritä WO 3:n massa (g) 33,14 g:ssa malmirikastetta:

ω(WO3) = 1,0 - 0,3 = 0,7

m(WO 3) = ω(WO 3) m malmi = 0,7 33,14 = 23,2 g

2) Määritetään volframin teoreettinen saanto 23,2 g WO 3:n pelkistyksen tuloksena alumiinijauheella:

WO 3 + 2AI = Al 2O 3 + W.

Kun 232 g (1 g-mol) WO 3 pelkistetään, muodostuu 187 g (1 g-mol) W ja 23,2 g WO 3 - X g W

X = (23,2 187) / 232 = 18,7 g W

3) Lasketaan volframin käytännön saanto:

18,7 g W –– 100 %

12,72 g W –– Y %

Y = (12,72 100) / 18,7 = 68 %.

Esimerkki 3. Kuinka monta grammaa bariumsulfaattisakkaa muodostuu, kun yhdistetään liuokset, jotka sisältävät 20,8 g bariumkloridia ja 8,0 g natriumsulfaattia?

Ratkaisu. Reaktioyhtälö:

BaCl2 + Na2S04 = BaS04 + 2NaCl.

Reaktiotuotteen määrä lasketaan käyttämällä alkuperäistä puutetta.

1). Ensin määritetään, mistä kahdesta lähtöaineesta on pulaa.

Merkitään g Na 2 SO 4 –– X määrää.

208 g (1 mol) BaCl2:a reagoi 132 g (1 mol) Na2S04:n kanssa; 20,8 g –– ja X g

X = (20,8 132) / 208 = 13,2 g Na2S04.

Olemme todenneet, että reaktio 20,8 g:lla BaCl 2:a vaatii 13,2 g Na 2 SO 4:a ja saadaan 18,0 g. Siten natriumsulfaattia otetaan reaktioon ylimäärin, ja lisälaskelmat tulisi tehdä BaCl 2:lla. otettu pulaan.

2). Määritämme saostuman BaSO 4 gramman lukumäärän. 208 g (1 mol) BaCl2 muodostaa 233 g (1 mol) BaS04:a; 20,8 g –– Y g

Y = (233 20,8) / 208 = 23,3 g.

Koostumuksen pysyvyyden laki

Sen muotoili ensimmäisenä J. Proust (1808).

Kaikilla yksittäisillä molekyylirakenteen kemiallisilla aineilla on jatkuva laadullinen ja määrällinen koostumus ja tietty kemiallinen rakenne valmistusmenetelmästä riippumatta.

Koostumuksen pysyvyyden laista seuraa, että kemialliset alkuaineet yhdistetään tietyissä määrällisissä suhteissa.

Esimerkiksi hiili ja happi muodostavat yhdisteitä, joilla on erilaiset hiilen ja hapen massasuhteet. CO C: O = 3: 4 CO2 C: O = 3: 8 Hiili ja happi eivät yhdisty millään muulla tavalla. Tämä tarkoittaa, että CO- ja CO2-yhdisteillä on vakiokoostumus, joka määräytyy yhdisteiden hiilivalenssin hapetusasteiden mukaan. Jokaisen alkuaineen valenssilla on tietyt arvot (niitä voi olla useita, vaihteleva valenssi), joten yhdisteiden koostumus on varma.

Kaikki yllä oleva koskee molekyylirakenteisia aineita. Koska molekyyleillä on tietty kemiallinen kaava (koostumus), niiden muodostamalla aineella on vakio koostumus (ilmeisesti kunkin molekyylin koostumuksen kanssa). Poikkeuksen muodostavat polymeerit (jotka koostuvat eripituisista molekyyleistä).

Tilanne on monimutkaisempi aineilla, joilla on ei-molekyylirakenne. Puhumme kondensoituneista (kiinteistä ja nestemäisistä) aineista. Koska NaCl - ioninen yhdiste kiinteässä tilassa (vuorotellen Na+ ja Cl-) kaasumaisessa tilassa - edustaa yksittäisiä NaCl-molekyylejä. On mahdotonta eristää yksittäisiä molekyylejä nestepisarassa tai kiteessä. Esimerkiksi FeO

Fe 2+ O 2– Fe 2+ O 2– jne. täydellinen kristalli

Vakion koostumuksen laki edellyttää, että Fe2+-ionien lukumäärä on täsmälleen yhtä suuri kuin O2–-ionien lukumäärä. Ja nämä luvut ovat valtavia jopa erittäin pienille kiteille (kuutio, 0,001 mm:n reuna on 5 × 1011). Tämä on mahdotonta oikealle kristallille. Oikeassa kristallissa säännöllisyysrikkomukset ovat väistämättömiä. Rauta(II)oksidi voi sisältää vaihtelevan määrän happea tuotantoolosuhteista riippuen. Oksidin todellinen koostumus ilmaistaan ​​kaavalla Fe1 – xO, jossa 0,16 ³ x ³ 0,04. Tämä on bertolidi, yhdiste, jonka koostumus vaihtelee, toisin kuin daltonidit, joiden x = 0. Ioniyhdisteen ei-stoikiometrisellä koostumuksella varmistetaan sähköinen neutraalisuus. puuttuvan Fe 2+ -ionin sijaan on läsnä Fe 3+

Atomiaineessa (ionittomassa) jotkin atomit voivat olla poissa ja jotkut voivat korvata toisensa. Tällaiset yhdisteet luokitellaan myös daltonideiksi. Messingin olennaisena osana olevan kuparin ja sinkin metallien välisen yhdisteen kaava, joka on koostumusalueella 40–55 at% Zn, voidaan kirjoittaa seuraavasti: (Cu0,9 – 1,0Zn0,1 – 0)( Cu0 –.0.2Zn0 – 0 ,8) kupariatomit voidaan korvata sinkkiatomeilla ja päinvastoin.

Koostumuksen pysyvyyden lakia noudatetaan siis tiukasti molekyylirakenteen omaaville aineille (poikkeuksia ovat korkea molekyylipaino), ja sitä sovelletaan rajoitetusti ei-molekyylisille aineille.

Alkuaineen massaosuus ω(E)– Tämä on yhden alkuaineen osuus aineen kokonaismassasta. Prosentteina tai osakkeina laskettuna. Merkitään kreikkalaisella kirjaimella ω (omega). ω osoittaa, mikä osa tietyn alkuaineen massa on aineen kokonaismassasta:

ω(E) = (n Ar(E)) / Mr

jossa n on atomien lukumäärä; Ar(E) - elementin suhteellinen atomimassa; Mr on aineen suhteellinen molekyylimassa.

Kun tiedetään yhdisteen kvantitatiivinen alkuainekoostumus, on mahdollista määrittää sen yksinkertaisin molekyylikaava. Yksinkertaisimman molekyylikaavan määrittäminen:

1) Nimeä yhdisteen A x B y C z kaava

2) Laske suhde X:Y:Z alkuaineiden massaosien kautta:

ω (A) = (x Ar(A)) / herra(A x B y C z)

ω (B) = (y Ar(B)) / herra(A x B y C z)

ω (C) = (z Ar(C)) / herra(A x B y C z)

X = (ω (A) Mr) / Ar(A)

Y = (ω (B) herra) / Ar(B)

Z = (ω (C) Mr) / Ar(C)

x: y: z = (ω (A) / Ar (A)) : (ω (B) / Ar (B)) : (ω (C) / Ar (C))

3) Tuloksena saadut luvut jaetaan pienimmällä, jolloin saadaan kokonaisluvut X, Y, Z.

4) Kirjoita ylös yhdisteen kaava.

Moninkertaisuuden laki

(D. Dalton, 1803)

Jos kaksi kemiallista alkuainetta antavat useita yhdisteitä, niin näiden yhdisteiden saman alkuaineen paino-osuudet, jotka osuvat toisen alkuaineen samaan paino-osaan, liittyvät toisiinsa pieninä kokonaislukuina.

N 2 O N 2 O 3 NO 2 (N 2 O 4) N 2 O 5

Happiatomien lukumäärä näiden yhdisteiden molekyyleissä kahta typpiatomia kohti on suhteessa 1:3:4:5.

Tilavuussuhteiden laki

(Gay-Lussac, 1808)

"Kemiallisiin reaktioihin joutuvien kaasujen tilavuudet ja reaktion tuloksena muodostuvien kaasujen tilavuudet liittyvät toisiinsa pieninä kokonaislukuina."

Seuraus. Stökiömetriset kertoimet kaasumaisten aineiden molekyylien kemiallisten reaktioiden yhtälöissä osoittavat, millä tilavuussuhteilla kaasumaiset aineet reagoivat tai saadaan.

Esimerkkejä.

a) 2CO + O 2 = 2CO 2

Kun kaksi tilavuutta hiili(II)oksidia hapetetaan yhdellä tilavuudella happea, muodostuu 2 tilavuutta hiilidioksidia, ts. alkuperäisen reaktioseoksen tilavuutta pienennetään 1 tilavuudella.

b) Ammoniakin synteesin aikana alkuaineista:

N2 + 3H2 = 2NH3

Yksi tilavuus typpeä reagoi kolmen tilavuuden kanssa vetyä; Tässä tapauksessa muodostuu 2 tilavuutta ammoniakkia - alkuperäisen kaasumaisen reaktiomassan tilavuus pienenee 2 kertaa.

"Mooli on yhtä suuri kuin aineen määrä järjestelmässä, joka sisältää saman määrän rakenneelementtejä kuin hiilessä on atomeja - 12 (12 C) ja painaa 0,012 kg (täsmälleen). Käytettäessä moolia rakenneelementit on määriteltävä ja ne voivat olla atomeja, molekyylejä, ioneja, elektroneja ja muita hiukkasia tai määrättyjä hiukkasryhmiä." Emme puhu hiilestä yleensä, vaan sen isotoopista 12 C, kuten atomimassayksikön käyttöönoton yhteydessä. Koska 12 g hiiltä 12 C sisältää 6,02 × 10 23 atomia, voidaan sanoa, että mooli on aineen määrä, joka sisältää 6,02 × 10 23 sen rakenneelementtejä (atomeja tai atomiryhmiä, molekyylejä, ioniryhmiä (Na 2 SO) 4), monimutkaiset ryhmät jne.). Luku N A = 6,02 × 10 23 on nimetty Avogadron vakio. Aineen moolimassa on yhden moolin massa. Sen tavallinen yksikkö on g/mol, symboli M.

Muista, että suhteellinen molekyylimassa (M r) on yhden molekyylin massan suhde atomimassayksikön massaan, joka on 1/N A g.

Olkoon aineen suhteellinen molekyylimassa yhtä suuri kuin M r. Lasketaan sen molekyylipaino M.

Yhden molekyylin massa: m = M r a.m.u. = M r × g

Yhden moolin massa (N A-molekyylit): M = m N A = M r × = M r. Näemme, että numeerinen moolimassa grammoina on sama kuin suhteellinen molekyylimassa. Tämä johtuu tietyn atomimassayksikön valinnasta (1/12 hiili-isotoopin massasta 12 C).

OSA I. YLEINEN KEMIIA

4. Kemiallinen reaktio

Esimerkkejä tyypillisten ongelmien ratkaisemisesta

II.Laskelmat kemiallisten reaktioyhtälöiden avulla

Tehtävä 7. Mikä tilavuus vetyä (n.s.) käytetään pelkistämään 0,4 mol kromi(III)oksidia?

Annettu:

Ratkaisu

Kirjoita reaktioyhtälö:

1. Kirjallisesta yhtälöstä on selvää, että

2. Vedyn tilavuuden selvittämiseksi käytämme kaavaa

Vastaus: V (H 2 ) = 26,88 l.

Tehtävä 8. Mikä massa alumiinia reagoi kloridihapon kanssa, jos vetyä vapautui 2688 ml (n.s.)?

Annettu:

Ratkaisu

Kirjoita reaktioyhtälö:

Tehdään suhde: 54 g alumiinia vastaa 67,2 litraa vetyä ja x g alumiinia vastaa 2,688 litraa vetyä:

Vastaus: m (A l) = 2,16 g.

Tehtävä 9. Kuinka paljon happea tulee käyttää polttamaan 120 m 3 typen ja hiili(II)oksidin seosta, jos typen tilavuusosuus seoksessa on 40 %?

Annettu:

Ratkaisu

1. Alkuseoksessa palaa vain hiili(II)oksidia, jonka tilavuusosuus on:

2. Kaavan mukaan Lasketaan hiili(II)oksidin tilavuus seoksessa:

3. Kirjoita reaktioyhtälö muistiin ja lasketaan tilavuussuhteiden lakia käyttäen:

Vastaus: V (O 2 ) = 3 6 m 3.

Tehtävä 10. Laske kaasuseoksen tilavuus, joka muodostuu 75,2 g kuprum(II)nitraattia lämpöhajoamisen seurauksena.

Annettu:

Ratkaisu

Kirjoita reaktioyhtälö:

1. Lasketaan kupri(II)nitraatin määrä. M (Cu(NO3)2) = 188 g/mol:

2. Laskemme muodostuvien kaasuaineiden määrän reaktioyhtälöiden mukaan:

3. Lasketaan kaasuseoksen tilavuus. V M = 22,4 l/mol:

Vastaus: V (seos) = 22,4 l.

Tehtävä 11. Mikä tilavuus rikkiä (I V ) oksidia saadaan paahtamalla 2,425 tonnia sinkkiseosta, jossa sinkkisulfidin massaosuus on 80 %?

Annettu:

Ratkaisu

1. Lasketaan massa ZnS sinkkisekoituksessa:

2. Luodaan reaktioyhtälö, jonka avulla lasketaan tilavuus SO2. M (ZnS) = 97 g/mol, V M = 22,4 l/mol:

Vastaus: V (SO 2 ) = 448 m 3 .

Tehtävä 12. Laske hapen tilavuus, joka voidaan saada täydellisellä lämpöhajoamisella 34 g divetyperoksidiliuosta, jonka massaosuus on H 2 O 2 30 %.

Annettu:

Ratkaisu

1. Lasketaan divetyperoksidin massa liuoksessa. M(H2 O 2 ) = 34 g/mol:

2. Luodaan reaktioyhtälö ja tehdään sen perusteella laskelmia. V M = 22,4 l/mol:

Vastaus: V (O 2 ) = 3,36 l.

Tehtävä 13. Kuinka paljon teknistä alumiinia, jonka massaosuus on 3 % epäpuhtauksia, tulee käyttää 2,5 mol rautaa erottamiseen rautahilseestä?

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälö ja lasketaan reaktioon käytettävän puhtaan alumiinin massa:

2. Koska alumiini sisältää 3 % epäpuhtauksia, niin

3. Kaavasta Lasketaan teknisen alumiinin massa (eli epäpuhtauksilla):

Vastaus: m (A l) Tekn. = 61,9 g.

Tehtävä 14. Kuumennettaessa 107,2 g kaliumsulfaatin ja kaliumnitraatin seosta vapautui 0,1 mol kaasua. Laske kaliumsulfaatin massa alkuperäisessä suoloseoksessa.

Annettu:

Ratkaisu

1. Kaliumsulfaatti on lämpöstabiili aine. Näin ollen vain kaliumnitraatti hajoaa kuumennettaessa. Kirjoita reaktio muistiin, laita suhde, määritä liuenneen aineen määrä kaliumnitraattia:

2. Lasketaan 0,2 mol kaliumnitraatin massa. M (KNO 3 ) = 101 g/mol:

3. Lasketaan kaliumsulfaatin massa alkuperäisessä seoksessa:

Vastaus: m(K 2SO 4) = 87 g.

Tehtävä 15. Kun 0,8 mol alumiininitraattia hajotettiin täydellisesti, saatiin 35,7 g kiinteää jäännöstä. Laske kiinteän jäännöksen sisältämän aineen suhteellinen saanto (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoitetaan yhtälö alumiininitraatin hajoamisreaktiolle. Tehdään suhde, määritetään aineen määrä n (A l 2 O 3):

2. Lasketaan muodostuneen oksidin massa. M(A l 2 O 3 ) = 102 g/mol:

3. Lasketaan suhteellinen tuotos A l 2 O 3 kaavan mukaan:

Vastaus: η (A 1203) = 87,5 %.

Tehtävä 16. 0,4 mol ferum(III)hydroksidia kuumennettiin täydelliseen hajoamiseen asti. Saatu oksidi pelkistettiin vedyllä, jolloin saatiin 19,04 g rautaa. Laske suhteellinen raudan saanto (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälöt muistiin:

2. Yhtälöiden avulla laadimme stoikiometrisen kaavion ja määritämme suhteiden avulla raudan teoreettisen saannon n(Fe)t-hyökkäys. :

3. Lasketaan raudan massa, joka voitaisiin teoreettisesti saada suoritettujen reaktioiden perusteella(M(Fe) = 56 g/mol):

4. Laske raudan suhteellinen saanto:

Vastaus: η (Fe) = 85 %.

Tehtävä 17. Kun 23,4 g kaliumia liuotetaan veteen, saadaan 5,6 litraa kaasua (n.o.). Laske tämän kaasun suhteellinen saanto (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälö muistiin ja lasketaan vedyn tilavuus, joka teoreettisesti, ts. reaktioyhtälön mukaisesti voidaan saada tietystä kaliummassasta:

Tehdään suhde:

2. Lasketaan vedyn suhteellinen saanto:

Vastaus: η (H2) = 83,3 %.

Tehtävä 18. Poltettaessa 0,0168 m 3 asetyleeniä saatiin 55 g hiiltä(I) V ) oksidi. Laske hiilidioksidin suhteellinen saanto (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita asetyleenin palamisreaktion yhtälö, muodosta suhde ja laske hiilen massa (Ja V ) oksidi, joka voidaan saada teoreettisesti. V M = 22,4 l/mol, M(CO 2) = 44 g/mol:

2. Lasketaan hiilen suhteellinen saanto (Ja V) oksidi:

Vastaus: η (CO 2 ) = 83,3 %.

Tehtävä 19. 5,8 mol ammoniakin katalyyttisen hapetuksen tuloksena saatiin 0,112 m 3 typpi(II)oksidia. Laske saadun oksidin suhteellinen saanto (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita ammoniakin katalyyttisen hapettumisen reaktion yhtälö, muodosta suhde ja lasketaan typen tilavuus (Ja V ) oksidi, joka voidaan teoriassa saada ( V M = 22,4 l/mol):

2. Laske typpi(II)oksidin suhteellinen saanto:

Vastaus: η(NO) = 86,2 %.

Tehtävä 20. 1,2 mol typpeä (I) johdettiin ylimääräisen kaliumhydroksidiliuoksen läpi V ) oksidi. Saimme 0,55 mol kaliumnitraattia. Laske saadun suolan suhteellinen saanto (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjataan kemiallisen reaktion yhtälö, lasketaan suhde ja lasketaan kaliumnitraatin massa, joka teoriassa voidaan saada:

2. Lasketaan kaliumnitraatin suhteellinen saanto:

Vastaus: η(KNO 3 ) = 91,7 %.

Ongelma 2 1 . Kuinka paljon ammoniumsulfaattia voidaan uuttaa 56 litrasta ammoniakkia, jos suolan suhteellinen saanto on 90%.

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälö muistiin ja muodosta suhde ja laske suolan massa, joka teoriassa voidaan saada 56 litrasta NH3. VM = 22,4 l/mol M((NH4)2S04) = 132 g/mol:

2. Lasketaan suolan massa, joka voidaan saada käytännössä:

Vastaus: m ((NH 4 ) 2 S O 4 ) = 148,5 g.

Ongelma 22. Kloori hapetti täysin 1,4 mol rautaa. Mikä massa suolaa saatiin, jos sen saanto oli 95 %?

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälö muistiin ja lasketaan suolan massa, joka voidaan saada teoreettisesti. M (FeCl3) = 162,5 g/mol:

2. Laske massa FeCl3, jonka saimme käytännössä:

Vastaus: m (FeCl 3) pr. ≈ 216

Tehtävä 23. Liuokseen, joka sisälsi 0,15 mol kaliumortofosfaattia, lisättiin liuos, joka sisälsi 0,6 mol argentum(I)-nitraattia. Määritä muodostuneen sedimentin massa.

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälö ( M (Ag3P04) = 419 g/mol):

Se osoittaa, että reaktioon 0,15 mol K3PO4:n kanssa tarvitaan 0,45 mol (0,15 · 3 = 0,45) argentum(I)-nitraattia. Koska ongelman ehtojen mukaan aineen määrä AgN B 3 on 0,6 mol, tämä suola otetaan ylimäärin, eli osa siitä jää käyttämättä. Kaliumortofosfaatti reagoi täydellisesti, ja siksi tuotteiden saanto lasketaan sen määrästä.

2. Laskemme osuuden:

Vastaus: m (Ag 3 P O 4). = 62,85 g.

Tehtävä 24. 16,2 g alumiinia laitettiin liuokseen, joka sisälsi 58,4 g kloorivetyä. Mikä määrä kaasua (nro.) vapautui?

Annettu:

Ratkaisu

1. Lasketaan alumiinin ja kloorivedyn määrä. M(A l) = 27 g/mol, M(HCl) = 36,5 g/mol:

2. Kirjoitetaan reaktioyhtälö ja määritetään ylimääräinen aine:

Lasketaan alumiiniaineen määrä, joka voidaan liuottaa tiettyyn määrään kloorivetyhappoa:

Näin ollen alumiinia otetaan ylimäärä: sen aineen määrä (0,6 mol) on enemmän kuin tarpeen. Vedyn tilavuus lasketaan kloorivedyn määrästä.

3. Lasketaan vapautuvan vedyn tilavuus. V M = 22,4 l/mol:

Vastaus: V (H 2 ) = 17,92 l.

Tehtävä 25. Seos, joka sisälsi 0,4 litraa asetyleeniä ja 1200 ml happea, saatettiin reaktio-olosuhteisiin. Mikä volyymi hiili (I V ) muodostunut oksideja?

Annettu:

Ratkaisu

Kirjoita reaktioyhtälö:

Tilavuussuhteiden lain mukaan edellä olevasta yhtälöstä seuraa, että jokaista 2 C 2 H 2 -tilavuutta kohden kuluu 5 tilavuutta O2 jolloin muodostuu 4 tilavuutta hiiltä (I V ) oksidi. Siksi määritämme ensin ylimääräisen aineen - tarkistamme, onko tarpeeksi happea asetyleenin polttamiseen:

Koska asetyleenin polttotehtävän olosuhteiden mukaan otettiin 1,2 litraa ja tarvitaan 1 litra, päättelemme, että happea otettiin ylimäärä, ja hiilen tilavuus (I V ) oksidi lasketaan asetyleenin tilavuudesta käyttämällä tilavuuskaasusuhteiden lakia:

Vastaus: V (CO 2 ) = 0,8 l.

Tehtävä 26. Seos, joka sisältää 80 ml rikkivetyä ja 120 ml O2 , johdettiin reaktio-olosuhteisiin ja saatiin 70 ml rikkiä (I V ) oksidi. Kaasutilavuuksien mittaukset suoritettiin samoissa olosuhteissa. Laske rikkien suhteellinen saanto(IV) oksidi (%).

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita rikkivedyn palamisreaktion yhtälö:

2. Katsotaan, riittääkö happea polttamaan 80 ml rikkivetyä:

Siksi happea tulee riittävästi, koska sitä otettiin 120 ml stoikiometrisinä määrinä. Yli yksi alkaen ei aineita. Ja siksi äänenvoimakkuus SO 2 voidaan laskea millä tahansa niistä:

3. Lasketaan rikin suhteellinen saanto(I V) oksidi:

Vastaus: η (SO 2 ) = 87,5 %.

Tehtävä 27. Kun 0,28 g alkalimetallia liuotettiin veteen, vapautui 0,448 litraa vetyä (n.s.). Nimeä metallija ilmoittaa sen protoninumero.

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoitetaan reaktioyhtälö(V M = 22,4 l/mol):

Tehdään suhde ja lasketaan metalliaineen määrä:

2. Lasketaan reagoineen metallin moolimassa:

Tämä on litiumia. Litiumin protoniluku on 3.

Vastaus: Z(Me) = 3.

Tehtävä 28. Kolmiarvoisen metallialkuaineen 42,8 g:n hydroksidin täydellisen lämpöhajoamisen tuloksena saatiin 32 g kiinteää jäännöstä. Ilmoita metallielementin moolimassa.

Annettu:

Ratkaisu

1. Kirjoita reaktioyhtälö yleisessä muodossa:

Koska tämän reaktion ainoa tunnettu aine on vesi, teemme laskelmia muodostuvan veden massan perusteella. Aineiden massan säilymislain perusteella määritämme sen massan:

2. Laskemme reaktioyhtälön avulla metallialkuaineen hydroksidin moolimassan. MolarnusMe(OH)3-hydroksidin massaa merkitään x g/mol (M(H 2) O ) =18 g/mol):

3. Lasketaan metallielementin moolimassa:

Tämä on Ferum.

Vastaus: M(Me) = 56 g/mol.

Tehtävä 29. Cuprum(II)oksidia hapetettiin 13,8 g:lla tyydyttynyttä yksiarvoista alkoholia ja saatiin 9,9 g aldehydiä, jonka suhteellinen saanto oli 75 %. Nimeä alkoholi ja ilmoita sen moolimassa.

Annettu:

Ratkaisu

Optimaalisin vaihtoehto tyydyttyneen yksiarvoisen alkoholin kaavan kirjoittamiseen sen hapetusreaktion yhtälön kirjoittamiseksi on R - CH20H, jossa R - alkyylisubstituentti, jonka yleinen kaava on C n H2 n +1 . Tämä johtuu siitä tosiasiasta, että se on CH20H-ryhmämuuttuu hapetusreaktion aikana, eli se menee aldehydiryhmään-CHO.

1. Kirjoitetaan reaktioyhtälö alkoholin hapettumiselle aldehydiksi yleisessä muodossa:

2. Lasketaan aldehydin teoreettinen massa:

Tämän ongelman ratkaisemiseksi edelleen voit käyttää kahta tapaa.

JA menetelmä (matemaattinen menetelmä, joka sisältää tietyn määrän aritmeettisia operaatioita).

Merkitään alkyylisubstituentin moolimassaa HERRA) x g/mol kautta. Sitten:

Tehdään suhde ja lasketaan alkyylisubstituentin moolimassa:

Siten alkyylisubstituentti on metyyli-CH3 ja alkoholi on etanoli CH3-CH2-OH; M(C2H5OH) = 46 g/mol.

II menetelmä.

Lasketaan luomutuotteiden moolimassojen ero yhtälön mukaisesti:

Ehdon Δ mukaan mr = 13,8 - 13,2 = 0,6 (g).

Tehdään suhde: jos 1 mooli reagoi RCH2OH, niin massaero on 2 g, ja jos mooliina RCH2OH, silloin massaero on 0,6 g.

Kaavan mukaan Lasketaan alkoholin moolimassa:

Tulos on siis sama.

Vastaus: M(C2H5OH) = 46 g/mol.

Ongelma 30 . Kun 87,5 g ferrum(III)-nitraattikiteistä hydraattia oli kuivattu täydellisesti, saatiin 1,5 mol vesihöyryä. Määritä lähtöaineen kaava.

Annettu:

Ratkaisu

1. Lasketaan reaktion tuloksena saadun 1,5 mol:n veden massa. M(H2 O ) = 18 g/mol:

2. Laskemme massan säilymisen lain perusteella suolamassan, joka saatiin kuumentamalla kiteistä hydraattia:

3. Lasketaan aineen määrä Fe(NO3)3. M (Fe (NO 3 ) 3 ) = 242 g/mol:

4. Lasketaan vedettömän suolan ja veden suhde:

0,25 moolia suolaa kohti on 1,5 moolia vettä 1 moolia suolaa kohden x mooli:

Vastaus: kristallihydraattikaava - Fe(NO3)36H2O.

Tehtävä 31. Laske hapen tilavuus, joka tarvitaan polttamaan 160 m 3 hiili(II)oksidin, typen ja etaanin seosta, jos seoksen komponenttien tilavuusosuudet ovat 50,0, 12,5 ja 37,5 %.

Annettu:

Ratkaisu

1. Kaavan mukaan Lasketaan syttyvien komponenttien tilavuudet, nimittäinhiili(II)oksidi ja etaani (huomaa, että typpi ei pala):

2. Kirjoitetaan yhtälöt CO:n ja C 2 H 6:n palamisreaktioihin:

3. Käytetään kaasujen tilavuussuhteiden lakia ja lasketaan kunkin takana olevan hapen tilavuusreaktioyhtälöistä:

4. Laske hapen kokonaistilavuus:

Vastaus: V (O 2) = 250 m 3.