4. Расчеты по уравнениям химических реакций

С помощью стехиометрических коэффициентов схема химической реакции переходит в ее уравнение, которое в явном виде отражает закон сохранения количества атомов каждого вида при переходе от исходных веществ (реагентов) к продуктам реакции.

Стехиометрические коэффициенты позволяют установить связь между количествами участвующих в реакции веществ на основе следующего правила:

коэффициенты в химическом уравнении задают молярные пропорции (отношения), в которых вступают в реакцию исходные вещества (реагенты) и образуются продукты реакции.

Рассмотрим в качестве примера реакцию синтеза аммиака:

3H₂+ N₂= 2NH₃ ,

для которой согласно приведенному правилу можно записать

,

где индексы «пр.» и «обр.» соответствуют количествам прореагировавших и образовавшихся веществ. Последнее соотношение можно представить в ином виде:

а) для веществ H₂и N₂:

или в другой форме ;

б) для веществ H₂и NH₃:или;

в) для веществ N₂и NH₃:или

.

Легко видеть, что все пропорции можно объединить и записать в виде:

=.

Последнее равенство является основным расчетным уравнением, связывающим количества прореагировавших веществ и образовавшихся продуктов реакции. При необходимости в это уравнение можно из условия задачи ввести массы и объемы участников реакции, используя обычные соотношения.

Например, для реакции

4FeS₂(т) + 11О₂= 2Fe₂O₃(т) + 8SO₂(г)

основное расчетное уравнение имеет вид:

и если в него ввести обычно задаваемые в задачах для твердых веществ их массы, а для газов – объемы, то оно примет следующую форму:

Методика вычислений с использованием основного расчетного уравнения химической реакции включает в себя несколько общих моментов:

1) Прежде всего определяют опорное вещество, по количеству которого проводят весь последующий расчет. В условии задачи для него задана или масса, или объем, или концентрация, которые, в свою очередь, позволяют вычислить число молей опорного вещества. Как правило, это не составляет большого труда, а исключение относится к так называемым задачам на избыток и недостаток, когдаопорное вещество нужно выбрать издвух исходных.Дело в том, что при приготовлении реакционной смеси исходные вещества можно смешивать в любых пропорциях, но реагировать друг с другом они будут всегда в строго определенных пропорциях, которые устанавливают для них стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции. В этих условиях вполне возможна ситуация, когда одно из исходных веществ прореагирует полностью, а часть другого останется не прореагировавшей и тогда говорят, что первое вещество взято в недостатке по отношению ко второму и, наоборот, второе вещество находится в избытке по отношению к первому. В данном случае в качестве опорного вещества следует выбрать исходное вещество, взятое в недостатке, поскольку именно его количество будет определять как окончание реакции, так и количества образующихся продуктов.

Как определить опорное вещество, если в задаче указаны данные (массы, объемы и др.) для обоих исходных веществ? Пусть в реакцию вступают два вещества А и В

аА + вВ → продукты реакции ,

а исходные количества этих веществ ₀ (А) и ₀ (В) можно вычислить из условия задачи.

Для ответа на поставленный вопрос нужно сравнить два числа , где возможны три варианта:

I вар. , тогда исходная реакционная смесь называется стехиометрической и в качестве опорного вещества может быть выбрано любое из них – А или В;

II вар. , тогда вещество А взято в избытке и опорным будет вещество В;

III вар. , тогда вещество В будет в избытке и опорным является вещество А.

Окончание необратимых химических реакций в первом варианте происходит в момент одновременного исчезновения обоих исходных веществ, а в двух других – в момент исчезновения вещества, взятого в недостатке, причем в конечной смеси веществ, наряду с продуктами реакции, будет присутствовать не прореагировавший остаток вещества, взятого в избытке.

2) Из основного расчетного уравнения вытекает простое правило определения числа молей вступивших в реакцию исходных веществ и образовавшихся продуктов по числу молей опорного вещества:

для определения числа молей прореагировавшего или образовавшегося в реакции вещества необходимо число молей опорного вещества разделить на его стехиометрический коэффициент и этот результат умножить на стехиометрический коэффициент определяемого вещества.

Для реакции 2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + H₂,

где опорным веществом, например, является алюминий можно записать:

Определив количества интересующих нас веществ, легко рассчитать их массы, объемы и концентрации, то есть те характеристики участников химической реакции, которые фигурируют в условии задачи.

Таким образом, общая схема расчета по уравнению химической реакции может быть представлена в виде:

1. Необратимая реакция.

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

a

A + в В = с С + d D

	начало реакции:	моль (избыток)	моль (недостаток)		0	0
окончание реакции:				0

2. Обратимая реакция.

В этом случае реакция заканчивается установлением химического равновесия и равновесная смесь содержит как продукты реакции, так и остаток исходных веществ. Пусть к моменту установления равновесия образовалось, например, х моль продукта С – это опорное вещество, то

a A + в В  с С + d D

Начало реакции:	моль	моль	0	0
Равновесие:

Пример 1. Раствор, содержащий 20,0 г гидроксида натрия поглотил 6,72 л углекислого газа (н. у.). Определите продукты реакции и их количества.

При поглощении раствором щелочи кислотных оксидов (СО₂ ,SO₂ ,P₂O₅и др.) или водородных соединений (H₂Sи др.), которым соответствуют многоосновные кислоты, на первом этапе при избытке щелочи всегда образуются средние соли, которые на втором этапе при наличии избытка поглощаемого реагента частично или полностью переходят в кислые соли:

СО_{2 (газ)} + 2 NaOH = Na₂CO₃ + Н₂О

начало реакции:			0
углекислый газ в избытке
окончание реакции:		0

Остаток углекислого газа реагирует с карбонатом натрия:

Na₂CO₃ + СО_{2 (газ)} + Н₂О = 2 NaHСО₃

начало реакции:

0,25 моль (избыток)

0,05 моль (недостаток)

0

окончание реакции:

0

Итак, в растворе присутствует смесь солей: 0,1 моль NaHCO₃ и 0,2 моль Na₂CO₃.

Пример 2. В стакан с 200 мл раствора фосфорной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/л внесли 6 г гидроксида натрия. Определите состав раствора после окончания реакции.

При нейтрализации щелочью (NaOH, KOH, NH₃ и др.) многоосновных кислот происходит последовательное замещение атомов водорода на металл или аммонийную группу и состав продуктов реакции зависит от соотношения количеств реагентов. В нашем случае, если – образуетсяNaH₂PO₄ ; если 1: 2 , то Na₂HPO₄ и если 1: 3 , то Na₃PO₄. В промежуточных вариантах возникает смесь солей.

Найдем исходные количества реагентов: ;, – имеет место промежуточный вариант между 1: 1 и 1: 2 , поэтому реакция идет в два этапа:

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O

начало реакции:	0,1 моль (недостаток)	0,15 моль (избыток)	0
окончание реакции:	0		0,1 моль

далее остаток щелочи реагирует с NaH₂PO₄

NaH₂PO₄ + NaOH = Na₂HPO₄ + H₂O

начало реакции:		0,1 моль (избыток)	0,05 моль (недостаток)	0
окончание реакции:			0	0,05 моль

Итак, в растворе после реакции присутствует смесь солей – по 0,05 моль NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄ .

Успех в проведении расчетов по цепочкам химических уравненийв случае, когда продукт одной реакции является исходным веществом для другой, зависит от правильного выбора последовательности переходов от одного уравнения к другому. Выбрав согласно условию задачи опорное вещество, стрелками удобно указать последовательность расчета, помня при этом, что вещество, полученное в предыдущей реакции, в том же количестве используется в последующей если, естественно, в ходе всего многостадийного процесса нет потерь и выход каждой реакции 100 %.

Пример 3. Сколько литров хлора и водорода (н.у.) необходимо для получения хлороводорода, способного нейтрализовать раствор щелочи, образующийся при растворении в воде 13,7 г бария.

Составим уравнения всех реакций и стрелками укажем последовательность расчета:

Опорное вещество барий и его количество

(Ва) = .

Цепочка расчетов:

уравнение (I) — (Ba(OH)₂/ I) ==>

уравнение (II) — (HCl / II)=> уравнение (III) –

(Cl₂) =(H₂) =,

тогда V(H₂) = V(Cl₂) = 0,1 моль· 22,4 л/моль = 2,24 л.

При решении задач на смеси веществнеобходимо прежде всего для каждого компонента смеси отдельно записать все химические реакции, в которых он может участвовать в соответствии с условием задачи. В качестве опорных веществ обычно выбирают вещества исходной смеси и их количества (число молей) обозначают как неизвестные – x, y, z, …., а затем составляют уравнения материального баланса по количеству, массе или объему ( для газов) участников химических реакций, где два последних необходимо выразить через неизвестные. Число балансовых уравнений должно быть равно числу неизвестных. На последнем этапе решается полученная система алгебраических уравнений.

Пример 4.При сгорании 13,44 л (н. у.) смеси водорода, метана и угарного газа образовалось 8,96 л углекислого газа и 14,4 г воды. Определить количества газов в смеси.

Уравнения реакций:

2H₂+ O₂= 2H₂O (I)

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O (II)

2CO + O₂ = 2CO₂ (III)

Опорные вещества – CH₄, H₂и CO; обозначим их количества

ν(H₂) = x; ν(СH₄) = y; ν(CO) = z.

Составим три балансовых уравнения по числу неизвестных:

а) баланс по объему смеси:

V (H₂) + V(CH₄) + V(CO) = 13,44 л, введем в него неизвестные:

xV_m+ yV_m+ zV_m= 13,44 или x + y + z =0,6 моль;

б) баланс по количеству CO₂:

ν(CO₂/ II) + ν(CO₂/ III) = ν_общ.(CO₂), но

;

ν(CO₂/ II) = ν(CH₄) = y; ν(CO₂/ III) = z, тогда y + z = 0,4.

в) баланс по количеству H₂O:

ν(H₂O/ I) + ν(H₂O/ II) = ν_общ.(H₂O), но

,

;,

тогда x + 2y = 0,8.

Итак, получаем систему уравнений вида

,

которая легко решается устно

x = 0,2 моль; y = 0,3 моль; z = 0,1 моль.

studfile.net

Простейшие расчёты по уравнениям химических реакций — урок. Химия, 8–9 класс.

Между количествами веществ, участвующих в химической реакции, существует прямо пропорциональная зависимость: чем большее количество одного из веществ принимает участие в данном превращении, тем большее количество других веществ в нём участвует, и наоборот.

Если в химической реакции участвуют вещества \(A\) и \(B\), то уравнение реакции имеет вид
\(…aA\)  \(+\)  \(…bB\), где \(a\) и \(b\) — коэффициенты, относящиеся к формулам соответствующих веществ.
Прямо пропорциональную зависимость, существующую между количествами веществ \(A\) и \(B\), можно выразить математически:

n(A)n(B)=ab,  отсюда:  n(A)=a⋅n(B)b  или  n(B)=b⋅n(A)a.

Для того чтобы произвести простейший расчёт по уравнению химической реакции, следует, как правило, сделать четыре шага:

1. написать уравнение химической реакции, упомянутой в условии задачи: \(…aA\)  \(+\)  \(…\)  \(…bB\).
 

2. Если в условии задачи не указано количество вещества \((A)\), участвующего в превращении, следует, исходя из того, что дано, сделать такой расчёт:

а) если известна масса вещества, его количество можно рассчитать путём деления массы на его молярную массу:
n(A)=m(A)M(A).
б) Если известен объём газообразного вещества, измеренный при нормальных условиях (н. у.), количество вещества можно рассчитать путём деления объёма на молярный объём:
n(A)=V(A)Vm, где Vm=22,4 л/моль.
в) Если известно число частиц вещества (атомов, молекул или др.), принимающих участие в реакции, его количество можно рассчитать путём деления числа частиц на число Авогадро:
n(A)=N(A)NA, где  NA=6,02⋅1023 1/моль.

3. Зная количество одного вещества (\(A\)), участвующего в реакции, можно рассчитать количество второго вещества (\(B\)), принимающего участие в этой реакции: n(B)=b⋅n(A)a.
 
4. Если требуется рассчитать не количество второго вещества (\(B\)), а численное значение другой физической величины (его массу, объём газа (н. у.) или др.), следует сделать такой расчёт:

а) чтобы рассчитать массу второго вещества, участвующего в реакции, следует его количество умножить на молярную массу данного вещества: m(B)=n(B)⋅M(B).
б) Чтобы рассчитать объём газа (н. у.), участвующего в химической реакции, нужно его количество умножить на молярный объём: V(B)=n(B)⋅Vm.
в) Чтобы рассчитать число частиц (атомов, молекул или др.) второго вещества, принимающего участие в данной химической реакции, нужно его количество умножить на число Авогадро: N(B)=n(B)⋅NA.
г) Чтобы рассчитать молярную массу второго вещества, участвующего в химической реакции, следует его массу разделить на количество этого вещества: M(B)=m(B)n(B).

 

Обрати внимание!

Все вышеупомянутые вычисления можно сделать, не пользуясь расчётными формулами, а составляя пропорции.

Пример:

для того чтобы рассчитать, какое количество вещества содержится в \(4,9\) г серной кислоты (её молярная масса равна \(98\) г/моль), следует составить такую пропорцию:

в \(98\) г серной кислоты содержится \(1\) моль этого вещества,
а в \(4,9\) г серной кислоты содержится \(x\) моль вещества;

x=1 моль ⋅4,9 г98 г=0,05 моль.

 

www.yaklass.ru

Расчёты по уравнениям реакций с учётом примесей — урок. Химия, 8–9 класс.

Каждое вещёство наряду с основным компонентом включает то или иное количество примесей. Именно поэтому абсолютно чистых веществ в природе не существует.

 

Образец (вещество, навеску), содержащий примеси, принято называть техническим (технически чистым). Его массу обозначают  mтехн, массу примесей — mприм, а массу основного (чистого) вещества —  mчист.

                                           

Обрати внимание!

mтехн \(=\) mчист \(+\) mприм.

Содержание примесей в техническом образце обычно указывается с помощью массовой доли, которую выражают в долях от единицы или в процентах:

 

ωприм=mпримmтехн.

 

 Сумма массовых долей примесей ωприм  и основного вещества ωчист  равна \(1\) (\(100\) %):

 

  ωприм  \(+\) ωчист  \(=\) \(1\) (\(100\) %).

 

При проведении расчётов по уравнениям химических реакций, если исходное вещество содержит определённую долю примесей, придерживаются алгоритма: 

 

1. если необходимо, записывают уравнение химической реакции.

  

2. Находят массу чистого вещества.

  

Её можно рассчитать по формуле:

 

mчист \(=\) mтехн \(·\) ωчист  \(=\) mтехн \(·\) (\(1 -\) ωприм )

 

— либо используя пропорцию. При этом mтехн соответствует \(100\) %, а mчист — \(x\) %.

  

3. Определяют химическое количество чистого вещества по формуле:

  

 n=mM.

                                                                      

4. Подчёркивают формулы интересующих веществ в уравнении реакции.

  

Под этими формулами записывают химические количества вступивших в реакцию и образовавшихся веществ (коэффициенты перед веществами в уравнении реакции). Над формулами веществ указывают известную величину (найденное по формуле химическое количество чистого вещества), а также неизвестную, которую обозначают за \(x\) — (химическое количество образующегося продукта реакции или вступившего в реакцию исходного вещества).

  

5. Составляют пропорцию и находят неизвестную величину.

  

6. Если необходимо, рассчитывают по формуле массу продукта реакции или массу вступившего в реакцию вещества:

  

 m=n⋅M.

   

Обрати внимание!

Если необходимо найти объём газообразного вещества ( при н. у.) — используют  формулу:  V(вещ)=Vm⋅n(вещ);    Vm=22,4 л/моль.

Вычисли массу негашёной извести CaO, которую получили при обжиге известняка массой \(300\) г, если массовая доля примесей в нём равна \(0,08\) (\(8\) %).

  

1. Запиши уравнение химической реакции:

  

CaCO3⟶tCaO+CO2.

 

2. Определи массовую долю чистого карбоната кальция в известняке и найди массу соли:

  

ωчист  \(=\)  \(1\) \(-\)  ωприм   \(=  1 — 0,08 = 0,92\).

\(0,92\) — массовая доля (в долях от единицы) карбоната кальция в известняке.

 

mчист \(=\) mтехн \(·\) ωчист  \(= 300 · 0,92 = 276\) г.

 

\(276\) г —  масса чистого карбоната кальция в известняке.

 

3. Определи химическое количество чистого вещества:

  

n(CaCO3)=m(CaCO3)M(CaCO3)=276100=2,76 моль.

 

4. \(2,76\) моль  \(x\) моль

 

CaCO3⟶tCaO+CO2.

 

\(1\) моль        \(1\) моль

 

5. Составь пропорцию и найди неизвестную величину:

 

х=2,76 ·11=2,76 моль.

 

\(2,76\) моль —  химическое количество образовавшейся негашёной извести.

 

6. Определи массу негашёной извести:

 

m(CaO)=n(CaO)⋅M(CaO)=2,76⋅56=154,56 г.

 

Ответ: \(m(\)CaO\()\) \(=\) \(154,56\)  г.

 

www.yaklass.ru

Cайт учителя химии Ващенко Н.Ю.

Урок посвящен продолжению изучения темы «Уравнение химической реакции». В уроке рассматриваются простейшие расчеты по уравнению химической реакции, связанные с соотношением количеств веществ, участвующих в реакции.

Тема: Первоначальные химические представления

Урок: Уравнение химической реакции 

1. Соотношение количеств веществ, участвующих в реакции

Коэффициенты в уравнении реакции показывают не только число молекул каждого вещества, но и соотношение количеств веществ, участвующих в реакции. Так, по уравнению реакции: 2h3 + O2 = 2h3O – можно утверждать, что для образования определенного количества воды (например, 2 моль) необходимо столько же моль простого вещества водорода (2 моль) и в два раза меньше моль простого вещества кислорода (1 моль). Приведем примеры подобных расчетов.

2. Задача 1

ЗАДАЧА 1. Определим количество вещества кислорода, образующегося в результате разложения 4 моль воды.

АЛГОРИТМ решения задачи:

1. Составить уравнение реакции

2. Составить пропорцию, определив количества веществ по уравнению реакции и по условию задачи (обозначить неизвестное количество вещества за х моль).

3. Составить уравнение (из пропорции).

4. Решить уравнение, найти х.

Рис. 1. Оформление краткого условия и решения задачи 1

3. Задача 2


ЗАДАЧА 2. Какое количество кислорода потребуется для полного сжигания 3 моль меди?

Воспользуемся алгоритмом решения задач с использованием уравнения химической реакции.

Рис. 2. Оформление краткого условия и решения задачи 2.

Для лучшего усвоения темы рекомендую:

Внимательно изучите алгоритмы и запишите в тетрадь, решите самостоятельно предложенные задачи

I. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите количество вещества оксида алюминия, образовавшегося в результате взаимодействия алюминия количеством вещества 0,27 моль с достаточным количеством кислорода (4Al +3O2=2Al2O3).

2. Вычислите количество вещества оксида натрия, образовавшегося в результате взаимодействия натрия количеством вещества 2,3 моль с достаточным количеством кислорода (4Na+O2=2Na2O).

Алгоритм №1

Вычисление количества вещества по известному количеству вещества, участвующего в реакции.

Пример. Вычислите количество вещества кислорода, выделившегося в результате разложения воды количеством вещества 6 моль.

II. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы (IV) количеством вещества 4 моль (S+O2=SO2).

2. Вычислите массу лития, необходимого для получения хлорида лития количеством вещества 0,6 моль (2Li+Cl2=2LiCl).

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

Алгоритм №2

Вычисление массы вещества по известному количеству другого вещества, участвующего в реакции.

Пример: Вычислите массу алюминия, необходимого для получения оксида алюминия количеством вещества 8 моль.

III. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите количество вещества сульфида натрия, если в реакцию с натрием вступает сера массой 12,8 г (2Na+S=Na2S).

2. Вычислите количество вещества образующейся меди, если в реакцию с водородом вступает оксид меди (II) массой 64 г (CuO + h3 = Cu + h3O).

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

Алгоритм №3

Вычисление количества вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции.

Пример. Вычислите количество вещества оксида меди (I), если в реакцию с кислородом вступает медь массой 19,2г.

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

IV. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите массу кислорода, необходимую для реакции с железом массой 112 г

(3Fe + 4O2=Fe3O4).

Алгоритм №4

Вычисление массы вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции

Пример. Вычислите массу кислорода, необходимую для сгорания фосфора, массой 0,31г.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Вычислите количество вещества оксида алюминия, образовавшегося в результате взаимодействия алюминия количеством вещества 0,27 моль с достаточным количеством кислорода (4Al +3O2=2Al2O3).

2. Вычислите количество вещества оксида натрия, образовавшегося в результате взаимодействия натрия количеством вещества 2,3 моль с достаточным количеством кислорода (4Na+O2=2Na2O).

3. Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы (IV) количеством вещества 4 моль (S+O2=SO2).

4. Вычислите массу лития, необходимого для получения хлорида лития количеством вещества 0,6 моль (2Li+Cl2=2LiCl).

5. Вычислите количество вещества сульфида натрия, если в реакцию с натрием вступает сера массой 12,8 г (2Na+S=Na2S).

6. Вычислите количество вещества образующейся меди, если в реакцию с водородом вступает оксид меди (II) массой 64 г (CuO + h3 = Cu + h3O).

ТРЕНАЖЁРЫ

Тренажёр №1 — Анализ уравнения химической реакции

Тренажёр №2 — Расчёт количества вещества по уравнению реакции

Тренажёр №3 — Расчёт массы вещества по уравнению реакции

Тренажёр №4 — Вычисление массы вещества

Тренажёр №5 — Химические вычисления

Тренажёр №6 — Стехиометрические расчёты

himiknoginsk.ucoz.ru

Задачи по химии на тему «Расчеты по химическим уравнениям»(8 класс)

Инфоурок › Химия ›Другие методич. материалы›Задачи по химии на тему «Расчеты по химическим уравнениям»(8 класс)

Курс профессиональной переподготовки

Учитель химии

Курс повышения квалификации

Курс профессиональной переподготовки

Учитель биологии и химии

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Номер материала: ДБ-431867

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

infourok.ru

10. Расчеты по уравнениям химических реакций

(задачи №№ 226 – 250)

Пример 10.1. Какой объем этанаС₂Н₆сгорел, если в результате образовалось 6 кг паров воды? Температура 20⁰С, давление 98 кПа.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения этана в воздухе.

Х м³ 6 кг

С₂Н₆ + 3,5(О₂ + 3,76 N₂) = 2СО₂ + 3Н₂О + 3,53,76 N₂

1V_М= 3М=

= 24,9 м³= 318 кг

2. В соответствии с условием задачи в уравнении реакции над формулами веществ записываем неизвестные и известные величины с указанием размерности.

Под формулами веществ записываем

— молярную массу (Мкг/кмоль) соответствующего вещества (в том случае, если дана масса или надо определить массу в кг) или

— молярный объем (V_Мм³/кмоль) вещества, находящегося в газовой фазе (в том случае, если дан объем или надо определить объем в м³).

Стехиометрические коэффициенты, стоящие в уравнении реакции и обозначающие число кмоль веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции, необходимо учитывать, умножая МилиV_М на соответствующий стехиометрический коэффициент.

Молярная масса воды V_М= 18 кг/кмоль. В данной задаче стехиометрический коэффициент передН₂Оравен 3, поэтому под формулой воды следует написать 3М= 318 кг.

Если условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль любого газообразного вещества при данных условиях. Расчет V_Мведут по формуле объединенного газового закона:

, где

Р и Т – данные в задаче температура и давление.

Для нашей задачи рассчитываем молярный объем при заданных условиях: м³/кмоль.

Размерность Р₀должна соответствовать размерности давления, приведенного в условии задачи.

Найденное значениеV_Мподставляем под формулой этана (стехиометрический коэффициент перед горючим веществом всегда должен быть равен 1!).

3. Определим объем сгоревшего этана. Согласно уравнению реакции можно составить следующую пропорцию:

24,9 м³С₂Н₆ соответствуют 318 кгН₂О

Х м³С₂Н₆ соответствуют 6 кгН₂О.

Отсюда

м³.

Ответ:сгорело 2,76 м³этана.

Пример 10.2. Какой объем воздуха необходим для полного сгорания 10 кг диэтилового эфираС₂Н₅ОС₂Н₅?Температура 10⁰С, давление 1,2 ат

Решение:

1. Записываем уравнение реакции горения

10 кг Х м³

С₂Н₅ОС₂Н₅ + 6(О₂ + 3,76N₂) =4СО₂ + 5Н₂О +63,76N₂

М = 74 кг 64,76V_м=

=64,7619,35 м³

2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.

3. Молярная масса диэтилового эфира 74 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой эфира.

4. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль воздуха (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м³/кмоль

Записываем данную величину под формулой воздуха,умножив ее на стехиометрический коэффициент (64,76).

5. По уравнению реакции найдем объем воздуха, необходимого для полного сгорания эфира:

м³

Ответ:для сгорания 10 кг диэтилового эфира необходимо 74,7 м³воздуха.

Пример 10.3. Какая концентрация углекислого газа (в объемных %) образовалась в помещении объемом 500 м³, если сгорело 5 кг ацетонаСН₃СОСН₃?

Температура –5⁰С, давление 750 мм рт.ст.

Решение:

Объемная концентрация газа в помещении определяется по формуле

В данной задаче необходимо определить объем углекислого газа, который образуется в результате реакции горения.

1. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

5 кг Хм³

СН₃СОСН₃ + 4(О₂ + 3,76 N₂) = 3СО₂ + 3Н₂О + 43,76 N₂

М= 58 кг 3V_М =

= 322,3 м³

2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.

3. Молярная масса ацетона 58 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой ацетона.

4. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль углекислого газа (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м³/кмоль.

Записываем данную величину под формулой углекислого газа, умножив ее на стехиометрический коэффициент 3.

5. По уравнению реакции найдем объем углекислого газа, образовавшегося в результате сгорания ацетона:

м³.

6. Рассчитаем объемную концентрацию углекислого газа в помещении:

%.

Ответ:объемная концентрация углекислого газа составила 1,16 %.

Пример 10.4. Образовалась ли в емкости объемом 0,5 м³взрывоопасная концентрация ацетилена при взаимодействии в ней 0,1 кг карбида кальция с водой? Условия нормальные.

Решение:

1. В результате реакции образуется гидроксид кальция и горючий газ ацетилен. Концентрация ацетилена в газо-воздушной смеси от 2 до 80 %взрывоопасна.

Запишем уравнение реакции взаимодействия карбида кальция с водой.

0,1 кг х м³

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂

М = 64 кг V_М = 22,4 м³

2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.

3. Молярная масса карбида кальция 64 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой карбида кальция.

4. Для расчета концентрации газа в емкости необходимо определить объем образовавшегося ацетилена. По условию задачи условия нормальные, следовательно, молярный объем V_М = 22,4 м³. Записываем эту величину под формулой ацетилена.

5. В соответствии с уравнением реакции рассчитываем объем образовавшегося ацетилена:

м³

6. Рассчитаем объемную концентрацию ацетилена в емкости:

%.

Ответ:объемная концентрация ацетилена в емкости взрывоопасна и

составляет 7 %.

studfile.net

Расчеты по уравнениям химических реакций — Примеры решения типовых задач — Урок 5 — Химическая реакция — ОБЩАЯ ХИМИЯ — ХИМИЯ

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(H₂) = 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(Аl) = 2,16 г.

Задача 9. Какой объем кислорода необходимо использовать, чтобы сжечь 120 м³ 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(O₂) = 36 м³.

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(NO₃)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(ИV) 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 SO₂. M(ZnS) = 97 г/моль, V_M = 22,4 л/моль:

Ответ: V(SO₂) = 448 м³.

Задача 12. Вычислите объем кислорода, который можно получить при полном термическом разложении 34 г раствора дигідроген перекиси с массовой долей Н₂O₂ 30 %.

Дано:

Решение

1. Рассчитаем массу дигідроген пероксида в растворе. М(Н₂O₂) = 34 г/моль:

2. Составим уравнение реакции и проведем по ним расчет. V_M = 22,4 л/моль:

Ответ: V(O₂) = 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(Аl)_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(KNO₃) = 101 г/моль:

3. Вычислим массу калий сульфата в исходной смеси:

Ответ: m(K₂SO₄) = 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(Аl₂O₃):

2. Рассчитаем массу образовавшегося оксида. М(Аl₂O₃) = 102 г/моль:

3. Рассчитаем относительный выход Аl₂O₃ по формуле:

Ответ: η(Аl₂O₃) = 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)_{татаки.}:

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(Н₂) = 83,3 %.

Задача 18. При сжигании 0,0168 м³ ацетилена получили 55 г карбон(ИV) оксида. Вычислите относительный выход углекислого газа (%).

Дано:

Решение

1. Запишем уравнение реакции горения ацетилена, составим пропорцию и вычислим массу карбон(ИV) оксида, которую можно получить теоретически. V_M = 22,4 л/моль, М(СО₂) = 44 г/моль:

2. Вычислим относительный выход карбон(ИV) оксида:

Ответ: η(CO₂) = 83,3 %.

Задача 19. В результате каталитического окисления 5,8 моль аммиака получили 0,112 м³ нитроген(II) оксида. Вычислите относительный выход полученного оксида (%).

Дано:

Решение

1. Запишем уравнение реакции каталитического окисления аммиака, составим пропорцию и обчислімо объем нитроген(ИV) 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(ИV) 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(KNO₃) = 91,7 %.

Задача 21. 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 NH₃. V_M = 22,4 л/моль M((NH₄)₂SО₄) = 132 г/моль:

2. Вычислим массу соли, которую можно получить практически:

Ответ: m((NH₄)₂SО₄) = 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(FeCl₃) = 162,5 г/моль:

2. Рассчитаем массу FeCl₃, которую получили практически:

Ответ: m(FeCl₃)_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(Ag₃PO₄) = 419 г/моль):

Из него видно, что для реакции с 0,15 моль К₃РО₄ нужно 0,45 моль (0,15 · 3 = 0,45) аргентум(И) нитрата. Поскольку, согласно условию задачи, количество вещества AgNВ₃ 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(Ag₃PO₄)_. = 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(Аl) = 27 г/моль, М(НСl) = 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(H₂) = 17,92 л.

Задача 25. Смесь, которая содержала 0,4 л ацетилена и 1200 мл кислорода, привели к условиям реакции. Какой объем карбон(ИV) оксида образовался?

Дано:

Решение

Запишем уравнение реакции:

Согласно закону объемных соотношений, из приведенного уравнения следует, что на каждые 2 объемы С₂Н₂ расходуется 5 объемов O₂ с образованием 4 объемов карбон(ИV) 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(ИV) оксида рассчитываем по объему ацетилена, воспользовавшись законом объемных соотношений газов:

Ответ: V(CO₂) = 0,8 л.

Задача 26. Смесь, содержащую 80 мл сероводорода и 120 мл O₂, привели к условиям реакции и получили 70 мл сульфур(ИV) 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 SO₂ можно рассчитать по любой из них:

3. Вычислим относительный выход сульфур(ИV) оксида:

Ответ: η(SO₂) = 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(Н₂O) =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-CH₂OH, где R — алкільний заместитель, общая формула которого С_nН_2n+1. Это обусловлено тем, что именно группа-СН₂ОН 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-СН₃, а спирт — этанол СН₃-СН₂-ОН; М(С₂Н₅ОН) = 46 г/моль.

II способ.

Вычислим разность молярных масс органических продуктов в соответствии с уравнением:

Согласно условию Δm_р = 13,8 — 13,2 = 0,6 (г).

Составим пропорцию: если в реакцию вступает 1 моль RCH₂OH, то разница масс составляет 2 г, а если в моль RCH₂OH, то разница масс — 0,6 г.

По формуле рассчитаем молярну массу спирта:

Итак, результат тот же.

Ответ: М(С₂Н₅ОН) = 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(Н₂O) =18 г/моль:

2. Исходя из закона сохранения массы, вычислим массу соли, которую получили при нагревании кристаллогидрата:

3. Рассчитаем количество вещества Fe(NO₃)₃. M(Fe(NO₃)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(NO₃)₃ · 6Н₂O.

Задача 31. Вычислите объем кислорода, необходимый для сжигания 160 м³ 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 С₂Н₆:

3. Воспользуемся законом объемных соотношений газов и проведем расчет объемов кислорода за каждым из уравнений реакций:

4. Вычислим суммарный объем кислорода:

Ответ: V(О₂) = 250 м³.

na-uroke.in.ua