Расчет по уравнениям химических реакций. Расчеты по химическим уравнениям

Задача 121.
Смешано 7,3г НСI с 4,0г NH 3 . Сколько граммов NH 4 С1 образуется? Найти массу оставшегося после реакции газа.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

Молекулярные массы HCl, NH 3 и NH 4 Cl соответственно равны 36,453, 17 и 53,453. Следовательно, их мольные массы составляют 36,453; 17; 53,453г/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль HCl реагирует с 1 моль NH 3 , образуя 1 моль NH4Cl. Находим, какое вещество взято в недостатке:

В недостатке взято 0,2 моля HCl, значит, расчёт массы, образовавшейся соли NH 4 Cl, производим по количеству соляной кислоты:

m(NH 4 Cl) = 0,2 . 53,453 = 10,69г.

Затем рассчитаем массу NH3, вступившего в реакцию с HCl:

m(NH 3) = 0,2. 17 = 3,4г.

Ответ: 10,69г NH 4 Cl; 3,4г NH 3 .

Задача 122.
Какой объем воздуха потребуется для сжигания 1м 3 газа, имеющего следующий состав по объему: 50% Н 2 , 35% СН 4 , 8% СО, 2% С 2 Н 4 и 5% негорючих примесей. Объемное содержание кислорода в воздухе равно 21%.
Решение:
Рассчитаем объём кислорода, необходимый для сжигания газов.

а) Уравнение реакции сгорания водорода:

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О

Находим объём водорода, содержащегося в 1м 3 газа из пропорции:

Согласно уравнению реакции на сжигание 2 молей Н 2 расходуется 1 моль О 2 т. е. на сжигание 44,8л водорода требуется 22,4л кислорода.

б) Уравнение реакции сгорания метана:

СН 4 + О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Находим объём метана, содержащегося в 1м 3 газа из пропорции:

Согласно уравнению реакции на сжигание 1 моль СН 4 расходуется 2 моля О 2 т. е. на сжигание 22,4л метана требуется 44,8л кислорода.

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

в) Уравнение реакции горения угарного газа:

2CO + O 2 = 2CO 2

Находим объём угарного газа, содержащегося в 1м 3 газа из пропорции:

Согласно уравнению реакции на сжигание 2 молей СО расходуется 1 моль О 2 т. е. на сжигание 44,8л угарного газа требуется 22,4л кислорода.

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

г) Уравнение реакции горения этилена:

C 2 H 4 + 3O 2 = 2CO 2 + 2H 2 O

Согласно уравнению реакции на сжигание 1 моль С 2 Н 4 расходуется 3 моль О 2 , т.е. затрачивается в три раз больший объём кислорода, чем этилена.

Кислорода для сжигания этилена требуется в три раза больше по объёму, чем этилена, а именно 60л (20 . 3 = 60).

Теперь находим общий объём кислорода, затраченный на сжигание 1м 3 газа:

V(O 2) = 250 + 700 + 40 + 60 = 1050 л.

Рассчитаем объём воздуха, содержащий 1050 л кислорода из пропорции

Ответ: 5м 3

Задача 123.
При пропускании водяного пара над раскаленным углем получается водяной газ, состоящий из равных объемов СО и Н 2 . Какой объем водяного газа (условия нормальные) может быть получен из 3,0 кг угля?
Решение:

C(к) + H 2 О(г) = СО(г) + Н 2 (г)

Согласно уравнению реакции из одного моля угля и одного моля воды образуется «водяной газ», состоящий из одного моля угарного газа и одного моля водорода. Мольная масса углерода равна 12 кг/кмоль; 1 кмолоь «водяного газа» занимает объём 44,8м 3 .

Рассчитаем объём водяного газа, образуемого из 3кг угля из пропорции:

Ответ: 11,2м 3 .

Задача 124.
Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и СО 2 . Какая масса природного известняка, содержащего 90% (масс.) СаСО 3 , потребуется для получения 7,0т негашеной извести?
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

СаСO 3 CaO + CO 2

Молекулярные массы СаСО 3 и СаО соответственно равны 100 и 56, следовательно, их мольные массы составляют 100 и 56г/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль СаСО 3 образует 1 моль СаО. Находим теоретический выход негашёной извести из пропорции:

Находим массу природного известняка из пропорции:

Ответ: 13,9т.

Задача 125.
К раствору, содержащему 6,8г АIСl 3 , прилили раствор, содержащий 5,0г КОН. Найти массу образовавшегося осадка.
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

АIСl 3 + 3КОН = Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 O

Мольные массы АlCl 3 , KOH и Al(OH)3 соответственно равны 133,34; 56 и 78 г/моль. Рассчитаем количество реагирующих веществ по формуле:

Где n
Отсюда

Согласно уравнению реакции 1 моль AlCl 3 реагирует с 3 моль КОН с образованием 1 моль Al(OH) 3 , т.е. КОН должно 0,15 моль (0,05 . 3 = 0,15), чем взято по условию задачи (0,09 моль). Таким образом, КОН взят в недостатке, поэтому расчёт массы Al(OH) 3 проводим по КОН, получим:

Ответ: 2,3г

Задача 126.
Через раствор, содержащий 7,4г гидроксида кальция, пропустили 3,36л диоксида углерода, взятого при нормальных условиях. Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Молекулярные массы Са(ОН)2 и СаСО 3 соответственно равны 74 и 100, следовательно, их мольные массы составляют 74 и 100г/моль. Согласно уравнению реакции из 1 моль Са(ОН) 2 и 1 моль СО 2 образуется 1 моль СаСО 3 . Рассчитаем количество реагирующих веществ по формуле

Где n - количество вещества, моль; m(B) – масса вещества, г; M(B) – мольная масса, г/моль.

Следовательно, СО 2 взят в избытке и поэтому расчёт массы образовавшегося СаСО 3 будем проводить по Са(ОН) 2 .

m(CaCO 3) = n(CaCO 3) . M(CaCO 3) = 0,1 . 100 = 10г.

Ответ: 10г

3Сu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Мольные массы Cu и Cu(NO 3) 2 соответственно равны 63,55 и 187,55г/моль. Согласно уравнению реакции из 3 моль Cu образуется 3 моль Cu(NO 3) 2 . Рассчитаем массу Cu(NO 3) 2 , образующуюся при растворении 10г меди в азотной кислоте:

Находим мольную массу кристаллогидрата нитрата меди:

M[(Cu(NO 3) 2) . 3H2O] = 187,55 + (3 . 18) = 214,55г/моль.

Рассчитаем массу образовавшегося кристаллогидрата меди:

Ответ : 38г

Задача 128.
При обработке раствором гидроксида натрия 3,90г смеси алюминия с его оксидом выделялось 840 мл газа, измеренного при нормальных условиях. Определить процентный состав (по массе) исходной смеси.
Решение:
Уравнения протекающих реакций:

Следовательно, водород образуется при растворении алюминия в растворе щёлочи Согласно уравнению реакции из 2 моль Al (2 . 27 = 54г) образуется 3 моль Н 2 или 67,2л (3 . 22,4 = 67,2). Рассчитаем массу алюминия в смеси из пропорции:

Теперь находим процентное содержание алюминия в смеси по формуле:

Где(B) - массовая доля вещества (В) в процентах, %; m(B) - масса вещества (В) в смеси, г; m(смеси) - масса смеси веществ, г.

Ответ: 17,3%.

Задача 129.
5,10г порошка частично окисленного магния обработали соляной кислотой. При этом выделилось 3,74л Н 2 , измеренного при нормальных условиях. Сколько процентов магния (по массе) содержалось в образце?
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2

Мольная масса Mg равна 24,312г/моль, мольный объём газа равен 22,4л/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль магния выделяет 1 моль водорода. Рассчитаем массу магния, которая растворилась в кислоте из пропорции:

Процентный состав магния в образце определяем из пропорции:

"Не для муки, а для науки."
(Народная мудрость)

Расчеты по уравнениям химических реакций

Классификация химических реакций. Реакции соединения, разложения, замещения, двойного обмена, окислительно-восстановительные реакции. Уравнения химических реакций. Подбор стехиометрических коэффициентов в уравнениях реакций. Расчеты по уравнениям реакций. Определение количества вещества и массы реагентов и продуктов. Определение объема газообразных реагентов и продуктов. Теоретический и практический выход продукта реакции. Степень чистоты химических веществ.

Примеры решения типовых задач

Задача 1. При рентгеноскопическом исследовании организма человека применяют так называемые рентгеноконтрастные вещества. Так, перед просвечиванием желудка пациенту дают выпить суспензию труднорастворимого сульфата бария, не пропускающего рентгеновское излучение. Какие количества оксида бария и серной кислоты потребуются для получения 100 сульфата бария?

Решение.

BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 + H 2 O

m (BaSO 4) = 100 г; M (BaSO 4) = 233 г/моль

n (BaO) = ?

n (H 2 SO 4) = ?

В соответствии с коэффициентами уравнения реакции, которые в нашем случае все равны 1, для получения заданного количества BaSO 4 требуются:

n (BaO) = n (BaSO 4) = m (BaSO 4) / M(BaSO 4) = 100: 233

[г: (г/моль)] = 0,43 моль

n (H 2 SO 4) = n (BaSO 4) = m (BaSO 4) / M (BaSO 4) = 100: 233

[г: (г/моль)] = 0,43 моль

Ответ. Для получения 100 г сульфата бария требуются 0,43 моль оксида бария и 0,43 моль серной кислоты.

Задача 2. Прежде чем вылить в канализацию жидкие отходы лабораторных работ, содержащие соляную кислоту, полагается их нейтрализовать щелочью (например, гидроксидом натрия) или содой (карбонатом натрия). Определите массы NaOH и Na 2 CO 3 , необходимые для нейтрализации отходов, содержащих 0,45 моль HCl. Какой объем газа (при н.у.) выделится при нейтрализации указанного количества отходов содой?

Решение. Запишем уравнения реакций и условия задачи в формульном виде:

(1) HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

(2) 2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2

n (HCl) = 0,45 моль; M(NaOH) = 40 г/моль;

M (Na 2 CO 3) = 106 г/моль; V M = 22,4 л/моль (н.у.)

n (NaOH) = ? m (NaOH) = ?

n (Na 2 CO 3) = ? m (Na 2 CO 3) = ?

V (CO 2) = ? (н.у.)

Для нейтрализации заданного количества HCl в соответствии с уравнениями реакций (1) и (2) требуется:

n (NaOH) = n (HCl) = 0,45 моль;

m (NaOH) = n (NaOH) . M (NaOH) = 0,45 . 40

[моль. г/моль] = 18 г

n (Na 2 CO 3) = n

m (Na 2 CO 3) = n (Na 2 CO 3) / M (Na 2 CO 3) = 0,225 . 106

[моль. г/моль] = 23,85 г

Для расчета объема углекислого газа, выделившегося при нейтрализации по реакции (2), дополнительно используется уравнение, связывающие между собой количество газообразного вещества, его объем и молярный объем:

n (CO 2) = n (HCl) / 2 = 0,45: 2 [моль] = 0,225 моль;

V (CO 2) = n (CO 2) . V M = 0,225 . 22,4 [моль. л/моль] = 5,04 л

Ответ. 18 г NaOH; 23,85 г Na 2 CO 3 ; 5,04 л CO 2

Задача 3. Антуан-Лоран Лавуазье открыл природу горения различных веществ в кислороде после своего знаменитого двенадцатидневного опыта. В этом опыте он сначала длительное время нагревал в запаянной реторте навеску ртути, а позже (и при более высокой температуре) - образовавшийся на первом этапе опыта оксид ртути(II). При этом выделялся кислород, и Лавуазье стал вместе с Джозефом Пристли и Карлом Шееле первооткрывателем этого важнейшего химического элемента. Рассчитайте количество и объем кислорода (при н.у.), собранный при разложении 108,5 г HgO.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

2HgO = 2Hg + O 2

m (HgO) = 108,5 г; M (HgO) = 217 г/моль

V M = 22,4 л/моль (н.у.)

V (O 2) = ? (н.у.)

Количество кислорода n (O 2), который выделяется при разложении оксида ртути(II), составляет:

n (O 2) = 1/2 n (HgO) = 1/2 m (HgO) / M (HgO) = 108,5 / (217 . 2}

[г: (г/моль)] = 0,25 моль,

а его объем при н.у. - V (O 2) = n (O 2) . V M = 0,25 . 22,4

[моль. л/моль] = 5,6 л

Ответ. 0,25 моль, или 5,6 л (при н.у.) кислорода.

Задача 4. Важнейшая проблема в промышленном производстве удобрений - получение так называемого "связанного азота". В настоящее время ее решают путем синтеза аммиака из азота и водорода. Какой объем аммиака (при н.у.) можно получить в этом процессе, если объем исходного водорода равен 300 л, а практический выход (z) - 43 %?

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

N 2 + 3H 2 = 2NH 3

V (H 2) = 300 л; z(NH 3) = 43% = 0,43

V (NH 3) = ? (н.у.)

Объем аммиака V (NH 3), который можно получить в соответствии с условием задачи, составляет:

V (NH 3) практ = V (NH 3) теор. z(NH 3) = 2/3 . V (H 2) . z(NH 3) =

2/3 . 300 . 0,45 [л] = 86 л

Ответ. 86 л (при н.у.) аммиака.

Если приведенные здесь типовые задачи стали Вам совершенно понятны, приступайте к решению

Стехиометрия - количественные соотношения между вступающими в реакцию веществами.

Если реагенты вступают в химическое взаимодействие в строго определенных количествах, а в результате реакции образуются вещества, количество которых можно расчитать, то такие реакции называются стехиометрическими .

Законы стехиометрии:

Коэффициенты в химических уравнениях перед формулами химических соединений называются стехиометрическими .

Все расчёты по химическим уравнениям основаны на использовании стехиометрических коэффициентов и связаны с нахождением количеств вещества (чисел молей).

Количество вещества в уравнении реакции (число молей) = коэффициенту перед соответствующей молекулой.

N A =6,02×10 23 моль -1 .

η - отношение реальной массы продукта m p к теоретически возможной m т, выраженное в долях единицы или в процентах.

Если в условии выход продуктов реакции не указан, то в расчетах его принимают равным 100% (количественный выход).

Схема расчёта по уравнениям химических реакций:

1. Составить уравнение химической реакции.
2. Над химическими формулами веществ написать известные и неизвестные величины с единицами измерения.
3. Под химическими формулами веществ с известными и неизвестными записать соответствующие значения этих величин, найденные по уравнению реакций.
4. Составить и решить пропорцию.

Пример. Вычислить массу и количество вещества оксида магния, образовавшегося при полном сгорании 24 г магния.

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ N m V n NxNx mxmx VxVx nxnx = 1. Написать уравнение реакции По известному количеству вещества одного участника реакции рассчитать количество искомого вещества Если количество вещества неизвестно, предварительно найти его по известной массе, или объему, или числу молекул. По найденному количеству вещества найти нужную характеристику искомого участника реакции (массу, объем, или число молекул).

Рассчитайте количество вещества алюминия, который потребуется для получения 1,5 моль водорода при реакции с соляной кислотой. Дано: n(H 2) = 1,5 моль n(Al) – ? Решение: x моль 1,5 моль 2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 2 моль 3 моль Составляем пропорцию: x моль 1,5 моль = 2 моль 3 моль 2 ·1,5 x = 3 x = 1 (моль) Ответ: n(Al) = 1 моль А ПС

Дано: n(Al 2 S 3) =2,5 моль n(S) – ? Решение: x моль 2,5 моль 2Al + 3S = Al 2 S 3 3 моль 1 моль x = n(S) = 3 n(Al 2 S 3) = = 3·2,5 моль = 7,5 моль Ответ: n(S) = 7,5 моль Определите количество вещества серы, необходимое для получения 2,5 моль сульфида алюминия. ПС А

Дано: m(Cu(OH) 2)=14,7 г m(CuO) – ? M(Cu(OH) 2) = 64+(16+1)·2 = 98 г/моль M(CuO) = = 80 г/моль Решение: 14,7 г x моль Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O 1 моль 1 моль m(Cu(OH) 2) n(Cu(OH) 2) = M(Cu(OH) 2) 14.7 г n(Cu(OH) 2)= = 0,15 моль 98 г/моль x = n(CuO) = n(Cu(OH) 2) = 0, 15 моль m(CuO) = n(CuO)·M(CuO) = 0,15 моль·80 г/моль = 12 г Ответ: m(CuO) = 12 г Вычислите массу оксида меди (II), образующегося при разложении 14,7 г гидроксида меди (II). ПС А 0,15 моль

Дано: m(Zn)=13 г m(ZnCl 2) – ? M(Zn) = 65 г/моль M(ZnCl 2 =65 +35,5·2 = 136 г/моль Решение: 0,2 моль x моль Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 1 моль 1 моль m(Zn) n(Zn) = M(Zn) 13 г n(Zn)= = 0,2 моль 65 г/моль x = n(ZnCl 2) = n(Zn) = 0,2 моль m(ZnCl 2) = n(ZnCl 2)·M(ZnCl 2) = 0,2 моль·136 г/моль = 27,2 г Ответ: m(ZnCl 2) = 27,2 г Рассчитайте массу соли, которая образуется при взаимодействии 13 г цинка с соляной кислотой. ПС А

Дано: m(MgO) = 6 г V(O 2) – ? M(MgO) = = 40 г/моль Vm = 22,4 л/моль Решение: 0,15 моль x моль 2MgO = 2Mg + O 2 2 моль 1 моль m(MgO) n(MgO) = M(MgO) 6 г n(MgO)= = 0,15 моль 40 г/моль x = n(O 2) = ½ n(MgO) = 1/2·0, 15 моль= 0,075 моль V(O 2) = n(O 2)·Vm = 0,075 моль·22,4 л/моль = 1,68 л Ответ: V(O 2) = 1,68 л Какой объем кислорода (н.у.) образуется при разложении 6 г оксида магния. ПС А

Дано: m(Cu)=32 г V(H 2) – ? M(Cu) = 64 г/моль Vm = 22,4 л/моль Решение: x моль 0,5 моль H 2 + CuO = H 2 O + Cu 1 моль 1 моль m(Cu) n(Cu) = M(Cu) 32 г n(Cu)= = 0,5 моль 64 г/моль x = n(H 2) = n(Cu) = 0,5 моль V(H 2) = n(H 2)·Vm = 0,5 моль·22,4 л/моль = 11,2 л Ответ: V(H 2) = 11,2 л Рассчитайте, какой объем водорода должен вступить в реакцию с оксидом меди (II), чтобы образовалось 32 г меди. ПС А

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА: ВАРИАНТ 1: Вычислите массу меди, которая образуется при восстановлении избытком водорода 4 г оксида меди (II). CuO + H 2 = Cu + H 2 O ВАРИАНТ 2: В реакцию с серной кислотой вступило 20 г гидроксида натрия. Рассчитайте массу образовавшейся соли. 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

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.

6. Определите объём азота N2, необходимого для взаимодействия с кислородом, если в результате реакции получается 250 мл оксида азота (II).

7. Какой объём воздуха потребуется для взаимодействия 17,5 г лития, содержащего 20% примесей? В результате реакции получается оксид лития.

8. Придумайте задачу, при решении которой необходимо использовать следующую схему реакции:

Запишите условие задачи и решите её.
При взаимодействии 2 моль серной кислоты с нитратом свинца, образовался осадок, найти его массу.