"Nie pre múku, ale pre vedu."
(Ľudová múdrosť)
Výpočty pomocou rovníc chemických reakcií
Klasifikácia chemických reakcií. Reakcie spojenia, rozkladu, substitúcie, dvojitej výmeny, redoxných reakcií. Rovnice chemických reakcií. Výber stechiometrických koeficientov v reakčných rovniciach. Výpočty pomocou reakčných rovníc. Stanovenie látkového množstva a hmotnosti činidiel a produktov. Stanovenie objemu plynných činidiel a produktov. Teoretický a praktický výťažok reakčného produktu. Stupeň čistoty chemikálií.
Príklady riešenia typických problémov
Úloha 1. Pri RTG vyšetrení ľudského tela sa používajú takzvané rádiokontrastné látky. Takže pred skenovaním žalúdka sa pacientovi podá na pitie suspenzia nerozpustného síranu bárnatého, ktorý neprenáša röntgenové lúče. Aké množstvá oxidu bárnatého a kyseliny sírovej sú potrebné na výrobu 100 ul síranu bárnatého?
Riešenie.
BaO + H2S04 = BaS04 + H20
m(BaS04) = 100 g; M(BaS04) = 233 g/mol
n(BaO) = ?
n(H2S04) = ?
V súlade s koeficientmi reakčnej rovnice, ktoré sú v našom prípade všetky rovné 1, na získanie daného množstva BaSO 4 je potrebné:
n(BaO) = n(BaS04) = m(BaS04)/M(BaS04) = 100:233
[g: (g/mol)] = 0,43 mol
n(H2S04) = n(BaS04) = m(BaSO 4) / M(BaS04) = 100:233
[g: (g/mol)] = 0,43 mol
Odpoveď. Na získanie 100 g síranu bárnatého je potrebných 0,43 mol oxidu bárnatého a 0,43 mol kyseliny sírovej.
Úloha 2. Pred vyliatím tekutého laboratórneho odpadu s obsahom kyseliny chlorovodíkovej do odtoku je potrebné ho zneutralizovať zásadou (napríklad hydroxidom sodným) alebo sódou (uhličitan sodný). Určte hmotnosti NaOH a Na 2 CO 3 potrebné na neutralizáciu odpadu obsahujúceho 0,45 mol HCl. Aký objem plynu (za normálnych podmienok) sa uvoľní, keď sa určené množstvo odpadu neutralizuje sódou?
Riešenie. Napíšme reakčné rovnice a podmienky problému vo forme vzorca:
(1) HCl + NaOH = NaCl + H20
(2) 2HCl + Na2C03 = 2NaCl + H20 + CO2
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(Na2C03) = ? m(Na2C03) = ?
V(CO2) = ? (No.)
Na neutralizáciu daného množstva HCl v súlade s reakčnými rovnicami (1) a (2) je potrebné:
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
Na výpočet objemu oxidu uhličitého uvoľneného počas neutralizácie podľa reakcie (2) sa používa ďalšia rovnica, ktorá dáva do súvislosti množstvo plynnej látky, jej objem a molárny objem:
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
Odpoveď. 18 g NaOH; 23,85 g Na2C03; 5,04 l CO 2
Úloha 3. Antoine-Laurent Lavoisier objavil podstatu spaľovania rôznych látok v kyslíku po svojom slávnom dvanásťdňovom experimente. V tomto experimente najprv dlho zahrieval vzorku ortuti v uzavretej retorte a neskôr (a pri vyššej teplote) zahrieval oxid ortutnatý (II) vytvorený v prvej fáze experimentu. Tým sa uvoľnil kyslík a Lavoisier sa stal spolu s Josephom Priestleym a Karlom Scheelom objaviteľom tohto dôležitého chemického prvku. Vypočítajte množstvo a objem kyslíka (za normálnych podmienok) zachyteného pri rozklade 108,5 g HgO.
Riešenie. Napíšme rovnicu reakcie a podmienku problému vo forme vzorca:
2HgO = 2Hg + O2
m(HgO) = 108,5 g; M(HgO) = 217 g/mol
V M = 22,4 l/mol (n.s.)
V(O2) = ? (No.)
Množstvo kyslíka n(O 2), ktorý sa uvoľňuje pri rozklade oxidu ortutnatého (II), je:
n(02) = 1/2 n(HgO) = 1/2 m(HgO) / M(HgO) = 108,5 / (217,2)
[g: (g/mol)] = 0,25 mol,
a jeho objem na úrovni zeme - V(O2) = n(O2). V M = 0,25. 22.4
[mol. l/mol] = 5,6 l
Odpoveď. 0,25 mol alebo 5,6 litra (pri štandardných podmienkach) kyslíka.
Úloha 4. Najdôležitejším problémom pri priemyselnej výrobe hnojív je produkcia takzvaného „pevného dusíka“. V súčasnosti sa rieši syntézou amoniaku z dusíka a vodíka. Aký objem amoniaku (pri štandardných podmienkach) možno týmto procesom získať, ak objem počiatočného vodíka je 300 l a praktický výťažok (z) je 43 %?
Riešenie. Napíšme rovnicu reakcie a podmienku problému vo forme vzorca:
N2 + 3H2 = 2NH3
V(H2) = 300 1; z(NH3) = 43 % = 0,43
V(NH3) = ? (No.)
Objem amoniaku V(NH 3), ktorý možno získať v súlade s problémovým stavom, je:
V(NH 3) prakt = V(NH3) teor. z(NH3) = 2/3. V(H2). z(NH3)=
2/3. 300. 0,45 [l] = 86 l
Odpoveď. 86 l (pri č.) čpavku.
Ak sú vám tu uvedené typické úlohy úplne jasné, pokračujte v ich riešení.
Pri riešení výpočtových chemických úloh je potrebné vedieť vykonávať výpočty pomocou rovnice chemickej reakcie. Lekcia je venovaná štúdiu algoritmu na výpočet hmotnosti (objemu, množstva) jedného z účastníkov reakcie zo známej hmotnosti (objemu, množstva) iného účastníka reakcie.
Téma: Látky a ich premeny
lekcia:Výpočty pomocou rovnice chemickej reakcie
Zvážte reakčnú rovnicu pre tvorbu vody z jednoduchých látok:
2H2+02 = 2H20
Môžeme povedať, že dve molekuly vody sú tvorené z dvoch molekúl vodíka a jednej molekuly kyslíka. Na druhej strane, ten istý záznam hovorí, že na vytvorenie každých dvoch mólov vody je potrebné vziať dva móly vodíka a jeden mól kyslíka.
Molárny pomer účastníkov reakcie pomáha robiť výpočty dôležité pre chemickú syntézu. Pozrime sa na príklady takýchto výpočtov.
ÚLOHA 1. Určme hmotnosť vody, ktorá sa vytvorila v dôsledku spaľovania vodíka v 3,2 g kyslíka.
Na vyriešenie tohto problému je potrebné najprv vytvoriť rovnicu pre chemickú reakciu a zapísať nad ňu dané podmienky úlohy.
Ak by sme poznali množstvo zreagovaného kyslíka, mohli by sme určiť množstvo vody. A potom by sme vypočítali hmotnosť vody, pričom poznáme jej látkové množstvo a. Ak chcete zistiť množstvo kyslíka, musíte vydeliť hmotnosť kyslíka jeho molárnou hmotnosťou.
Molárna hmotnosť sa číselne rovná relatívnej hmotnosti. Pre kyslík je táto hodnota 32. Dosadíme ju do vzorca: množstvo kyslíkatej látky sa rovná pomeru 3,2 g ku 32 g/mol. Ukázalo sa, že je to 0,1 mol.
Aby sme zistili množstvo vodnej látky, ponechajme pomer pomocou molárneho pomeru účastníkov reakcie:
Na každý 0,1 mól kyslíka pripadá neznáme množstvo vody a na 1 mól kyslíka pripadajú 2 móly vody.
Množstvo vodnej látky je teda 0,2 mol.
Na určenie hmotnosti vody je potrebné vynásobiť zistenú hodnotu množstva vody jej molárnou hmotnosťou, t.j. vynásobíme 0,2 mol 18 g/mol, dostaneme 3,6 g vody.
Ryža. 1. Zaznamenajte si stručný stav a riešenie problému 1
Okrem hmotnosti môžete vypočítať objem plynného účastníka reakcie (za normálnych podmienok) pomocou vám známeho vzorca, podľa ktorého je objem plynu za normálnych podmienok. rovná súčinu množstva plynnej látky a molárneho objemu. Pozrime sa na príklad riešenia problému.
ÚLOHA 2. Vypočítajme objem kyslíka (za normálnych podmienok) uvoľneného pri rozklade 27 g vody.
Zapíšme si reakčnú rovnicu a dané podmienky úlohy. Ak chcete zistiť objem uvoľneného kyslíka, musíte najprv nájsť množstvo vodnej látky v hmote, potom pomocou reakčnej rovnice určiť množstvo kyslíkovej látky, potom môžete vypočítať jej objem na úrovni zeme.
Množstvo vodnej látky sa rovná pomeru hmotnosti vody k jej molárnej hmotnosti. Dostaneme hodnotu 1,5 mol.
Urobme pomer: z 1,5 mólu vody vznikne neznáme množstvo kyslíka, z 2 mólov vody vznikne 1 mól kyslíka. Množstvo kyslíka je teda 0,75 mol. Vypočítajme objem kyslíka za normálnych podmienok. Rovná sa súčinu množstva kyslíka a molárneho objemu. Molárny objem akejkoľvek plynnej látky pri okolitých podmienkach. rovná 22,4 l/mol. Nahradením číselných hodnôt do vzorca získame objem kyslíka rovnajúci sa 16,8 litrom.
Ryža. 2. Zaznamenajte si stručný stav a riešenie 2. problému
Keď poznáme algoritmus na riešenie takýchto problémov, je možné vypočítať hmotnosť, objem alebo látkové množstvo jedného z účastníkov reakcie z hmotnosti, objemu alebo látkového množstva iného účastníka reakcie.
1. Zbierka úloh a cvičení z chémie: 8. ročník: pre učebnice. P.A. Oržekovskij a ďalší.„Chémia. 8. ročník“ / P.A. Oržekovskij, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (s. 40-48)
2. Ushakova O.V. Pracovný zošit z chémie: 8. ročník: k učebnici P.A. Oržekovskij a ďalší.„Chémia. 8. ročník“ / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Oržekovskij; pod. vyd. Prednášal prof. P.A. Oržekovskij - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (s. 73-75)
3. Chémia. 8. trieda. Učebnica pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / P.A. Oržekovskij, L.M. Meshcheryakova, M.M. Šalašovej. - M.: Astrel, 2013. (§23)
4. Chémia: 8. ročník: učebnica. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie / P.A. Oržekovskij, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005. (§29)
5. Chémia: anorganická. chémia: učebnica. pre 8. ročník všeobecné vzdelanie zriadenie /G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - M.: Vzdelávanie, OJSC “Moskva učebnice”, 2009. (s. 45-47)
6. Encyklopédia pre deti. Zväzok 17. Chémia / Kapitola. ed.V.A. Volodin, Ved. vedecký vyd. I. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.
Ďalšie webové zdroje
2. Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov ().
Domáca úloha
1) str. 73-75 č. 2, 3, 5 z Pracovného zošita z chémie: 8. ročník: k učebnici P.A. Oržekovskij a ďalší.„Chémia. 8. ročník“ / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Oržekovskij; pod. vyd. Prednášal prof. P.A. Oržekovskij - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.
2) str.135 č.3,4 z učebnice P.A. Oržekovskij, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova „Chémia: 8. ročník“, 2013
Stechiometria- kvantitatívne vzťahy medzi reagujúcimi látkami.
Ak činidlá vstupujú do chemickej interakcie v presne definovaných množstvách a v dôsledku reakcie sa vytvárajú látky, ktorých množstvo je možné vypočítať, potom sa takéto reakcie nazývajú stechiometrická.
Zákony stechiometrie:
Koeficienty v chemických rovniciach pred vzorcami chemických zlúčenín sa nazývajú stechiometrická.
Všetky výpočty pomocou chemických rovníc sú založené na použití stechiometrických koeficientov a sú spojené s hľadaním množstva látky (počet mólov).
Látkové množstvo v reakčnej rovnici (počet mólov) = koeficient pred príslušnou molekulou.
N A= 6,02 x 1023 mol-1.
η - pomer skutočnej hmotnosti výrobku m p k teoreticky možnému m t, vyjadrené v zlomkoch jednotky alebo v percentách.
Ak výťažok reakčných produktov nie je uvedený v podmienke, potom sa vo výpočtoch považuje za rovný 100 % (kvantitatívny výťažok).
Schéma výpočtu pomocou rovníc chemickej reakcie:
- Napíšte rovnicu pre chemickú reakciu.
- Nad chemické vzorce látok napíšte známe a neznáme veličiny s jednotkami merania.
- Pod chemickými vzorcami látok so známymi a neznámymi zapíšte zodpovedajúce hodnoty týchto množstiev zistených z reakčnej rovnice.
- Zostavte a vyriešte pomer.
Príklad. Vypočítajte hmotnosť a množstvo oxidu horečnatého vzniknutého pri úplnom spálení 24 g horčíka.
|
Vzhľadom na to: m(Mg) = 24 g Nájsť: ν (MgO) m (MgO) |
Riešenie: 1. Vytvorme rovnicu pre chemickú reakciu: 2Mg + 02 = 2MgO. 2. Pod vzorcami látok uvádzame látkové množstvo (počet mólov), ktoré zodpovedá stechiometrickým koeficientom: 2Mg + O2 = 2MgO 2 mol 2 mol 3. Určte molárnu hmotnosť horčíka: Relatívna atómová hmotnosť horčíka Ar (Mg) = 24. Pretože hodnota molárnej hmotnosti sa potom rovná relatívnej atómovej alebo molekulovej hmotnosti M (Mg)= 24 g/mol. 4. Pomocou hmotnosti látky uvedenej v podmienke vypočítame množstvo látky:
5. Nad chemickým vzorcom oxidu horečnatého MgO, ktorého hmotnosť je neznáma, sme nastavili XKrtko, nad vzorcom horčíka Mg zapíšeme jeho molárnu hmotnosť: 1 mol XKrtko 2Mg + O2 = 2MgO 2 mol 2 mol
Podľa pravidiel na riešenie proporcií:
Množstvo oxidu horečnatého ν (MgO)= 1 mol. 7. Vypočítajte molárnu hmotnosť oxidu horečnatého: M (Mg)= 24 g/mol, M(O)= 16 g/mol. M(MgO)= 24 + 16 = 40 g/mol. Vypočítame hmotnosť oxidu horečnatého: m (MgO) = v (MgO) x M (MgO) = 1 mol x 40 g/mol = 40 g. odpoveď: v (MgO) = 1 mol; m (MgO) = 40 g. |
Výpočty pomocou chemických rovníc (stechiometrické výpočty) vychádzajú zo zákona zachovania hmotnosti látok. V reálnych chemických procesoch je hmotnosť produktov v dôsledku neúplných reakcií a strát zvyčajne menšia, ako sa teoreticky počíta. Výstup reakcie (ŋ) je pomer skutočnej hmotnosti výrobku (m praktickej) k teoreticky možnej (m teoretickej), vyjadrený v zlomkoch jednotky alebo v percentách:
ŋ= (m praktický / m teoretický) 100 %.
Ak nie je v problémových podmienkach uvedený výťažok reakčných produktov, vo výpočtoch sa berie ako 100 % (kvantitatívny výťažok).
Príklad 1. Koľko g medi vznikne, keď sa 8 g oxidu medi redukuje vodíkom, ak je výťažok reakcie 82 % teoretického?
Riešenie: 1. Vypočítajte teoretický výťažok medi pomocou reakčnej rovnice:
CuO + H2 = Cu + H20
80 g (1 mol) CuO po redukcii môže vytvoriť 64 g (1 mol) Cu; 8 g CuO po redukcii môže vytvoriť X g Cu
2. Zistite, koľko gramov medi sa vytvorí pri 82% výťažku produktu:
6,4 g – 100 % výťažok (teoretický)
X g – – 82 %
X = (882)/100 = 5,25 g
Príklad 2 Stanovte výťažok reakcie na výrobu volfrámu aluminotermickou metódou, ak sa z 33,14 g rudného koncentrátu obsahujúceho WO 3 a neredukujúce nečistoty (hmotnostný podiel nečistôt 0,3) získalo 12,72 g kovu.
Riešenie 1) Určte hmotnosť (g) WO 3 v 33,14 g rudného koncentrátu:
w(W03)= 1,0 - 0,3 = 0,7
m(W03) = co(W03) m ruda = 0,7 33,14 = 23,2 g
2) Stanovme teoretický výťažok volfrámu ako výsledok redukcie 23,2 g WO 3 hliníkovým práškom:
W03 + 2Al = A1203 + W.
Keď sa redukuje 232 g (1 g mol) WO 3, vznikne 187 g (1 g mol) W a z 23,2 g WO 3 – X g W
X = (23,2 187)/232 = 18,7 g W
3) Vypočítajme praktický výťažok volfrámu:
18,7 g W – – 100 %
12,72 g W – – Y %
Y = (12,72 100) / 18,7 = 68 %.
Príklad 3. Koľko gramov zrazeniny síranu bárnatého sa vytvorí, keď sa spoja roztoky obsahujúce 20,8 g chloridu bárnatého a 8,0 g síranu sodného?
Riešenie. Reakčná rovnica:
BaCl2 + Na2S04 = BaS04 + 2NaCl.
Množstvo reakčného produktu sa vypočíta s použitím pôvodnej látky odobratej v deficite.
1). Najprv sa určí, ktorej z dvoch východiskových látok je nedostatok.
Označme množstvo g Na 2 SO 4 –– X.
208 g (1 mol) BaCl2 reaguje so 132 g (1 mol) Na2S04; 20,8 g –– s X g
X = (20,8 132)/208 = 13,2 g Na2S04.
Zistili sme, že reakcia s 20,8 g BaCl2 si bude vyžadovať 13,2 g Na2S04 a je daných 18,0 g. Síran sodný sa teda používa v nadbytku a ďalšie výpočty by sa mali vykonať s použitím BaCl2. v nedostatku.
2). Stanovíme počet gramov zrazeniny BaSO 4. 208 g (1 mol) BaCl2 tvorí 233 g (1 mol) BaS04; 20,8 g –– Y g
Y = (233 ± 20,8)/208 = 23,3 g.
Zákon o stálosti zloženia
Prvýkrát ho sformuloval J. Proust (1808).
Všetky jednotlivé chemické látky molekulovej štruktúry majú konštantné kvalitatívne a kvantitatívne zloženie a špecifickú chemickú štruktúru bez ohľadu na spôsob prípravy.
Zo zákona o stálosti zloženia vyplýva, že chemické prvky sa kombinujú v určitých kvantitatívnych pomeroch.
Napríklad uhlík a kyslík tvoria zlúčeniny s rôznym hmotnostným pomerom prvkov uhlíka a kyslíka. CO C: O = 3: 4 CO2 C: O = 3: 8 Žiadnym iným spôsobom sa uhlík a kyslík nespájajú. To znamená, že zlúčeniny CO a CO2 majú konštantné zloženie, ktoré je určené oxidačným stavom valencie uhlíka v zlúčeninách. Valencia každého prvku má určité hodnoty (môže ich byť niekoľko, variabilná valencia), preto je zloženie zlúčenín isté.
Všetko vyššie uvedené platí pre látky molekulárnej štruktúry. Keďže molekuly majú určitý chemický vzorec (zloženie), látka, ktorú tvoria, má konštantné zloženie (samozrejme sa zhoduje so zložením každej molekuly). Výnimkou sú polyméry (pozostávajúce z molekúl rôznych dĺžok).
Pri látkach nemolekulárnej štruktúry je situácia zložitejšia. Hovoríme o látkach v kondenzovanom (pevnom a kvapalnom) skupenstve. Pretože NaCl - iónová zlúčenina v pevnom skupenstve (striedavo Na+ a Cl-) v plynnom skupenstve - predstavuje jednotlivé molekuly NaCl. Nie je možné izolovať jednotlivé molekuly v kvapke kvapaliny alebo v kryštáli. Napríklad FeO
Fe 2+ O 2– Fe 2+ O 2– atď. dokonalý kryštál
Zákon konštantného zloženia vyžaduje, aby sa počet iónov Fe2+ presne rovnal počtu iónov O2–. A tieto čísla sú obrovské aj pre veľmi malé kryštály (kocka, hrana 0,001 mm je 5 × 1011). To je pre skutočný kryštál nemožné. V skutočnom kryštáli sú porušenia pravidelnosti nevyhnutné. Oxid železitý môže obsahovať rôzne množstvo kyslíka v závislosti od výrobných podmienok. Skutočné zloženie oxidu vyjadruje vzorec Fe1 – xO, kde 0,16 ³ x ³ 0,04. Ide o berthollid, zlúčeninu rôzneho zloženia, na rozdiel od daltonidov s x = 0. Pri nestechiometrickom zložení iónovej zlúčeniny je zabezpečená elektrická neutralita. Namiesto chýbajúceho iónu Fe 2+ je prítomný Fe 3+
V atómovej (neiónovej) látke môžu niektoré atómy chýbať a niektoré sa môžu navzájom nahradiť. Takéto zlúčeniny sú tiež klasifikované ako daltonidy. Vzorec intermetalickej zlúčeniny medi so zinkom, ktorá je neoddeliteľnou súčasťou mosadze, existujúcej v rozsahu zloženia 40 – 55 at% Zn, možno zapísať nasledovne: (Cu0,9 – 1,0Zn0,1 – 0)( Cu0 –.0.2Zn0 – 0 ,8) atómy medi môžu byť nahradené atómami zinku a naopak.
Zákon stálosti zloženia sa teda prísne dodržiava pre látky s molekulárnou štruktúrou (výnimky sú vysoká molekulová hmotnosť) a má obmedzené uplatnenie pre nemolekulárne látky.
Hmotnostný zlomok prvku ω(E)– Ide o podiel jedného prvku na celkovej hmotnosti látky. Vypočítané v percentách alebo v podieloch. Označuje sa gréckym písmenom ω (omega). ω ukazuje, aká časť hmotnosti daného prvku je z celkovej hmotnosti látky:
ω(E) = (n Ar(E)) / Mr
kde n je počet atómov; Ar(E) - relatívna atómová hmotnosť prvku; Mr je relatívna molekulová hmotnosť látky.
Keď poznáme kvantitatívne elementárne zloženie zlúčeniny, je možné stanoviť jej najjednoduchší molekulový vzorec. Na vytvorenie najjednoduchšieho molekulárneho vzorca:
1) Označte vzorec zlúčeniny A x B y Cz
2) Vypočítajte pomer X:Y:Z cez hmotnostné zlomky prvkov:
ω (A) = (x Ar(A)) / 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(A)
Y = (ω (B) Mr) / Ar(B)
Z = (ω (C) Mr) / Ar (C)
x: y: z = (co (A) / Ar(A)) : (co (B) / Ar(B)) : (co (C) / Ar(C))
3) Výsledné čísla sa vydelia najmenšími a získajú sa celé čísla X, Y, Z.
4) Napíšte vzorec zlúčeniny.
Zákon násobkov
(D. Dalton, 1803)
Ak dva chemické prvky dávajú niekoľko zlúčenín, potom hmotnostné zlomky toho istého prvku v týchto zlúčeninách, ktoré pripadajú na rovnaký hmotnostný zlomok druhého prvku, sú vo vzájomnom vzťahu ako malé celé čísla.
N20N203N02(N204)N205
Počet atómov kyslíka v molekulách týchto zlúčenín na dva atómy dusíka je v pomere 1: 3: 4: 5.
Zákon objemových vzťahov
(Gay-Lussac, 1808)
"Objemy plynov vstupujúcich do chemických reakcií a objemy plynov vzniknutých v dôsledku reakcie sú vo vzájomnom vzťahu ako malé celé čísla."
Dôsledok. Stechiometrické koeficienty v rovniciach chemických reakcií pre molekuly plynných látok ukazujú, v akých objemových pomeroch plynné látky reagujú alebo sa získavajú.
Príklady.
a) 2CO + 02 = 2C02
Keď sa dva objemy oxidu uhoľnatého (II) oxidujú jedným objemom kyslíka, vytvoria sa 2 objemy oxidu uhličitého, t.j. objem východiskovej reakčnej zmesi sa zníži o 1 objem.
b) Počas syntézy amoniaku z prvkov:
N2 + 3H2 = 2NH3
Jeden objem dusíka reaguje s tromi objemami vodíka; V tomto prípade sa vytvoria 2 objemy amoniaku - objem počiatočnej plynnej reakčnej hmoty sa zníži dvakrát.
„Mól sa rovná množstvu látky v systéme, ktorý obsahuje rovnaký počet štruktúrnych prvkov, koľko je atómov v uhlíku – 12 (12 C) s hmotnosťou 0,012 kg (presne). Pri použití móla musia byť špecifikované štruktúrne prvky a môžu to byť atómy, molekuly, ióny, elektróny a iné častice alebo špecifikované skupiny častíc.“ Nehovoríme o uhlíku všeobecne, ale o jeho izotope 12 C, ako pri zavedení jednotky atómovej hmotnosti. Keďže 12 g uhlíka 12C obsahuje 6,02 × 10 23 atómov, môžeme povedať, že mol je množstvo látky obsahujúce 6,02 × 10 23 jej štruktúrnych prvkov (atómov alebo skupín atómov, molekúl, skupín iónov (Na 2 SO 4), komplexné skupiny atď.). Číslo N A = 6,02 × 10 23 je pomenované Avogadrova konštanta. Molárna hmotnosť látky je hmotnosť jedného mólu. Jeho obvyklá jednotka je g/mol, symbol M.
Pripomeňme, že relatívna molekulová hmotnosť (M r) je pomer hmotnosti jednej molekuly k hmotnosti atómovej hmotnostnej jednotky, ktorý sa rovná 1/N A g.
Nech sa relatívna molekulová hmotnosť látky rovná M r. Vypočítajme jeho molekulovú hmotnosť M.
Hmotnosť jednej molekuly: m = M r a.m.u. = M r x g
Hmotnosť jedného mólu (molekuly N A): M = m N A = M r × = M r. Vidíme, že číselná molárna hmotnosť v gramoch sa zhoduje s relatívnou molekulovou hmotnosťou. Je to dôsledok voľby určitej atómovej hmotnostnej jednotky (1/12 hmotnosti izotopu uhlíka 12 C).
ODDIEL I. VŠEOBECNÁ CHÉMIA
4. Chemická reakcia
Príklady riešenia typických problémov
II.Výpočty pomocou rovníc chemických reakcií
Úloha 7. Aký objem vodíka (n.s.) sa spotrebuje na redukciu 0,4 molu oxidu chromitého?
Vzhľadom na to:
Riešenie
Napíšeme reakčnú rovnicu:
1. Z napísanej rovnice je zrejmé, že
2. Na zistenie objemu vodíka použijeme vzorec
Odpoveď: V (H 2 ) = 26,88 l.
Úloha 8. Aká hmotnosť hliníka reagovala s kyselinou chloridovou, ak sa uvoľnilo 2688 ml (n.s.) vodíka?
Vzhľadom na to:
Riešenie
Napíšeme reakčnú rovnicu:
Urobme pomer: 54 g hliníka zodpovedá 67,2 litrom vodíka a x g hliníka zodpovedá 2,688 litrom vodíka:
Odpoveď: m (Al) = 2,16 g.
Úloha 9. Aký objem kyslíka treba použiť na spálenie 120 m 3 zmesi dusíka a oxidu uhoľnatého, ak objemový podiel dusíka v zmesi je 40 %?
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. V počiatočnej zmesi horí iba oxid uhličitý, ktorého objemový podiel je:
2. Podľa vzorca 
Vypočítajme objem oxidu uhoľnatého (II) v zmesi:
3. Zapíšme si reakčnú rovnicu a pomocou zákona objemových vzťahov vykonajte výpočet:
Odpoveď: V (O 2 ) = 3 6 m 3.
Úloha 10. Vypočítajte objem plynnej zmesi, ktorá vznikne tepelným rozkladom 75,2 g dusičnanu meďnatého.
Vzhľadom na to:
Riešenie
Napíšeme reakčnú rovnicu:
1. Vypočítajme množstvo dusičnanu meďnatého. M (Cu (N03) 2) = 188 g/mol:
2. Množstvo plynných látok, ktoré sa tvoria, vypočítame podľa reakčných rovníc:
3. Vypočítajme objem plynnej zmesi. VM = 22,4 l/mol:
Odpoveď: V (zmes) = 22,4 l.
Úloha 11. Aký objem síry (I V ) oxid možno získať pražením 2,425 ton zinkovej zmesi, pričom hmotnostný podiel sulfidu zinočnatého je 80 %?
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Vypočítajme hmotnosť ZnS v zinkovej zmesi:
2. Vytvorme reakčnú rovnicu, pomocou ktorej vypočítame objem SO2. M (ZnS) = 97 g/mol, V M = 22,4 l/mol:
Odpoveď: V (SO 2 ) = 448 m 3 .
Úloha 12. Vypočítajte objem kyslíka, ktorý možno získať úplným tepelným rozkladom 34 g roztoku dihydrogénperoxidu s hmotnostným zlomkom H 2 O2 30 %.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Vypočítajme hmotnosť peroxidu dihydrogénu v roztoku. M(H2 O2) = 34 g/mol:
2. Vytvorme reakčnú rovnicu a na základe nej vykonajte výpočty. VM = 22,4 l/mol:
Odpoveď: V (O 2 ) = 3,36 l.
Úloha 13. Akú hmotnosť technického hliníka s hmotnostným podielom nečistôt 3 % treba použiť na extrakciu 2,5 mol železa zo železných okují?
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšme reakčnú rovnicu a vypočítajme hmotnosť čistého hliníka, ktorý je potrebné použiť na reakciu:
2. Pretože hliník obsahuje 3% nečistôt, potom
3. Zo vzorca 
Vypočítajme hmotnosť technického hliníka (teda s nečistotami):
Odpoveď: m (A l) Tech. = 61,9 g.
Úloha 14. V dôsledku zahrievania 107,2 g zmesi síranu draselného a dusičnanu draselného sa uvoľnilo 0,1 mol plynu. Vypočítajte hmotnosť síranu draselného v pôvodnej zmesi solí.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Síran draselný je tepelne stabilná látka. V dôsledku toho sa pri zahrievaní rozkladá iba dusičnan draselný. Zapíšme si reakciu, uveďme pomer, určme množstvo rozpustenej látky dusičnanu draselného:
2. Vypočítajme hmotnosť 0,2 mol dusičnanu draselného. M (KN03) = 101 g/mol:
3. Vypočítajme hmotnosť síranu draselného v počiatočnej zmesi:
Odpoveď: m(K2S04) = 87 g.
Úloha 15. Úplným tepelným rozkladom 0,8 mol dusičnanu hlinitého sa získalo 35,7 g pevného zvyšku. Vypočítajte relatívny výťažok látky (%) obsiahnutej v pevnom zvyšku.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšme rovnicu pre rozkladnú reakciu dusičnanu hlinitého. Urobme pomer, určíme množstvo látky n (Al203):
2. Vypočítajme hmotnosť vzniknutého oxidu. M(A l 2 O 3 ) = 102 g/mol:
3. Vypočítajme relatívny výstup A l 2 O 3 podľa vzorca:
Odpoveď: η (A l203) = 87,5 %.
Úloha 16. 0,4 mol hydroxidu železitého sa zahrievalo až do úplného rozkladu. Výsledný oxid sa redukoval vodíkom, čím sa získalo 19,04 g železa. Vypočítajte relatívny výťažok železa (%).
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Zapíšme si reakčné rovnice:
2. Pomocou rovníc zostavíme stechiometrickú schému a pomocou podielu určíme teoretickú výťažnosť železa n(Fe)t útok. :
3. Vypočítajme hmotnosť železa, ktorú by bolo možné teoreticky získať na základe uskutočnených reakcií(M(Fe) = 56 g/mol):
4. Vypočítajte relatívny výťažok železa:
Odpoveď: η (Fe) = 85 %.
Úloha 17. Keď sa 23,4 g draslíka rozpustí vo vode, získa sa 5,6 litra plynu (n.o.). Vypočítajte relatívny výťažok tohto plynu (%).
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Zapíšme si reakčnú rovnicu a vypočítame objem vodíka, ktorý teoreticky, t.j. v súlade s reakčnou rovnicou možno z danej hmotnosti draslíka získať:
Urobme pomer:
2. Vypočítajme relatívny výťažok vodíka:
Odpoveď: η (H2) = 83,3 %.
Úloha 18. Pri spaľovaní 0,0168 m 3 acetylénu sa získalo 55 g uhlíka(I). V ) oxid. Vypočítajte relatívny výťažok oxidu uhličitého (%).
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšte rovnicu pre spaľovaciu reakciu acetylénu, zostavte pomer a vypočítajte hmotnosť uhlíka (A V ) oxid, ktorý je možné získať teoreticky. V M = 22,4 l/mol, M(C02) = 44 g/mol:
2. Vypočítajme relatívny výťažok uhlíka (And V) oxid:
Odpoveď: η (CO 2 ) = 83,3 %.
Úloha 19. Katalytickou oxidáciou 5,8 mólu amoniaku sa získalo 0,112 m 3 oxidu dusíka. Vypočítajte relatívny výťažok výsledného oxidu (%).
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Zapíšme si rovnicu pre reakciu katalytickej oxidácie amoniaku, zostavíme pomer a vypočítame objem dusíka (A V ) oxid, ktorý možno teoreticky získať ( VM = 22,4 l/mol):
2. Vypočítajte relatívny výťažok oxidu dusíka:
Odpoveď: η(NO) = 86,2 %.
Úloha 20. 1,2 mol dusíka (I) prešlo nadbytkom roztoku hydroxidu draselného V ) oxid. Získali sme 0,55 mol dusičnanu draselného. Vypočítajte relatívny výťažok výslednej soli (%).
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Zapíšme si rovnicu chemickej reakcie, zostavme pomer a vypočítame hmotnosť dusičnanu draselného, ktorý možno teoreticky získať:
2. Vypočítajme relatívny výťažok dusičnanu draselného:
Odpoveď: η(KNO 3 ) = 91,7 %.
Problém 21 . Akú hmotnosť síranu amónneho možno extrahovať z 56 litrov amoniaku, ak je relatívny výťažok soli 90%.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšte reakčnú rovnicu a zostavte pomer a vypočítajte hmotnosť soli, ktorú možno teoreticky získať z 56 litrov NH3. VM = 22,4 l/mol M((NH4)2S04) = 132 g/mol:
2. Vypočítajme hmotnosť soli, ktorú možno prakticky získať:
Odpoveď: m((NH4)2S04) = 148,5 g.
Problém 22. Chlór úplne zoxidoval 1,4 mol železa. Aká hmotnosť soli sa získala, ak jej výťažok bol 95 %?
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Zapíšme si reakčnú rovnicu a vypočítame hmotnosť soli, ktorú možno teoreticky získať. M (FeCl3) = 162,5 g/mol:
2. Vypočítajte hmotnosť FeCl3, ktoré sme prakticky dostali:
Odpoveď: m (FeCl 3) pr. ≈ 216
Úloha 23. K roztoku obsahujúcemu 0,15 mol ortofosforečnanu draselného sa pridal roztok obsahujúci 0,6 mol dusičnanu strieborného. Určte hmotnosť sedimentu, ktorý sa vytvoril.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšme rovnicu reakcie ( M (Ag3P04) = 419 g/mol):
Ukazuje, že na reakciu s 0,15 mol K3P04 je potrebných 0,45 mol (0,15 · 3 = 0,45) dusičnanu strieborného. Keďže podľa podmienok problému množstvo látky AgN B 3 je 0,6 mol, práve táto soľ sa odoberá v nadbytku, to znamená, že časť zostáva nevyužitá. Ortofosforečnan draselný úplne zreaguje, a preto sa výťažok produktov vypočíta podľa jeho množstva.
2. Podiel tvoríme:
Odpoveď: m (Ag 3 P O 4). = 62,85 g.
Úloha 24. 16,2 g hliníka sa umiestnilo do roztoku obsahujúceho 58,4 g chlorovodíka. Aký objem plynu (č.s.) sa uvoľnil?
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Vypočítajme množstvo hliníka a chlorovodíka. M(A l) = 27 g/mol, M(HCl) = 36,5 g/mol:
2. Napíšme reakčnú rovnicu a stanovme látku, ktorá sa odoberá v nadbytku:
Vypočítajme množstvo hliníkovej látky, ktoré sa môže rozpustiť v danom množstve kyseliny chlorovodíkovej:
V dôsledku toho sa hliník prijíma v nadbytku: množstvo jeho látky (0,6 mol) je väčšie, ako je potrebné. Objem vodíka sa vypočíta podľa množstva chlorovodíka.
3. Vypočítajme objem vodíka, ktorý sa uvoľní. VM = 22,4 l/mol:
Odpoveď: V (H 2 ) = 17,92 l.
Úloha 25. Zmes, ktorá obsahovala 0,4 litra acetylénu a 1200 ml kyslíka, bola uvedená do reakčných podmienok. Aký objem uhlík (I V ) vzniká oxid?
Vzhľadom na to:
Riešenie
Napíšeme reakčnú rovnicu:
Podľa zákona objemových vzťahov z vyššie uvedenej rovnice vyplýva, že na každé 2 objemy C 2 H 2 5 sa spotrebujú objemy O2 s tvorbou 4 objemov uhlíka (I V ) oxid. Preto najprv určíme látku, ktorá je v prebytku - skontrolujeme, či je dostatok kyslíka na spaľovanie acetylénu:
Pretože podľa podmienok úlohy na spaľovanie acetylénu sa odobralo 1,2 litra a je potrebný 1 liter, dospeli sme k záveru, že kyslík bol odobratý v prebytku a objem uhlíka (I V ) oxid sa vypočíta podľa objemu acetylénu pomocou zákona objemových pomerov plynov:
Odpoveď: V (CO 2 ) = 0,8 l.
Úloha 26. Zmes obsahujúca 80 ml sírovodíka a 120 ml O2 , viedol k reakčným podmienkam a získalo sa 70 ml síry (I V ) oxid. Merania objemov plynu sa uskutočňovali za rovnakých podmienok. Vypočítajte relatívny výťažok síry(IV) oxid (%).
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšme rovnicu spaľovacej reakcie sírovodíka:
2. Skontrolujeme, či je dostatok kyslíka na spálenie 80 ml sírovodíka:
Preto bude dostatok kyslíka, pretože bol odoberaný v 120 ml v stechiometrickom množstve. Prebytok jedného od žiadne látky. A teda objem TAK 2 možno vypočítať pomocou ktorejkoľvek z nich:
3. Vypočítajme relatívny výťažok síry (I V) oxid:
Odpoveď: η (SO 2 ) = 87,5 %.
Úloha 27. Keď sa 0,28 g alkalického kovu rozpustilo vo vode, uvoľnilo sa 0,448 litra vodíka (n.s.). Pomenujte kova uveďte jeho protónové číslo.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšeme reakčnú rovnicu(VM = 22,4 l/mol):
Urobme pomer a vypočítame množstvo kovovej látky:
2. Vypočítajme molárnu hmotnosť kovu, ktorý reagoval:
Toto je Lítium. Protónové číslo lítia je 3.
Odpoveď: Z(Ja) = 3.
Úloha 28. Úplným tepelným rozkladom 42,8 g hydroxidu trojmocného kovového prvku sa získalo 32 g pevného zvyšku. Uveďte molárnu hmotnosť kovového prvku.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Napíšme reakčnú rovnicu vo všeobecnom tvare:
Keďže jedinou známou látkou tejto reakcie je voda, výpočty vykonáme na základe hmotnosti vody, ktorá sa vytvorí. Na základe zákona o zachovaní hmotnosti látok určíme jej hmotnosť:
2. Pomocou reakčnej rovnice vypočítame molárnu hmotnosť hydroxidu kovového prvku. Molarnushmotnosť hydroxidu Me(OH)3 bude označená x g/mol (M(H2 O) = 18 g/mol):
3. Vypočítajme molárnu hmotnosť kovového prvku:
Toto je Ferum.
Odpoveď: M(Me) = 56 g/mol.
Úloha 29. Oxid meďnatý sa oxidoval 13,8 g nasýteného jednosýtneho alkoholu a získalo sa 9,9 g aldehydu, ktorého relatívny výťažok bol 75 %. Pomenujte alkohol a uveďte jeho molekulovú hmotnosť.
Vzhľadom na to:
Riešenie
Najoptimálnejšou možnosťou na napísanie vzorca nasýteného jednosýtneho alkoholu na napísanie rovnice pre reakciu jeho oxidácie je R - CH20H, kde R - alkylový substituent, ktorého všeobecný vzorec je C nH2n+1 . Je to spôsobené tým, že ide o skupinu CH2OHsa počas oxidačnej reakcie mení, to znamená, že prechádza do aldehydovej skupiny-CHO.
1. Napíšme reakčnú rovnicu pre oxidáciu alkoholu na aldehyd vo všeobecnom tvare:
2. Vypočítajme teoretickú hmotnosť aldehydu:
Na ďalšie vyriešenie tohto problému môžete použiť 2 metódy.
A metóda (matematická metóda, ktorá zahŕňa vykonanie určitého počtu aritmetických operácií).
Označme molárnu hmotnosť alkylového substituenta PÁN) až x g/mol. potom:
Urobme pomer a vypočítame molárnu hmotnosť alkylového substituenta:
Alkylový substituent je teda metyl-CH3 a alkohol je etanol CH3-CH2-OH; M(C2H5OH) = 46 g/mol.
II metóda.
Vypočítajme rozdiel v molárnych hmotnostiach organických produktov v súlade s rovnicou:
Podľa podmienky Δ mR = 13,8 - 13,2 = 0,6 (g).
Urobme pomer: ak zareaguje 1 mol RCH2OH, potom je hmotnostný rozdiel 2 g, a ak v móloch RCH2OH, potom je hmotnostný rozdiel 0,6 g.
Podľa vzorca 
Vypočítajme molárnu hmotnosť alkoholu:
Takže výsledok je rovnaký.
Odpoveď: M(C2H5OH) = 46 g/mol.
Problém 30 . Po úplnej dehydratácii 87,5 g kryštalického hydrátu dusičnanu železitého sa získalo 1,5 mol vodnej pary. Určite vzorec východiskovej látky.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Vypočítajme hmotnosť 1,5 mol vody získanej ako výsledok reakcie. M(H2 O) = 18 g/mol:
2. Na základe zákona zachovania hmotnosti vypočítame hmotnosť soli, ktorá sa získala zahrievaním kryštalického hydrátu:
3. Vypočítajme množstvo látky Fe(NO3)3. M (Fe(N03)3) = 242 g/mol:
4. Vypočítajme pomer množstva bezvodej soli a vody:
Na 0,25 mólu soli pripadá 1,5 mólu vody na 1 mól soli x mól:
Odpoveď: vzorec kryštálového hydrátu - Fe(N03)36H20.
Úloha 31. Vypočítajte objem kyslíka potrebného na spálenie 160 m 3 zmesi oxidu uhoľnatého, dusíka a etánu, ak objemové podiely zložiek zmesi sú 50,0, 12,5 a 37,5 %.
Vzhľadom na to:
Riešenie
1. Podľa vzorca 
Vypočítajme objemy horľavých zložiek, a tooxid uhličitý (II) a etán (všimnite si, že dusík nehorí):
2. Napíšme rovnice pre spaľovacie reakcie CO a C 2 H 6:
3. Využime zákon objemových pomerov plynov a vypočítajme objem kyslíka za každýmz reakčných rovníc:
4. Vypočítajte celkový objem kyslíka:
Odpoveď: V (O 2) = 250 m 3.