"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
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.
Стехиометрия - количественные соотношения между вступающими в реакцию веществами.
Если реагенты вступают в химическое взаимодействие в строго определенных количествах, а в результате реакции образуются вещества, количество которых можно расчитать, то такие реакции называются стехиометрическими .
Законы стехиометрии:
Коэффициенты в химических уравнениях перед формулами химических соединений называются стехиометрическими .
Все расчёты по химическим уравнениям основаны на использовании стехиометрических коэффициентов и связаны с нахождением количеств вещества (чисел молей).
Количество вещества в уравнении реакции (число молей) = коэффициенту перед соответствующей молекулой.
N A =6,02×10 23 моль -1 .
η - отношение реальной массы продукта m p к теоретически возможной m т, выраженное в долях единицы или в процентах.
Если в условии выход продуктов реакции не указан, то в расчетах его принимают равным 100% (количественный выход).
Схема расчёта по уравнениям химических реакций:
- Составить уравнение химической реакции.
- Над химическими формулами веществ написать известные и неизвестные величины с единицами измерения.
- Под химическими формулами веществ с известными и неизвестными записать соответствующие значения этих величин, найденные по уравнению реакций.
- Составить и решить пропорцию.
Пример. Вычислить массу и количество вещества оксида магния, образовавшегося при полном сгорании 24 г магния.
|
Дано: m (Mg ) = 24 г Найти: ν ( MgO ) m ( MgO ) |
Решение: 1. Составим уравнение химической реакции: 2Mg + O 2 = 2MgO. 2. Под формулами веществ укажем количество вещества (число молей), которое соответствует стехиометрическим коэффициентам: 2Mg + O 2 = 2MgO 2 моль 2 моль 3. Определим молярную массу магния: Относительная атомная масса магния Ar (Mg) = 24. Т.к. значение молярной массы равно относительной атомной или молекулярной массе, то M (Mg) = 24 г/моль. 4. По массе вещества, заданной в условии, вычислим количество вещества:
5. Над химической формулой оксида магния MgO , масса которого неизвестна, ставим x моль , над формулой магния Mg пишем его молярную массу: 1 моль x моль 2Mg + O 2 = 2MgO 2 моль 2 моль
По правилам решения пропорции:
Количество оксида магния ν (MgO) = 1 моль. 7. Вычислим молярную массу оксида магния: М (Mg) =24 г/моль, М (О) =16 г/моль. M (MgO) = 24 + 16 = 40 г/моль. Рассчитываем массу оксида магния: m (MgO) = ν (MgO) ×M (MgO) = 1 моль×40 г/моль = 40 г. Ответ: ν (MgO) = 1 моль; m (MgO) = 40 г. |
Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. В реальных химических процессах из-за неполного протекания реакций и потерь масса продуктов обычно меньше теоретически рассчитаной. Выходом реакции (ŋ) называют отношение реальной массы продукта (m практическая) к теоретически возможной (m т еоретическая), выраженное в долях единицы или в процентах:
ŋ= (m практическая / m теоретическая) 100%.
Если в условиях задач выход продуктов реакции не указан, его в расчетах принимают за 100% (количественный выход).
Пример 1 . Сколько г меди образуется при восстановлении 8 г оксида меди водородом, если выход реакции составил 82% от теоретического?
Решение: 1. Рассчитаем теоретический выход меди по уравнению реакции:
CuO + H2 = Cu + H2O
80 г (1 моль) CuO при восстановлении может образовать 64 г (1 моль) Cu; 8 г CuO при восстановлении может образовать Х г Cu
2. Определим, сколько граммов меди образуется при 82% выходе продукта:
6,4 г –– 100% выход (теоретический)
Х г –– 82%
X = (8 82) / 100 = 5,25 г
Пример 2. Определите выход реакции получения вольфрама методом алюминотермии, если из 33,14 г концентрата руды, содержащей WO 3 и невосстанавливающиеся примеси (массовая доля примесей 0,3) было получено 12,72 г металла.
Решение 1) Определим массу (г) WO 3 в 33,14 г концентрата руды:
ω(WO 3)= 1,0 - 0,3 = 0,7
m(WO 3) = ω(WO 3) m руды = 0,7 33,14 = 23,2 г
2) Определим теоретический выход вольфрама в результате восстановления 23,2 г WO 3 порошком алюминия:
WO 3 + 2Al = Al 2 O 3 + W.
При восстановлении 232 г (1 г-моль) WO 3 образуется 187 г (1 г-моль) W, а из 23,2 г WO 3 –– Х г W
X = (23,2 187) / 232 = 18,7 г W
3) Рассчитаем практический выход вольфрама:
18,7 г W –– 100%
12,72 г W –– Y%
Y = (12,72 100) / 18,7 = 68%.
Пример 3 . Сколько граммов осадка сульфата бария образуется при сливании растворов, содержащих 20,8 г хлорида бария и 8,0 г сульфата натрия?
Решение . Уравнение реакции:
BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaCl.
Расчет количества продукта реакции ведут по исходному веществу, взятому в недостатке.
1). Предварительно определяют, какое из двух исходных веществ находится в недостатке.
Обозначим количество г Na 2 SO 4 –– X.
208 г (1моль) BaCl 2 реагирует с 132 г (1 моль) Na 2 SO 4 ; 20,8 г –– с Х г
X = (20,8 132) / 208 = 13,2 г Na 2 SO 4 .
Мы установили, что на реакцию с 20,8 г BaCl 2 затратится 13,2 г Na 2 SO 4 , а дано 18,0 г Таким образом, сульфат натрия взят в реакцию в избытке, и дальнейшие вычисления следует вести по BaCl 2 , взятому в недостатке.
2). Определяем количество граммов выпавшего осадка BaSO 4 . 208 г (1 моль) BaCl 2 образует 233 г (1 моль) BaSO 4 ; 20,8 г –– Y г
Y = (233 20,8) / 208 = 23,3 г.
Закон постоянства состава
Впервые сформулировал Ж.Пруст (1808 г).
Все индивидуальные химические вещества молекулярного строения имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения.
Из закона постоянства состава следует, что химические элементы соединяются в определенных количественных соотношениях.
Например, углерод с кислородом образует соединения с различным массовым соотношением элементов углерода и кислорода. СО С: О = 3: 4 СО2 С: О = 3: 8 Ни в каких других отношениях углерод с кислородом не соединяются. Это значит, что соединения СО и СО2 имеют постоянный состав, который определяется степенями окисления валентности углерода в соединениях. Валентность каждого элемента имеет определенные значения (их может быть несколько, переменная валентность), поэтому и состав соединений является определенным.
Все вышесказанное относится к веществам молекулярного строения. Так как молекулы имеют определенную химическую формулу (состав), то образуемое ими вещество имеет постоянный состав (совпадающий, очевидно, с составом каждой молекулы). Исключением являются полимеры (состоящие из молекул разной длины).
Сложнее обстоит дело с веществами немолекулярного строения. Речь идет о веществах в конденсированном (твердом и жидком состояниях). Т.к. NaCl – ионное соединение в твердом состоянии (чередование Na+ и Cl–) в газообразном – представляет собой отдельные молекулы NaCl. В капле жидкости или в кристаллике нельзя выделить отдельные молекулы. Например FeO
Fe 2+ O 2– Fe 2+ O 2– и т.д. идеальный кристалл
Закон постоянства состава требует, чтобы число ионов Fe2+ точно равнялось числу ионов O2–. А эти числа даже для очень маленьких кристалликов огромны (кубик, ребро 0,001 мм это – 5 × 1011). Для реального кристалла это невозможно. В реальном кристалле неизбежны нарушения регулярности. Оксид железа (II) может содержать измененное количество кислорода в зависимости от условий получения. Реальный состав оксида выражается формулой Fe1 – хO, где 0,16 ³ х ³ 0,04. Это бертоллид, соединение переменного состава в отличие от дальтонидов с х = 0. При нестехиометрическом составе ионного соединения обеспечивается электронейтральность. Вместо отсутствующего иона Fe 2+ присутствуют Fe 3+
В атомном (не ионном) веществе, некоторые атомы могут отсутствовать, а некоторые замещать друг друга. Такие соединения также относят к дальтонидам. Формула интерметаллического соединения меди с цинком, которое является составной частью латуни, существующего в интервале составов 40 – 55 ат % Zn можно записать так: (Cu0,.9 – 1,0Zn0,1 – 0)(Cu0 –,0,2Zn0 – 0,8) атомы меди могут замещаться атомами цинка и наоборот.
Закон постоянства состава, таким образом, строго выполняется для веществ молекулярного строения (исключения – высокомолекулярные) и имеет ограниченное применение для немолекулярных веществ.
Массовая доля элемента ω(Э)– это доля одного элемента в общей массе вещества. Вычисляется в процентах или в долях. Обозначают греческой буквой ω (омега). ω показывает, какую часть составляет масса данного элемента от всей массы вещества:
ω(Э) = (n Ar(Э)) / Mr
где n - число атомов; Ar(Э) - относительная атомная масса элемента; Mr - относительная молекулярная масса вещества.
Зная количественный элементный состав соединения, можно установить его простейшую молекулярную формулу. Для установления простейшей молекулярной формулы:
1) Обозначают формулу соединения A x B y C z
2) Рассчитывают отношение X: Y: Z через массовые доли элементов:
ω (A) = (х Ar(А)) / Mr(A x B y C z)
ω (B) = (y Ar(B)) / Mr(A x B y C z)
ω (C) = (z Ar(C)) / Mr(A x B y C z)
X = (ω (A) Mr) / Ar(А)
Y = (ω (B) Mr) / Ar(B)
Z = (ω (C) Mr) / Ar(C)
x: y: z = (ω (A) / Ar(А)) : (ω (B) / Ar(B)) : (ω (C) / Ar(C))
3) Полученные цифры делят на наименьшее для получения целых чисел X, Y, Z.
4) Записывают формулу соединения.
Закон кратных отношений
(Д.Дальтон, 1803 г.)
Если два химических элемента дают несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.
N 2 O N 2 O 3 NO 2 (N 2 O 4) N 2 O 5
Число атомов кислорода в молекулах этих соединений, приходящиеся на два атома азота, относятся между собой как 1: 3: 4: 5.
Закон объемных отношений
(Гей-Люссак, 1808 г.)
"Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа".
Следствие. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества.
Примеры .
a) 2CO + O 2 = 2CO 2
При окислении двух объемов оксида углерода (II) одним объемом кислорода образуется 2 объема углекислого газа, т.е. объем исходной реакционной смеси уменьшается на 1 объем.
б) При синтезе аммиака из элементов:
N 2 + 3H 2 = 2NH 3
Один объем азота реагирует с тремя объемами водорода; образуется при этом 2 объема аммиака - объем исходной газообразной реакционной массы уменьшится в 2 раза.
«Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12 (12 С) массой 0,012 кг (точно). При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц». Речь идет не об углероде вообще, а его изотопе 12 С, как и при введении атомной единицы массы. Так как в 12 г углерода 12 С содержится 6,02 × 10 23 атомов, то можно сказать, что моль – это количество вещества, содержащее 6,02 × 10 23 своих структурных элементов (атомов или групп атомов, молекул, групп ионов (Na 2 SO 4), комплексных групп и т.д.). Число N A = 6,02 × 10 23 названо постоянной Авогадро . Молярная масса вещества – это масса одного моля. Ее обычная единица измерения г/моль, обозначение М.
Вспомним, что относительная молекулярная масса (М r) – это отношение массы одной молекулы к массе атомной единицы массы, которая равна 1/N A г.
Пусть относительная молекулярная масса какого-то вещества равна М r . Вычислим его молекулярную массу М.
Масса одной молекулы: m = М r а.е.м. = М r × г
Масса одного моль (N A молекул): М = m N A = М r × = М r . Видим, что численно молярная масса в граммах совпадает с относительной молекулярной массой. Это следствие выбора определенной атомной единицы массы (1/12 массы изотопа углерода 12 С).
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 .