Основные формулы для решения задач по химии
05-Авг-2012 | комментариев 450 | Лолита Окольнова
Все, все основные задачи по химии решаются с помощью
нескольких основных понятий и формул.
У всех веществ разная масса, плотность и объем. Кусочек металла одного элемента может весить во много раз больше, чем точно такого же размера кусочек другого металла.
Моль (количество моль)
обозначение: моль, международное: mol — единица измерения количества вещества. Соответствует количеству вещества, в котором содержится NA частиц (молекул, атомов, ионов). Поэтому была введена универсальная величина — количество моль. Часто встречающаяся фраза в задачах — «было получено… моль вещества»
NA = 6,02 · 1023
NA — число Авогадро. Тоже «число по договоренности». Сколько атомов содержится в стержне кончика карандаша? Несколько миллионов. Оперировать такими величинами не удобно. Поэтому химики и физики всего мира договорились — обозначим 6,02 · 1023 частиц (атомов, молекул, ионов) как 1 моль вещества.
1 моль = 6,02 · 1023 частиц
Это была первая из основных формул для решения задач.
Молярная масса вещества
Молярная масса вещества — это масса одного моль вещества. Обозначается как M
Есть еще молекулярная масса — Mr
Находится по таблице Менделеева — это просто сумма атомных масс вещества.
Например, нам дана серная кислота — H2SO4. Давайте посчитаем молярную массу вещества: атомная масса H =1, S-32, O-16.
Mr(H2SO4)=1•2+32+16•4=98 гмоль.
Вторая необходимая формула для решения задач —
формула массы вещества:
Т.е., чтобы найти массу вещества, необходимо знать количество моль (n), а молярную массу мы находим из Периодической системы.
Закон сохранения массы — масса веществ, вступивших в химическую реакцию, всегда равна массе образовавшихся веществ.
Если мы знаем массу (массы) веществ, вступивших в реакцию, мы можем найти массу (массы) продуктов этой реакции. И наоборот.
Третья формула для решения задач по химии —
объем вещества:
Откуда взялось число 22.4? Из закона Авогадро:
в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул.
Согласно закону Авогадро, 1 моль идеального газа при нормальных условиях (н.у.) имеет один и тот же объём Vm = 22,413 996(39) л
Т.е., если в задаче нам даны нормальные условия, то, зная количество моль (n), мы можем найти объем вещества.
Итак, основные формулы для решения задач по химии
Число Авогадро NA
6,02 · 1023 частиц
Количество вещества n (моль)
n=mM
n=V22.4 (лмоль)
Масса вещества m (г)
m=n•Mr
Объем вещества V(л)
V=n•22.4 (лмоль)
или вот еще удобная табличка:
Это формулы. Часто для решения задач нужно сначала написать уравнение реакции и (обязательно!) расставить коэффициенты — их соотношение определяет соотношение молей в процессе.
В ОГЭ и ЕГЭ по химии задач , в которых нужно было бы найти только объем массу кол-во моль нет — это обычно ЧАСТЬ решения задачи. Однако, чтобы легко решать более сложные задачи, нужно тренироваться на таких вот небольших упражнениях.
Находим количество вещества по массе
1 Какое количество вещества алюминия содержится в образце металла массой 10.8 г?2 Какое количество вещества содержится в оксиде серы (VI) массой 12 г?
3 Определите количество моль брома, содержащееся в массе 12.8 г.
Находим массу по количеству вещества:
4. Определите массу карбоната натрия количеством вещества 0.25 моль.Объем по количеству вещества:
5. Какой объем будет иметь азот при н.у., если его количество вещества 1.34 моль?6. Какой объем занимают при н.у. 2 моль любого газа?
Ответы:/p>
- 0.4 моль
- 0.15 моль
- 0.08 моль
- 26.5 г
- 30 л
- 44.8 л
Категории:
|
Обсуждение: «Основные формулы для решения задач по химии»
(Правила комментирования)
План урока:
Основные величины и формулы их нахождения
Основные величины и формулы их нахождения
Ключевым понятием в химии является вещество. Урок 2 в данном курсе, напомнит Вам, все необходимые сведения. Формула для определения количества вещества, в зависимости от исходных данных, выражается в следующем виде.
Для веществ характерно взаимодействие друг с другом. Перед химиками стоит задача вычислить какое количество вещества необходимо для реакции с другим веществом.В химической промышленности, на производстве важно знать, какая масса или объём реагентов необходим, и сколько возможно получить в итоге реакции продукта. Вещества реагируют между собой в определённых количествах, точнее эквивалентах. Как трактовать последнее предложение. Вспомните себя маленькими, когда вы только начинали изучать количество, на примере мячиков, яблок, конфет и т.д.
Согласитесь, что самому большому шарику будет тесно в маленьком стаканчике, впрочем, как и маленькому шарику не совсем уютно будет в большом стаканчике. Т.е. мы выбираем стаканчик для шарика эквивалентно его размеру.
Возьмём, к примеру, кислород, который реакционно-способный и окисляет другие соединения.
Вспомним закон сохранения массы вещества (ЗСМВ), без которого невозможно составить химические уравнения.
Источник
Следует отметить, чтобы прореагировало 1 моль СН4, необходим кислород количеством молей 2. Снова обращаясь к базовому закону, мы видим, что реагентов и продуктов масса одинаковая, точнее 80 г. Почему именно эта цифра, и откуда она взялась. Для этого смотрим на уравнение реакции.
Другими словами, чтобы образовалось 1 моль СО2 и 2 моль Н2О, необходимо чтобы метан и кислород прореагировали пропорционально 1: 2.
Выразим массу, которая будет соответствовать этому количеству вещества.
m = n * M
Вспомним, каким образом вычисляется молярная масса.
Давайте попробуем чуть-чуть усложниться, к примеру, будет реагировать не 1 моль метана, а 2,5 моль. Сколько тогда потребуется О2?
И здесь приведём такой наглядный пример. Один килограмм конфет стоит 2 рубля. Сколько Вам понадобится денег, чтобы купить 2,5 кг. Не составит труда дать ответ, что необходимо потратить 5 рублей. А если, Вы захотите 4 кг, то придётся попросить у родителей уже 8 рублей. Вот эти размышления перенесём на наш пример.
Какое количество мы бы не взяли метана, то кислорода необходимо в 2 раза больше. Т.е. для реакции 2,5 моль СН4 необходим О2 количеством 5 моль.
Количество вещества – это уникальная величина, от которой можно перейти к другим параметрам вещества (m или V), используя основные формулы.
Рассмотрим задачи на определение массы вещества,а также объёма с помощью химических уравнений. Как и при решении, абсолютно всех задач, первое, что мы делаем, читаем внимательно условие и выписываем все известные физические величины (дано), а также определяем, что неизвестно (найти).
Задача 1. Сколько литров (н. у.) кислорода необходимо потратить для полного сгорания 8,5 г сероводорода.
Дано:
m(H2S) = 8,5 г
Найти:
V(O2) — ?
Решение.
Переведём условие задачи на химический язык, т.е. составим уравнение реакции. Важно отметить, что для удобства и лёгкости решения подчеркните те соединения, о которых идёт речь.
Теперь обратим внимание на коэффициенты в химических уравнениях, именно они отвечают за соотношение веществ.
Следует заметить, что массу (г) сероводорода необходимо выразить в количестве (моль).
Запишем мольное соотношение сероводорода и кислорода, в значение числителя подставляем коэффициенты с уравнения, а в знаменателе – что известно в условии задания.
Из пропорции определим число молей для кислорода.
Ответим на вопрос задачи (находим объём кислорода)
Ответ. V(O2) = 8.4 л
Теперь представим следующую ситуацию, Вам на день Рождения или на другой праздник подарили деньги, чтобы Вы приобрели себе желаемую вещь. К примеру, вы хотите себе наушники, карту памяти и новый чехол на телефон. Возникает закономерный вопрос, а хватит ли Вам денег. Такие задачи встречаются и в химии.
Задача 2. Хватит ли 10 л кислорода для сгорания 12 г магния и 0,6 г углерода (н.у.)?
Дано:
V(O2) = 10 л
m(Mg) = 12 г
m(C) = 0,6 г
Найти:
V(O2) — ?
Решение
Особенность этой задачи, что будет два уравнения реакции, взаимодействие О2 отдельно с магнием и углеродом. Это как покупка в двух разных магазинах. Используя алгоритм, приведённый выше, вычислим количество вещества кислорода. Следует заметить, что отдельно ведём расчёт по магнию (или по углероду), заполняя данные таблицы.
Обратите внимание, в предыдущей задаче кислород был в избытке, в объёме 10 – 6,72 = 3,28 л. Этому избытку не с чем реагировать. Представьте, что Вы помощник деда Мороза и пакуете новогодние подарки. Допустим в одном наборе должно содержаться 5 шоколадных конфет и 8 карамелек. Вам необходимо разделить 55 шоколадки и 72 карамельки. Вопрос: сколько наборов у Вас получится? Проведём нехитрые математические исчисления, знакомые Вам ещё с курса математики младшей школы.
55 : 5 = 11
72 : 8 = 9
И что получается, что шоколадки можно разместить в 11 наборов, а карамельки только в 9. Таким образом, получится 9 новогодних подарков, и 10 (5 ∙ 2 = 10) шоколадок будут лишними, они в избытке.
Расчёты по химическим уравнениям, где один из реагентов берётся в избытке (т.е. его больше, чем необходимо), проводятся аналогично, как и с одним известным веществом.
Задача 3. 48,75 цинка привели в реакцию с 5,6 л (условия нормальные) хлора. Сколько соли получилось в итоге, ответ выразите в граммах.
Дано:
V(Cl2) = 5.6 л
m(Zn) = 48.75 г
Найти:
m(ZnCl2) — ?
Решение.
Составим схему взаимодействия, не забудьте отметить количество реагирующих молей.
Теперь наша с Вами задача определить, какое вещество прореагировало полностью, а какое осталось в избытке. Вспомните пакеты с подарками, какие конфеты мы разложили полностью и почему остались шоколадные лишними. Поможет определиться с избытком, решение неравенства.
n (Zn) ? n (Cl2) ?
Расчёт для цинка производится согласно формуле:
Хлор – это газообразное вещество, поэтому нужно применить формулу:
Сравним полученные значения n(Zn) > n(Cl2), цинк находится в избытке, поэтому расчёт ведём по хлору, который прореагировал полностью количеством 0,25 моль.
Из пропорции вычислим количество образованной соли (не забываем, что числитель отвечает за коэффициенты, а знаменатель – это данные в условии).
Ответ. Масса соли равна 34 г.
Большинство химических реакций происходит в растворе. Однако при расчётах необходима масса именно растворённого вещества, которое непосредственно реагирует. Допустим, команда с 12 человек, которая на 25% состоит из девочек и 75% мальчиков, поехала на соревнования. В одном из этапов участвуют только мальчики. Ваша задача определить, сколько мальчиков поехало на соревнования.
Вот эти 9 мальчишек и участвовали в определённом туре, а девочки на данный момент были не в счёт, они были в группе поддержки.
Задача 4. На 12 г оксида магния подействовали 146 г раствора соляной кислоты, с массовой долей раствора 10%. Вычислите, сколько соли образовалось в процессе взаимодействия этих веществ?
Дано:
m(MgO) = 12 г
mр-ра(HCl) = 146 г
Wр-ра(HCl) = 10%
Найти:
m(MgCl2) — ?
Решение
Особенностью этой задачи является то, что в условии указана масса всего раствора, а необходимо знать только,сколько содержится кислоты, которая будет реагировать с MgO. Формула определения массы вещества, находящегося в растворе, выражается в следующем виде.
Обратите внимание, что из всей массы раствора (146 г) реагирует только 10%, а именно 14,6 г.
Теперь задача определить, какого из реагентов больше и он прореагирует не полностью.
Схема показывает, что для реакции 0,3 моль MgO требуется 0,6 моль кислоты. На это размышление нам указывает схема реакции. Для полного растворения оксида необходимо потратить в 2 раза больше HCl, смотрите соотношение 1:2.Однако в нашем распоряжении есть только 0,4 моль, поэтому n(MgO) >n(HCl), оксид находится в избытке, в то время как кислота прореагировала полностью и мы смело можем использовать её количество вещества для расчёта массы соли.
Снова воспользуемся пропорцией, чтобы узнать количество образованной соли.
Теперь не составит особого труда найти массу.
Ответ. m(MgCl2) = 19 г.
В желаниях человечества изобрести идеальную машину, во время работы которой не будет никаких потерь. Однако на выходе не бывает заветных 100%. Аналогично и во время химических процессов на производстве или лаборатории не удаётся получить продукт с выходом реакции 100%. При решении задач мы вычисляем так называемый теоретический выход, что должно быть в идеальной ситуации. Но мы живём в реальном мире, где есть потери: газообразные продукты могут улетучиться, осадок, образованный в процессе реакции, можно не в полной мере выделить из раствора. Поэтому практический выход всегда будет меньше теоретического.
Задача 5. В результате взаимодействия 59,5 г нитрата серебра с избытком раствора соляной кислоты, был выделен осадок массой 45 г. Определите выход реакции.
Дано:
m(AgNO3) = 59.5 г
m(осадка) = 45 г
Найти:
η — ?
Решение.
Своеобразие этого типа задач в том, что необходимо отличать теоретическую и практическую массу продукта. Маленькой подсказкой вам послужит время глагола, если видите прошедшее или настоящее время (получено, выделили), значит это практическая масса. Чтобы найти выход продукта, необходимо вычислить теоретическую массу или объём (вот за эти параметры как раз и отвечает схема реакции).
Используя привычный алгоритм, определим n нитрата серебра.
Следующим шагом будет определить количество вещества, выпавшего в осадок (AgCl).
Вычислим массу осадка, это будет теоретическая, т.е. та, которая должна получиться, если бы не было потерь.
В идеальной ситуации, мы бы получили 50,225 г, что составило бы 100%. Однако во время процесса образовалось только 45 г продукта. Получается, выход реакции будет меньше и составит:
Ответ. η = 89,6%
Особый тип задач на определение молярной массы вещества. Состав соединений мы можем узнать с химической формулы. При решении этого типа необходимо вспомнить следующие понятия– это доля (массовая) элемента и относительная плотность газов.
Однако следует заметить, что величину D мы можем использовать только для газообразных соединений.
Задача 6. Определите объём кислорода (условия нормальные), что потребуется для сжигания вещества массой 180 г, которое состоит на 26,67 % из углерода, 2,24 % водорода, а также кислорода. Известно, что равняется 45.
Дано:
DH2 = 45
W(C) = 26.67%
W(H) = 2.24%
m(CxHyOz) = 180 г
Найти:
Формула — ?
V(O2) — ?
Решение.
Чтобы решить эту, на первый взгляд, запутанную задачу, нам необходимо сначала определить, что это за соединение, чтобы была возможность составить уравнения химических реакций.
Однако в условии известно только процентный состав вещества. Но всё-таки, этих данных нам достаточно, чтобы найти формулу вещества.
Запишем выражение для нахождения количества атомов углерода (х), водорода (у) и кислорода (z). Представьте, вы купили в коробке шоколадные конфеты из трёх видов.
Следует отметить, что они имеют разную форму, начинку, как следствие и вес. Вернёмся к нашему веществу, которое состоит из 3 элементов, имеющих разнуюAr. Так вот на долю углерода выпадает 26,67% (условно допустим, что это конфета в виде сердечка), водород занимает 2,24% (конфета с воздушной начинкой), а все остальные конфеты в коробке с ореховой начинкой (в соединении их роль играют атомы кислорода). Вопрос: сколько штук занимает каждый вид конфетки? Логично узнать вес одной конфеты (в нашем случае это Ar элементов). Разделив процентное содержание на атомную массу элемента, получим их количество.
Такого же ведь количества конфет не будет в коробке, вы, наверное, слабо себе можете представить, что там будут находиться части конфет. Чтобы получить целые числа, необходимо, выбрать из этих чисел самое маленькое и каждое на него разделить.
Вычисления показывают, что соотношение элементов в данном соединении можно записать в следующем виде: СНО2. Уточним правильность наших расчётов, определив его молекулярную массу, используя величину D.
Обратите внимание, первоначальная запись формулы вещества СНО2 отвечает молярной массе
Однако, это вещество в 45 раз тяжелее водорода, что отвечает 90 г/моль.Чтобы получить её, мы сохранили соотношение элементов 1:1:2, при этом умножили количество каждого элемента на 2. Следовательно, молекулярная формула С2Н2О4.
Количество вещества, отвечающее 45 г вещества С2Н2О4, вычислим привычным методом.
Используя мольное соотношение, определим число молей кислорода, а также его объём.
Ответ. Для сгорания 45 г С2Н2О4 необходимо 5,6 л кислорода.
Обобщая всё выше сказанное, как решать расчётные задачи по химии, с улыбкой или с шоком, принимать решение только Вам. Рассмотрим ещё одну задачу.
Задача 7. Пропан (С3Н8), объёмом 84 л, который содержит 25% негорючих примесей, сожгли в 56 л кислорода. Газ, который выделился, пропустили через гидроксид бария, определите массу осадка, если выход продукта реакции составил 89%.
Дано:
V(С3H8) = 84 л
W(примеси) = 25%
V(O2) = 56 л
η = 89%
Найти:
m(осадка) — ?
Решение.
На что здесь следует обратить внимание. Пропан содержит не горючие примеси. Представьте, вам необходимо в торт 84 г очищенных орехов. Вы идёте в магазин, приобретаете необходимую массу, но придя домой обнаружили, что там 25% содержится мелких остатков скорлупы. Т.е. масса орехов не будет 84 г. Чистых орехов будет 100% — 25% = 75%.
Негорючие примеси входят в общий объём, а гореть будет только пропан. Находим, сколько же его содержится в 84 л.
Составим схему горения газа
Определим количество вещества реагирующих газов
На первый взгляд кажется, что пропан в избытке n(C3H8) > n(O2). Однако посмотрите на уравнение реакции, чтобы сгорело 2,8125 моль пропана необходимо в 5 раз больше кислорода, что составит 14 моль. По этой причине расчёт будем вести по кислороду.
Это количество СО2 пропускают через Ва(ОН)2, что можно отобразить схемой.
Найдём массу ВаСО3, которая будет в виде осадка
Теперь необходимо усчитать выход соли, который составил всего лишь 89%.
Ответ. m(BaCO3) = 263 г.
- Подробности
- Категория: ЕГЭ — химия
Методы решения расчетных задач по химии, связанные с концентрацией растворов
Во всех задачах этой группы присутствуют расчеты, связанные с концентрацией растворов. Причем во всех тестах используется единственный способ выражения концентрации — массовая доля. Поэтому при решении практически всех задач В9 мы будем пользоваться соотношением для определения массовой доли:
Анализ всех задач, предлагавшихся для решения, за последние годы позволяет распределить их на четыре группы:
1. Определение массы растворенного вещества в определенной порции раствора при известной концентрации;
2. Приготовление раствора путем растворения определенного количества вещества в некотором объеме (массе) растворителя;
3. Изменение концентрации уже имеющегося раствора одним из следующих способов:
а) добавлением к раствору того же растворенного вещества;
б) добавлением к раствору растворителя;
в) смешиванием двух различных растворов одного и того же вещества;
г) выпариванием растворителя или растворенного вещества из раствора.
4. Использование химической реакции в процессе приготовления раствора.
В этой статье,рассмотрим задачи 1-й из вышеперечисленных четырех групп.
Определение массы растворенного вещества в растворе
Задача 1.
Масса соли, которая вводиться в организм при вливании 353 г физиологического раствора, содержащего 0,85% (по массе) поваренной соли, равна … г (запишите число с точностью до целых).
Дано:
масса раствора: mр-ра = 353 г;
массовая доля растворенного вещества: 
в-ва = 0,85% .
Найти: массу растворенной соли.
Решение:
Задача решается в одно действие путем непосредственного проставления данных из условия в соотношение для вычисления массовой доли растворенного вещества.
Ответ: масса растворенного вещества равна 3г.
Задача 2.
Какая масса азотной кислоты содержится в 1 л ее 20% раствора с плотностью 1,05 г/мл. Ответ: … г (запишите число с точностью до целых).
Дано:
объем раствора азотной кислоты: Vр-ра — 1 л;
массовая доля HNO3в р-ре : (НNO3) = 20%
плотность раствора: pр-ра = 1,05 г/мл.
Найти: массу азотной кислоты: m(НNO3) = ?
Решение:
В первую очередь необходимо от объема раствора перейти к его массе, используя плотность. При этом следует учесть, что объем указан в литрах, а плотность в г/мл. Переведем значение
объема в единицы измерения, соответствующие плотности.
Vр-ра = 1л = 1000 мл
mр-ра = Vр-ра . рр-ра = 1000 . 1,05 = 1050г.
Далее используем соотношение для определения массовой доли.
Ответ: m(НNO3) 210 г.
Источник:
ЕГЭ. Химия. Расчетные задачи в тестах ЕГЭ. Части А, В, С / Д.Н. Турчен. — М.: Издательство «Экзамен», 2009. — 399 [1]с. (Серия «ЕГЭ. 100 баллов»). I8ВN 978-5-377-02482-8.
КАК
РЕШАТЬ ПРОСТЕЙШИЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ
Как
вычислить молекулярную
и молярную массы вещества?
Для
этого нужно сложить массы всех атомов в
этой молекуле.
Пример
1. В молекуле воды Н2О
2 атома водорода и 1 атом кислорода. Атомная
масса водорода = 1, а кислорода – 16. Поэтому
молекулярная масса воды равна 1 + 1 + 16 = 18
атомных единиц массы, а молярная масса воды
= 18 г/моль.
Пример
2. В молекуле серной кислоты Н2SO4
2 атома
водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода.
Поэтому молекулярная масса этого вещества
составит 1 2 + 32 + 4 16 = 98 а.е.м, а молярная масса
– 98 г/моль.
Пример
3. В молекуле сульфата алюминия А12(SO4)3
2 атома
алюминия, 3 атома серы и 12 атомов кислорода.
Молекулярная масса этого вещества равна 27
·
2
+ 32
· 3 + 16
·
12 = 342 а.е.м., а молярная масса – 342 г/моль.
Как
решить простейшую расчетную задачу
по
химическому уравнению?
Сначала
записываем числовые данные из условия
задачи – массу вещества, или объем газа.
Затем выясняем, что нужно определить в той
задаче, и записываем вопрос под условием
задачи. Далее действуем так:
Определяем
количества веществ, массы или объемы
которых даны в условии задачи.
Записываем
уравнение реакции, о которой сказано в
условии задачи и расставляем в нем
коэффициенты.
Вычисленное
количество вещества записываем над
формулой этого вещества в уравнении
реакции.
Учитывая
коэффициенты, определяем количества тех
веществ, массы или объемы которых нужно
определить в данной задаче.
По
найденным количествам веществ
рассчитываем массы или объемы этих веществ.
Проверяем,
на все ли поставленные вопросы условия
задачи найдены ответы.
Записываем
ответы задачи.
Как
решать задачи с участием растворов веществ?
Если
в условии задачи указаны объем и плотность
раствора, то по этим данным можно найти
массу раствора (объем раствора в мл
умножается на плотность раствора).
По
массе раствора находится масса
растворенного вещества (масса раствора
умножается на массовую долю растворенного
вещества и переводится в проценты).
По
найденной массе растворенного вещества
определяется его количество (масса
растворенного вещества делится на его
молярную массу)
Записывается
уравнение реакции, о которой сказано в
условии задачи, и в нем расставляются все
коэффициенты.
Найденное
в п.3 количество вещества записывается над
формулой этого вещества в уравнении
реакции.
Учитывая
коэффициенты, определяется количество
вещества, массу или объем которого нужно
найти.
По
найденному количеству вещества
определяются его масса или объем.
4.Как
решать задачи, где одно из реагирующих
веществ
дано в избытке?
Если
в условии задачи есть числовые данные (массы
или объемы) по обоим веществам, участвующим
в реакции, то, возможно, одно из них
находится в избытке. Поэтому решение задачи
начните с расчета
количеств этих веществ в моль.
Далее
запишите уравнение нужной реакции со всеми
коэффициентами.
По
коэффициентам в уравнении и найденным
количествам веществ определите, какое из
веществ находится в избытке, а какое – в
недостатке.
В
уравнении реакции над формулой вещества,
находящегося в недостатке, записываем его
количество в моль и с учетом коэффициентов
находим количества остальных веществ,
участвующих в реакции.
Далее
рассчитываются массы или объемы остальных
веществ.
В
реакцию с соляной кислотой вступило 13 г
цинка. Определите массы
израсходованной кислоты и полученной
соли, а также объем выделившегося газа.
Решение.
1.
Находим количество
вещества цинка, разделив его массу на
молярную массу:
n(Zn)
= m : M = 13 г : 65 г/моль = 0,2
моль
2.
Вносим эту величину в уравнение
реакции и с ее помощью определяем
количества всех указанных в задаче веществ
(с учетом коэффициентов):
0,2 моль 0,4
моль
0,2 моль
0,2 моль
Zn + 2HCl => ZnCl2
+ H2
Далее
расчеты по формулам:
m(HCl)
= M ·
n
= 36,5 г/моль · 0,4 моль = 14,6
г
m(ZnCl2)
= M ·
n
= 136 г/моль ·
0,2 моль = 27,2
г
Объем
водорода находим аналогично:
V(H2)
= Vm ·
n
= 22,4 л/моль · 0,2 моль
= 4,48
л
ЗАДАЧИ
НА ИЗБЫТОК РЕАГЕНТА
Главный
отличительный признак таких расчетов – это
наличие числовых данных (массы, объема,
количества вещества или необходимых
компонентов для их вычисления) по обоим
веществам, реагирующим между собой. Чаще
всего это говорит о том, что одно из этих
веществ находится в избытке и вступит в
реакцию не полностью. Определить же, что
именно в избытке, удобнее всего, когда
известны количества вещества реагентов.
Если они не указаны в условии, их следует
вычислить по исходным данным.
Задача
1.
8
г серы нагрели с 28 г железа. Определите
массу продукта реакции.
Решение.
1.
Так как в условии указаны массы
железа и серы одновременно, то одно из этих
веществ вполне
может оказаться в избытке. Для выяснения
этого находим количества вещества
реагентов:
n(Fe)
= m : M = 28 г : 56 г/моль = 0,5 моль
n(S)
= m : M = 8 г : 32 г/моль = 0,25 моль
2.
Записываем уравнение реакции и
по коэффициентам определяем мольные
отношения реагентов:
Fe
+ S ®
FeS
3.
Так как железа и серы должно
реагировать равное количество молей, то
ясно, что в этой реакции будет
израсходовано по 0,25 моль их, избыток железа
при этом составит 0,5 – 0,25 + 0,25 моль, и в
реакцию не вступит.
4.
Так как сера взята
в недостатке, то по ее количеству
определяем количество продукта реакции, а
затем его массу:
0,25 моль
0,25 моль
0,25 моль
Fe
+ S
®
FeS
m (FeS) = M ·
n = 88
г/моль ·
0,25 моль =
22 г
Задача
2.
Для
реакции взято 56 л хлора и 56 г железа.
Определите массу полученного продукта.
Решение.
2Fe + 3Cl2
®
2 FeCl3
В
этом случае расчет избытка более сложен,
поэтому можно использовать такую хитрость:
В
первой строке пишем формулы реагирующих
веществ, во второй – их мольные отношения
по уравнению реакции (по коэффициентам), а в
двух следующих – количества
этих веществ,
имеющихся в наличии, причем на разных
строках. Далее по
этим данным находим количества вещества
реагента, необходимого для взаимодействия
с этими количествами вещества железа
и хлора:
| Fe |
Cl2 |
|
2
|
3
|
|
1
|
1,5
|
|
1,67
|
2,5
|
Далее анализируем полученные данные.
Железа есть 1 моль, а
для реакции с 2,5 моль хлора его нужно в
полтора раза меньше, это составляет 1,67 моль,
чего у нас нет. Следовательно, железо в
недостатке, а число 1,67 можно зачеркнуть.
Хлора имеется 2,5 моль, а на реакцию с
железом нужно лишь 1,5 моль, поэтому хлор
взят в избытке. Избыток хлора составляет
2,5 – 1,5 = 1 моль.
Таким образом, в недостатке железо, и
дальнейшие расчеты ведем по его количеству:
1
моль
1,5 моль
1 моль
2Fe + 3Cl2
®
2 FeCl3
m (FeСl3) =
M ·
n = 162,5
г/моль ·
1 моль =
162,5 г
Задача
3.
К
раствору, содержащему 26,1 г нитрата бария,
добавлен раствор, содержащий 35,5 г
сульфата натрия, осадок отфильтрован. Что
находится в фильтрате и в каком количестве?
Решение.
n [Ba(NO3)2]
= 26,1 г : 261 г/моль = 0,1
моль
n
(Na2SO4)
= 35,5 г : 142 г/моль = 0,25 моль (избыток
0,15 моль)
0,1
моль
0,1 моль
0,1 моль
0,2 моль
Ba(NO3)2
+ Na2SO4
®
BaSO4
+ 2HCl
В
растворе после реакции окажется 0,2 моль
нитрата натрия и остаток сульфата натрия
0,15 моль. При необходимости можно найти
массы этих веществ.
Иногда от
количеств вещества реагентов может
зависеть не только количество продуктов
реакции, но и их состав.
Задача
4.
К
раствору, содержащему 49 г серной кислоты,
добавлено 20 г гидроксида натрия. Определите
состав и массу полученной соли.
Решение.
n
(H2SO4) = 49 г :
98 г/моль
= 0,5 моль
n
(NaOH)
= 20 г :
40 г/моль
= 0,5 моль
Так как серная кислота двухосновна, то
она может образовать два ряда солей:
2
NaOH + H2SO4
®
Na2SO4
+ 2H2O
средняя соль
NaOH
+ H2SO4
®
NaHSO4
+ H2O
кислая
соль
В нашей задаче оказалось
равное мольное количество кислоты и щелочи,
поэтому расчет следует вести по второму
уравнению реакции:
0,5
моль
0,5 моль
0,5 моль
NaOH + H2SO4
®
NaHSO4
+ H2O
m (NaHSO4) = M ·
n =
120 г/моль ·
0,5 моль =
60 г.
Задача
5.
Через
раствор, содержащий 60 г гидроксида натрия,
пропущен углекислый газ, полученный при
действии избытка соляной кислоты на 200 г
карбоната кальция.
Определите состав и массу полученной соли.
Решение.
1.
Определяем
количества вещества веществ, указанных в
условии задачи:
n (NaOH) = m : M =
60 г :
40 г/моль = 1,5 моль
n
(CaCO3)
= m : M
= 200 г : 100 г/моль = 2
моль
2.
Записываем
уравнение реакции,
в которой был получен углекислый газ, и
по количеству вещества СаСО3
определяем, сколько моль газа выделилось:
2
моль
2 моль
CaCO3
+ 2HCl ®
CaCl2
+ H2O + CO2
3.
Таким
образом, для второй реакции у нас имеется 2
моль углекислого газа и 1,5 моль гидроксида
натрия. Так как СО2
– ангидрид двухосновной угольной кислоты Н2СО3,
то при его взаимодействии с щелочами могут
образоваться как средние, так и кислые соли:
NaOH
+ CO2 ®
NaHCO3
2NaOH
+ CO2 ®
Na2CO3
+ H2O
Теперь нужно
определиться, по какому из двух уравнений
реакций нам вести расчет. Для образования
средней соли щелочи должно быть вдвое
больше, чем газа. У нас же наоборот, газа
больше, чем щелочи. Следовательно, реакция
пойдет по первому уравнению, с образованием
кислой соли, причем СО2
окажется в избытке (0,5 моль):
1,5
моль 1,5
моль 1,5
моль
NaOH
+ CO2 ®
NaHCO3
m
(NaHCO3)
= M ·
n = 84 г/моль
· 1,5 моль
= 126 г.
Решите
самостоятельно.
1.
14
г оксида кальция обработали раствором,
содержащим 36 г азотной кислоты. Какова
масса полученной соли?
(41 г).
2.
К
раствору, содержащему 40 г сульфата меди (II), добавили 12 г железных
опилок. Останется ли в растворе сульфат
меди после реакции?
3.
Хватит
ли 15 л кислорода для сжигания 4 г серы?
(да)
4.
В
раствор, содержащий 16 г сульфата меди (II), пропустили сероводород
объемом 5,6 л. Какова масса выпавшего осадка?
(9,6 г).
5.
К
раствору, содержащему 10,4 г хлорида бария,
добавили 9,8 г серной кислоты. Определите
массу осадка и состав полученного раствора.
(11,65 г)
Масса образовавшейся соли
К 25 граммам серной кислоты (H2SO4) прилили 25 грамм гидроксида калия (KOH), содержащего 2% примесей. Найдите массу образовавшейся соли.
Решение задачи
Запишем уравнение реакции нейтрализации раствора гидроксида калия (KOH) раствором серной кислоты (H2SO4):
Используя формулу нахождения массовой доли растворенного вещества:
выразим массу вещества:
Найдём массу вещества гидроксида калия (KOH):
m
(вещества KOH) = 25 ∙ 0,98 = 24,5
(г).
Если раствор 98-процентный
(известно, что примеси составляют 2% поэтому: 100% — 2% = 98%), то массовая
доля гидроксида калия (KOH) в нем 0,98.
Учитывая, что молярные массы гидроксида калия (KOH) и серной кислоты (H2SO4) соответственно равны 56 г/моль и 98 г/моль (смотри таблицу Д.И. Менделеева), по уравнению реакции рассчитаем, сколько грамм серной кислоты (H2SO4) нужно для нейтрализации 1,192 г гидроксида калия (KOH):
на
нейтрализацию 112 г KOH
нужно 98 г H2SO4
на
нейтрализацию 24,5 г KOH
нужно х г H2SO4
Откуда:
Это означает, что серная кислота (H2SO4) находится в избытке и
дальнейшие расчеты производим по недостатку, то есть по гидроксиду калия (KOH).
Учитывая, что молярная масса сульфата калия (К2SO4) равна 174 г/моль (смотри таблицу Д.И. Менделеева), по уравнению реакции найдём массу образовавшейся соли:
112
г KOH нужно для
образования 174 г соли
24,5
г KOH нужно для
образования а г соли
Откуда масса образовавшейся соли:
Масса образовавшейся соли равна 38,1 грамм.
Ответ:
масса образовавшейся соли равна
38,1 грамм.