23
Пример 5. Какая частица является химическим эквивалентом гидроксида цинка в его реакции с избытком хлороводородной кислоты?
а) |
1 |
б) |
1 |
в) |
1 |
г) |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
6 |
|||||
|
|
|
|
Решение: При взаимодействии Zn(OH)2 с избытком HCl происходит полная нейтрализация основания: Zn(OH)2 + 2 HCl = ZnCl2 + 2H2O
При этом каждый из 2 – х гидроксид – ионов основания взаимодействует с одним катионом водорода, поэтому эквивалентом гидроксида цинка является условная частица, равная 1/2 молекулы Zn(OH)2 .
Ответ: «а».
2.2 Стехиометрические законы химии
Стехиометрия - это раздел химии, в котором изучают количественный состав веществ и количественные изменения, происходящие с ними при химических реакциях. В стехиометрии используют термины:
стехиометрические расчеты, количества, коэффициенты, индексы. В основе стехиометрии лежат фундаментальные количественные законы химии,
которые часто называют стехиометрическими: сохранения массы вещества,
кратных отношений, постоянства состава вещества и др.
Закон сохранения массы вещества (Ломоносов М.В. 1748, 1756,
Лавуазье А., 1777): Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.
На основании этого закона производят различные расчеты по уравнениям реакций в химическом производстве и в лабораторной практике.
Закон постоянства состава вещества (Ж.Пруст, 1808 г): Каждое химическое соединение имеет постоянный качественный и количественный состав, независимо от способа его получения.
24
Вещества с молекулярной структурой состоят из одинаковых молекул,
поэтому и состав таких веществ постоянен. На основании этого закона ведутся расчеты по химическим формулам веществ.
Закон эквивалентов (И.В. Рихтер, 1792г). Массы взаимодействующих веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов.
m(2)m(1) = M(fM(f(2)(1) ,
где m (1) и m (2) – массы реагирующих веществ
M (f(1) и M (f(2) – молярные массы их эквивалентов
Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1803): Если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого,
относятся между собой как небольшие целые числа.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
I. Расчеты по уравнениям реакций
Вычисление количества продукта по известному количеству
реагента Пример 1. Сколько молей фосфата кальция образуется при взаимодействии
6 моль CaCl2 |
с избытком K3PO4? |
|
|
|
|
а) 2 |
б) 4 |
в) 6 |
|
|
г) 8 |
Решение: Составим уравнение реакции: |
|
|
|
|
|
6 моль ------------------- |
Х моль |
|
|
|
|
3CaCl2 + 2K3PO4 = Ca3(PO4)2 ↓+ 6 KCl |
|
|
|
|
|
3 моль -------------------- |
1 моль |
Х= |
6 1 |
= 2 моль |
|
3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Ответ: «а»
25
Вычисление массы продукта реакции при условии,
что одно из исходных веществ взято в избытке
Пример 2. Определите массу осадка, образовавшегося при добавлении к раствору хлорида калия, содержащего 7,45 г KCl раствора нитрата серебра,
содержащего 8,5 г AgNO3.
Дано: |
|
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
m (KCl) = 7,45 г |
|
Расчеты по уравнениям реакции ведут по тому |
|||||||||||||
m (AgNO3 |
) = 8,5 г |
|
|
веществу , которое в недостатке (расходуется |
|||||||||||
m(AgCl) - ? |
|
полностью). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
M(KCl) = 75,5 г/моль |
|
1. Выясним, какой из реагентов взят в недостатке. |
|||||||||||||
M(AgNO3) = 170 г/моль |
|
= |
m |
; |
(KCl) = |
m(KCl ) |
= |
|
7,45 |
= 0,1 моль |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
M |
|
|
M(KCl ) |
74,5 |
|
|||||
|
|
|
|
( AgNO3) = |
m(AgNO 3 ) |
8,5 |
|
|
|
||||||
M(AgCl) = 143,5 г/моль |
|
|
= |
|
= 0,05 моль |
||||||||||
M(AgNO 3 ) |
170 |
||||||||||||||
|
|
|
|
AgNO3 + KCl = AgCl↓ + KNO3 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В соответствии с уравнением реакции 1 моль AgNO3 взаимодействует с 1
моль KCl. Следовательно, в недостатке AgNO3 (0,05 моль), а KCl – 0,1 моль.
2. |
Расчет осадка произведем по AgNO3 (в недостатке): |
|||
1 |
моль AgNO3 |
образует |
1 моль AgCl |
|
0,05 моль --------------------------Х |
Х= 0,05 моль. |
|||
3. m = ∙M; |
m(AgCl) = 0,05 ∙ 143,5 = 7,175 г |
|||
Ответ: 7,175 г AgCl |
|
|
||
Вычисление массы продукта реакции, если известна масса исходного вещества с определенным содержанием примесей
Пример 3. Какая масса сульфата железа(II) образуется при взаимодействии
40 г железа с массовой долей примесей 5% с избытком серной кислотой ?
Дано: Решение
m (Fe) = 40 г |
1. Найти массу чистого железа: |
26
%(примесей) = 5% |
40 г (Fe) -------------- |
100% |
|||
|
|
|
|
|
|
m (FeSO4) = ? |
x--------------------- |
5% |
|||
|
|
M (Fe) = 56 г/моль |
|||
|
|
M (FeSO4) = |
152 г/моль |
||
|
|
х = |
40 5% |
= 2 г |
|
|
|
|
|||
|
|
100% |
|
|
|
|
|
2. m (Fe чистого) = 40 г – 2 г = 38 г. |
|||
|
|
3. 38 г --------------- |
х г |
||
|
|
|
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑ |
||
|
|
|
56 г -------------- |
152 г |
|
Х = 38г 152 = 103 г 56
Ответ: 103 г FeSO4
Вычисление выхода химической реакции
Пример 4. Из 140 т жженой извести получили 182 т гашеной извести,
сколько процентов это составляет от теоретически возможного?
Дано: |
Решение |
|
|||||||
m (CaO) = 140 т |
|
||||||||
1. Найдем теоретически возможный выход продукта: |
|||||||||
m (Ca(OH)2 |
) = 182 т |
|
CaO+ Н2О → Ca(OH)2 |
||||||
выхода продукта = ? |
56 т (CaO) дает |
74 т Ca(OH)2 |
|||||||
M (CaO) = 56 г/моль |
140 т |
------------------- |
|
|
Х |
||||
M (Ca(OH)2)= 74 г/моль |
Х = |
140т 74т |
= 185 т Ca(OH)2 (теоретический выход) |
||||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
56т |
|
||
|
|
|
2. Найдем массовую долю выхода продукта: |
||||||
|
|
|
185 |
т Ca(OH)2 ----------- |
100% |
||||
|
|
|
182 |
т ------------------- |
Х %, |
||||
|
|
|
Х = |
182т 100% |
= 98,38% |
||||
Ответ: = 98,38 %. |
185т |
||||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
27
II. Расчеты по химическим формулам
Расчет массовой доли химического элемента в соединении
Массовая доля – безразмерная физическая величина, характеризующая содержание компонента в системе, например, в соединении, в растворе и т.д.
Она может быть выражена в долях единицы или в процентах:
(x) |
m(x) |
; |
%(x) |
m(x) |
100% |
|
|
||||
m(соединения ) |
m(соединения ) |
Пример 5. Вычислите массовую долю азота (в%) в аммиачной селитре
NH4NO3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дано: |
|
|
|
Решение |
|||||||
NH4NO3 |
__ |
|
|
Из химической формулы видно, что 1 моль NH4NO3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% (N) = ? |
|
|
|
содержит 2 моль атомов азота, следовательно, |
|||||||
M (N) = 14 г/моль |
|
массовую |
долю азота можно вычислить по формуле: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
2M(N) |
|||||
M (NH4NO3)=80 г/моль |
|
%(N) |
|
|
|
|
100% ; |
||||
M(NH 4 NO3 ) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
%(N) |
2 14 |
100% 35% |
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
Необходимо знать, что данная формула вытекает из пропорции: |
|||||||||||
80г (NH4NO3) -----------------100% |
|
|
|
|
|
|
|||||
14∙ 2 (N) --------------------------х % |
|
х = |
14 2 |
100% 35% |
|||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
80 |
|
||||
Ответ: 35% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 6. Вычислите массовую долю калия (в %) в пересчете на К2О в хлориде калия.
Дано: KCl |
|
Решение |
||
|
||||
|
|
|
|
|
% ( К2О) = ? |
|
Содержание питательных элементов в удобрениях |
||
M (KCl) = 74,5 г/моль |
|
выражают в процентах N, P2O5 и K2O. |
||
M (K2O) = 94 г/моль |
|
Пересчеты из KCl в K2O и обратно производят |
||
|
|
|
|
|
28
по общим правилам расчетов в химии.
Составим стехиометрическую схему:
|
K2O |
→ 2 KCl |
, моль |
1 |
2 |
М, г/моль |
94 |
74,5 |
m, г |
94 |
149 |
Из этой схемы видно, что одинаковое число атомов калия содержится в 1
моль K2O и 2 моль KCl.
I способ решения задачи. (по пропорции)
149 |
г (KCl) отвечает по содержанию калия 94 г (K2O) |
|
|||||||
100 |
г ------------------------------------------------х, г |
|
|
|
|||||
х = |
94 100 |
63,1% |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
149 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II способ решения задачи. (по формуле) |
|||||
% ( К2О) = |
M(K 2 O) |
% ( К2О) = |
94г |
|
|||||
|
100% ; |
|
|
63,1% |
|||||
2M(KCl ) |
2 74,5 |
||||||||
Ответ: 100 г хлорида калия содержат (точнее отвечают) 63% калия, (в
пересчете на К2О).
Определение массы химического элемента в известной массе вещества
Пример 7. Сколько граммов серы содержится в 100 г CuSO4? |
|
|||||||
а) 10 |
б) 20 |
|
|
в) 30 |
г) 40 |
|||
Дано: |
|
|
|
Решение |
|
|||
|
|
|
|
|||||
m (CuSO4 |
) = 100 г |
|
|
|
160 г (CuSO4) содержат 32 г (S) |
|
||
m (S) = ? |
|
|
|
100 г -------------Х |
|
|||
M (S ) = 32 г/моль |
|
|
|
Х = |
100 32 |
20г |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
160 |
|
|
|
M (CuSO4) = 160 г/моль |
|
|
|
|
|
|||
Ответ: «б» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
29
Нахождение простейшей и молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов и молекулярной массе
Пример 8. Вещество, массой 1,3 г состоит из углерода (1,2 г) и водорода (0,1 г). Вывести молекулярную формулу органического вещества, если его
относительная молекулярная масса равна 78. |
|
|
|
|
|
||||
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
m (C) = 1,2 г |
1) Приняв число атомов углерода в данном веществе |
||||||||
m (H) = 0,1 г |
за х, а число атомов водорода за у, составим формулу |
||||||||
M (CxPy) = 78 г /моль |
вещества (СХРУ) и пропорцию: |
|
|
||||||
CxPy = ? |
х : у = |
m(C) |
: |
m(H) |
= |
1,2 |
: |
0,1 |
0,1: 0,1 1:1 |
M(C) |
M(H) |
|
1 |
||||||
|
|
|
12 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, простейшая формула вещества CH, а Mr (CH) = 12+1 = 13. Значение молекулярной органического вещества 78, то есть в шесть раз больше молекулярной массы соответствующей простейшей формулы (13), поэтому молекулярная формула - С6Н6.
Ответ: Формула вещества С6Н6
Расчеты на закон эквивалентов Пример 9. При сгорании двухвалентного металла массой 4 г образуется 10 г
оксида металла. Вычислить молярную массу эквивалента металла и его
атомную массу. Назовите металл. |
|
|
|
|
|
||||||||||
Дано: |
|
Решение: |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
m (MeО) = 10 г |
|
Математическое выражение закона эквивалентов |
|||||||||||||
m (Me) = 4 г |
|
|
m(1) |
|
M(f (1) |
Отсюда: M (f(Me) = |
m(Me) M(f (0) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
m(2) |
M(f (2) |
|
|
|
|
m(0) |
||||||
В (Ме) = 2 |
|
1) M (f(O) = M ( |
1 |
O ) = 16 ∙ |
1 |
= 8 г/моль |
|
||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
________________ |
|
2) m (Me) = m (MeO) – m (Me) = 10 - 4 = 6 г |
|||||||||||||
M (f (Me) - ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ar (Me) – ? |
|
3) M (f(Me) = |
4г 8г / моль |
|
5,3г / моль |
|
|||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6г |
|
|
|
|
|
|
4) M (f (Me) = M ( |
1 |
X ) |
|
|
|
||||||||
|
Z |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|