Расчеты массы вещества по уравнению химической реакции. Расчеты по химическим уравнениям Урок по теме расчеты по химическим уравнениям

Задание. Сколько литров кислорода (н. у.) вступит в реакцию при сгорании 4,8 г магния?

Периодический закон (ПЗ) и периодическая система (ПС)

элементов Д. И. Менделеева

Открытие ПЗ и построение ПС явились вершиной развития химии в 19 в (1869 г). Д.И. Менделеев расположил все известные в то время элементы (63) в порядке возрастания их атомных масс и при этом обнаружил связь свойств химических элементов с их атомными массами, которая заключалась в том, что через определенные интервалы свойства элементов повторялись. Д. И. Менделеев сформулировал периодический закон так: Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов.

Несмотря на всю огромную значимость такого вывода, ПЗ и ПС представляли лишь гениальное эмпирическое (экспериментальное) обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Причина этого в том, что в 19 в совершенно отсутствовали представления о сложности строения атома.

Чаще используют три варианта ПС:

1. Короткопериодный;

2. Полудлинный (все элементы 4-го и 5-го периодов вытянуты в одну линию по 18 элементов;

3. Длиннопериодный (в одну линию вытянуты все s, p, d и f элементы.

Короткаяформа ПС состоит из 7 периодов и 8 групп.

Период – это горизонтальный ряд, который начинается щелочным металлом (кроме первого периода) и заканчивается инертным элементом (кроме седьмого периода).

Первый, второй и третий периоды состоят из одного ряда и называются малыми. Четвертый, пятый и шестой периоды состоят из двух рядов и называются большими. Всего в периодической системе 10 рядов. Верхний ряд - четный, нижний - нечетный. Четные ряды содержат только металлы и свойства элементов слева направо меняются мало. Четный ряд большого периода заканчивается тремя сходными между собой по свойствам элементами: триадами. Нечетные ряды содержат металлы и неметаллы, в них слева направо идет постепенный переход от металлических свойств к неметаллическим.

В шестом периоде послелантана La (№ 57) расположены 14 элементов со сходными свойствами(№ 58 - 71): лантаноиды. Все они реакционноспособные металлы, реагируют с водой, у них сильно выражена горизонтальная аналогия.

В седьмом периоде после актиния Ас (№89) аналогично расположены14 элементов (№90 - 103), подобных актинию: актиноиды. Ядра их атомов крайне неустойчивы, то есть являются радиоактивными.

Каждая группа состоит из двух подгрупп: главной и побочной.

Подгруппы, в которые входят элементы малых и больших периодов, называются главными (А). Подгруппы, в которые входят элементы только больших периодов, называются побочными (В). Подгруппы объединяют наиболее сходные между собой элементы.

Для элементов одной группы характерны следующие закономерности:

1. Все элементы, кроме благородных газов, образуют кислородные соединения.

2. Высшая валентность и высшая положительная степень окисления обычно соответствует номеру группы. Исключения: 1) в 8-й группе только у рутения Ru и Os валентность равна VIII; Cu +1 , Cu +2 ; O –2 ; F –1 .

3. Элементы главной подгруппы с IV по VIII группы образуют летучие соединения с водородом. Валентность их в этих соединениях равна разности между числом 8 и номером группы. Например, N находится в V-й группе и его валентность равна 8 – 5 = 3 в соединении NH 3 .

Строение атома

В XIX в. считали, что атом – неделимая частица, которая не изменяется при химических реакциях. В концеХIХ- начале XX вв. были открыты рентгеновское излучение (немецким ученым К. Рентгеном, 1895 г), радиоактивность (французским ученым А. Беккерелем, 1896), электрон (английским ученым Дж. Томсоном, 1897 г.). Масса m(е)=9,109×10 –28 г и отрицательный заряд q(e)=1,602×10 –19 Кл. Величина заряда электрона принята за единицу элементарного электрического заряда.

В 1903 г. Дж. Томсон предложил модель строения атома, согласно которой положительный заряд равномерно распределен по объему атома и нейтрализован вкрапленными в него электронами. Развивая эти представления, Э. Резерфорд в 1911г. предложил планетарную модель строения атома. По этой теории в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны. Совокупность электронов в атоме называется его электронной оболочкой. В 1913 г. Английский ученый Д. Мозли обнаружил, что величина положительного заряда ядра атома равна порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Атом электронейтрален, следовательно, число электронов в электронной оболочке атома равно заряду ядра Z или порядковому номеру элемента в периодической системе .

В 1932 г. советские ученые Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон и, независимо от ниx, немецкий ученый В. Гейзенберг создали протонно-нейтронную теорию строения ядра . Протон р - это частица с массой, равной 1 а. е. м.
(1,66 ×10 –24 г), и зарядом + 1. Нейтрон n – это электронейтральная частица массой, близкой к массе протона. Протоны и нейтроны называют нуклонами.

Заряд ядра атома определяется числом протонов. Следовательно, число протонов в ядре атома также равно порядковому номеру элемента в периодической системе . Общее число протонов и нейтронов называется массовым числом (А). Оно равно округленному до целого числа значению относительной атомной массы.

Задание. Какой заряд ядра и сколько электронов, протонов, нейтронов в атоме цинка?

Z=+30, p=30, e=30, n = 65–30 = 35.

Изотопы

Разновидности атомов одного элемента, обладающие одинаковыми зарядами ядер, но разными массовыми числами (одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов), называются изотопами. Химические свойства всех изотопов одного элемента одинаковы.

Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: массовым числом (проставляется вверху слева от химического знака) и порядковым номером (проставляется внизу слева от химического знака) и обозначается символом соответствующего элемента. Например, элемент водород имеет три изотопа. Н – протий (1 р); D ( Н) - дейтерий (1р, 1 n); T ( Н) - тритий (1 р, 2 n).

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 (4 Al +3 O 2 =2 Al 2 O 3).

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

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.

	Оформление задачи
1. Записать условие задачи	*Дано* : ν(Н 2 О)=6моль _____________ *Найти* : ν(О 2)=?
	*Решение* : М(О 2)=32г/моль
и расставим коэффициенты	2Н 2 О=2Н 2 +О 2
, а под формулами –
5. Для вычисления искомого количества вещества, составим соотношение
6. Записываем ответ	*Ответ: ν (О 2)=3моль*

II. Используя алгоритм, решитесамостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы ( S + O 2 = SO 2).

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

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.

Последовательность выполнения действий	Оформление решения задачи
1. Записать условие задачи	*Дано:* ν( Al 2 O 3 )=8моль ___________ *Найти:* m ( Al )=?
2. Вычислить молярные массы веществ, о которых, идёт речь в задаче	M ( Al 2 O 3 )=102г/моль
3. Запишем уравнение реакции и расставим коэффициенты	4 Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
4. Над формулами веществ запишем *количества веществ из условия задачи* , а под формулами – стехиометрические коэффициенты , отображаемые уравнением реакции
5. Вычислим количества вещества, массу которого требуется найти. Для этого составим соотношение.
6. Вычисляем массу вещества, которую требуется найти	m = ν ∙ M , m (Al )= ν (Al )∙ M (Al )=16моль∙27г/моль=432г
7. Записываем ответ	*Ответ:* m *(Al)=* *432 г*

III. Используя алгоритм, решитесамостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите количество вещества сульфида натрия, если в реакцию с натриемвступает серамассой 12,8 г (2 Na + S = Na 2 S ).

2. Вычислите количество веществаобразующейся меди, если в реакцию с водородом вступает оксид меди ( II ) массой 64 г ( CuO + H 2 = Cu + H 2 O ).

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.

Последовательность выполнения действий	Оформление задачи
1. Записать условие задачи	*Дано:* m ( Cu )=19,2г ___________ *Найти:* ν( Cu 2 O )=?
2. Вычислить молярные массы веществ, о которых, идёт речь в задаче	М(Cu )=64г/моль
3. Найдём количество вещества, масса которого дана в условии задачи
и расставим коэффициенты	4 Cu + O 2 =2 Cu 2 O
*количества веществ из условия задачи* , а под формулами – стехиометрические коэффициенты , отображаемые уравнением реакции
6. Для вычисления искомого количества вещества, составим соотношение
7. Запишем ответ	*Ответ: ν(* Cu 2 O *)=0,15 моль*

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

IV. Используя алгоритм, решитесамостоятельно следующие задачи:

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

(3 Fe + 4 O 2 = Fe 3 O 4).

Алгоритм №4

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

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

Последовательность выполнения действий

Оформлениезадачи

1. Записать условие задачи

Дано:

m ( P )=0,31г

_________

Найти:

m ( O 2 )=?

2. Вычислить молярные массы веществ,

о которых, идёт речь в задаче

М( P )=31г/моль

M ( O 2 )=32г/моль

3. Найдём количество вещества, масса которого дана в условии задачи

4. Запишем уравнение реакции

и расставим коэффициенты

4 P +5 O 2 = 2 P 2 O 5

5. Над формулами веществ запишем

количества веществ из условия задачи ,

а под формулами –

стехиометрические коэффициенты ,

отображаемые уравнением реакции

6. Вычислим количества вещества, массу которого необходимо найти

m ( O 2 )= ν ( O 2 )∙ M ( O 2 )=

0,0125моль∙32г/моль=0,4г

8. Запишем ответ

Ответ: m ( O 2 )=0,4г

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

3. Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы ( IV ) количеством вещества 4 моль ( S + O 2 = SO 2).

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

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

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

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 .

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

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

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

Рассмотрим в качестве примера реакцию синтеза аммиака:

3H 2 + N 2 = 2NH 3 ,

для которой согласно приведенному правилу можно записать

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

а) для веществ H 2 и N 2:

или в другой форме
;

б) для веществ H 2 и NH 3:
или
;

в) для веществ N 2 и NH 3:
или
.

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

=
.

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

Например, для реакции

4FeS 2 (т) + 11О 2 = 2Fe 2 O 3 (т) + 8SO 2 (г)

основное расчетное уравнение имеет вид:

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

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

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

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

аА + вВ → продукты реакции,

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

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

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

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

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

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

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

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

Для реакции 2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + H 2 ,

где опорным веществом, например, является алюминий можно записать:

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

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

Необратимая реакция.

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

a A + в В = с С + d D

моль

(избыток)

моль

(недостаток)

окончание реакции:

Обратимая реакция.

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

a A + в В  с С + d D

Начало реакции:	моль	моль
Равновесие:

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

При поглощении раствором щелочи кислотных оксидов (СО 2 ,SO 2 ,P 2 O 5 и др.) или водородных соединений (H 2 Sи др.), которым соответствуют многоосновные кислоты, на первом этапе при избытке щелочи всегда образуются средние соли, которые на втором этапе при наличии избытка поглощаемого реагента частично или полностью переходят в кислые соли:

СО 2 (газ) + 2 NaOH = Na 2 CO 3 + Н 2 О

Остаток углекислого газа реагирует с карбонатом натрия:

Na 2 CO 3 + СО 2 (газ) + Н 2 О = 2 NaHСО 3

окончание реакции:

Итак, в растворе присутствует смесь солей: 0,1 моль NaHCO 3 и 0,2 моль Na 2 CO 3 .

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

При нейтрализации щелочью (NaOH, KOH, NH 3 и др.) многоосновных кислот происходит последовательное замещение атомов водорода на металл или аммонийную группу и состав продуктов реакции зависит от соотношения количеств реагентов. В нашем случае, если – образуетсяNaH 2 PO 4 ; если 1: 2 , то Na 2 HPO 4 и если 1: 3 , то Na 3 PO 4 . В промежуточных вариантах возникает смесь солей.

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

H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O

NaH 2 PO 4 + NaOH = Na 2 HPO 4 + H 2 O

Итак, в растворе после реакции присутствует смесь солей – по 0,05 моль NaH 2 PO 4 и Na 2 HPO 4 .

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

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

Составим уравнения всех реакций и стрелками укажем последовательность расчета:

Опорное вещество барий и его количество

(Ва) =
.

Цепочка расчетов:

уравнение (I) - (Ba(OH) 2 / I) =
=>

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

(Cl 2) =(H 2) =
,

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

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

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

Уравнения реакций:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O (I)

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O (II)

2CO + O 2 = 2CO 2 (III)

Опорные вещества – CH 4 , H 2 и CO; обозначим их количества

ν(H 2) = x; ν(СH 4) = y; ν(CO) = z.

Составим три балансовых уравнения по числу неизвестных:

а) баланс по объему смеси:

V (H 2) + V(CH 4) + V(CO) = 13,44 л, введем в него неизвестные:

xV m + yV m + zV m = 13,44 или x + y + z =
0,6 моль;

б) баланс по количеству CO 2:

ν(CO 2 / II) + ν(CO 2 / III) = ν общ. (CO 2), но

;

ν(CO 2 / II) = ν(CH 4) = y; ν(CO 2 / III) =
z, тогда y + z = 0,4.

в) баланс по количеству H 2 O:

ν(H 2 O/ I) + ν(H 2 O/ II) = ν общ. (H 2 O), но

;
,

тогда x + 2y = 0,8.

Итак, получаем систему уравнений вида

которая легко решается устно

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

Часть 1

2. Рассмотрим пример.
Рассчитайте массу серной кислоты, которая взаимодействует с 5,6 г гидроксида калия. В результате реакции образуется сульфат калия и вода.

Часть II

1. Заполните пропуски, проанализировав уравнение реакции.

2. Рассчитайте массу магния, который может сгореть в кислороде объёмом 33,6 л (н. у.). Схема химической реакции:

3. В реакцию вступили 13 г цинка и соляная кислота. В результате реакции образовались водород и хлорид цинка. Определите объём (н. у.) и число молекул водорода.

4. Навеска 1,12 г железа полностью «растворилась» в растворе сульфата меди (II). Вычислите массу образовавшегося осадка меди. Какое количество вещества сульфата железа (II) получилось при этом?

5. Вычислите массу гидроксида меди (II), который образуется при взаимодействии 200 г 20%-го раствора гидроксида натрия и избытка раствора сульфата меди (II). В результате реакции образуется также сульфат натрия.