2. Задачи на основе стехиометрических уравнений

Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Стехиометрические расчеты основаны на двух важнейших принципах: 1) состав любого вещества выражают определенной формулой; 2) взаимодействие между веществами протекает в строгом соответствии с законом сохранения массы.

Пример 1. При обжиге сульфида цинка было получено 0,5 моль оксида цинка. Какой объём (н.у.) оксида серы (IV) образовался в результате этого процесса?

Решение. Это задача на использование понятия «молярный объём газов» при нормальных условиях V_m , который равен 22,4 л/моль.

Д ано:

υ (ZnO) = 0,5 моль По уравнению реакции имеем:

V(SO₂) - ? 0,5 моль х л

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

2моль 2 моль

2 моль 2 ^.22,4 л

х = 0,5 ^. 2 ^. 22,4 / 2 = 11,2 л.

Ответ: V(SO₂) = 11,2 л.

Эту задачу можно решить, рассуждая следующим образом, получено 0,5 моль оксида цинка, написав уравнение, видим, что согласно стехиометрическому уравнению при образовании 2 моль оксида цинка образуется также 2 моль оксида серы. Значит, при образовании 0,5 моль, также образуется 0,5 моль. Тогда V(SO₂) = 0,5 моль ^. 22,4 л/моль = 11,2 л.

Пример 2. Какой объем воздуха (н.у.) необходим для сожжения 7,0 г фосфора, если продуктом реакции является оксид фосфора (V)?

Анализ

Д ано 1. Фосфор горит в кислороде. А содержание

m(Р) = 7,0 г кислорода в воздухе - 21 % по объему.

V_m(газа) = 22,4 л/моль 2. Необходимо найти объем воздуха!

φ (О₂) в воздухе = 21% 3. Сначала найдем объем кислорода по

V(воздуха) - ? стехиометрическому уравнению реакции

горения фосфора, а потом объем воздуха.

Образ задачи

Фосфор горит, вода подкрашена Колба заполнена дымом (Р₂О₅), фиолетовым лакмусом вода поднимается на 1/5 колбы,

лакмус краснеет, т.к. образуется

кислота (Н₃РО₄)

Решение

7 г х л

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅

4 ^. 31г 5 ^. 22,4 л

х = 7 ^. 5 ^. 22,4 / 4 ^. 31 = 6,32 л О₂

При сгорании 7 г фосфора расходуется 6,32 л чистого кислорода.

2) Рассуждение: в 100 л воздуха содержится 21 % О₂

в у л воздуха содержится 6,32 л О₂

у = 100 ^. 6,32 / 21 = 30,09 л.

Ответ: V(воздуха) = 30,09 л. (почти в 5 раз больше, чем объем кислорода).

Пример 3. Достаточно ли 30 мл 25%-ного раствора серной кислоты (плотность 1,18 г/мл) для окисления 5,6 г железа? Ответ подтверди­те расчетом.

Д ано: Решение. Напишем уравнение реакции

V (p-pa H₂SO₄) – 30 мл х г 5,6 г

ω(H₂SO₄) – 25% H₂SO₄ + Fe = FeSO₄ + Н₂↑

p = 1,18 г/мл 1 моль 1 моль

m(Fe) = 5,6 г 98 г 56 г

m (H₂SO₄) - ?

Р ешая уравнение, находим: х = 5,6 ^. 98 /56 = 9,8 г кислоты требуется для взаимодействия с 5.6 г железа. А теперь найдем, хватит ли серной кислоты по условию задачи. Для этого сначала найдем массу раствора, ее можно найти, используя формулу: р = m/V; m = p ^. V = 1,18 г/мл ^. 30 мл = 35,4 г раствора 25%-ной серной кислоты. Теперь найдем массу безводной, химически чистой кислоты, которая вступит в реакцию с серной кислотой.

Р ассуждение: в 100 г этого р-ра кислоты содержится 25 г безводной H₂SO_4,

а в 35,4 г р-ра кислоты содержится х г -/ - H₂SO₄

Имеем уравнение с одним неизвестным, решая его, находим

х = 35,4 ^. 25 / 100 = 8,85 г.

Ответ: Оказывается кислоты не хватит для полного растворения (взаимодействия) 5,6 г железа, так как 8,85 г < 9,8 г.

Пример 4. При горении 4,2 г одновалентного металла образовалось 10,2 г его оксида. Определите атомную массу металла и назовите этот металл.

Д ано:

m(Me) = 5,4 г Решение. Напишем уравнение предполагаемой реакции,

m(MeO) = 10,2г пользуясь законом сохранения массы, определим сколько

кислорода вступило с таким количеством металла.

Me - ?

4,2 г 4,8 г 10,2 г – 5,4 = 4,8 г кислорода

4Ме + О₂ = 2Ме₂О

4 х 32 г

Решая уравнение, получаем х = 4,2 ^. 32 / 4,8 ^. 4 = 7. Такую относительную атомную массу имеет литий, одновалентный щелочной металл.

Пример 5. Тепловой эффект разложения хлората калия составляет 39 кДж/моль. Если при полном разложении некоторого количества хлората выделилось 13 кДж теплоты, то каков объем ацетилена (н. у.), который может полностью сгореть в выделившемся кислороде?

Д ано:

V_m = 22,4 л/моль Решение. Согласно уравнениям реакций:

Q_мольн = 39 кДж/моль

2 KClO₃ = 2KCl + 3O₂ ,

V (C₂H₂) - ? 2 моль 3 моль

1, 5 моль О₂ (3/2) 39 кДж

х моль О₂ 13 кДж

Решая уравнение, получаем х = 1,5 ^. 13 /39 = 0,5 моль О₂ выделяется.

х л 0,5 моль

2C₂H₂ + 5O₂ = 4CO₂ + 2H₂O

2 моль 5 моль

2 ^. 22,4л Решая уравнение, находим х = 44,8 ^. 0,5 = 5 = 4,48 л О₂.

Возможно следующее рассуждение: используя формулы: n = V/V_m, n = Q/Q_мольн, тогда V/V_m = Q/Q_мольн и находим,

n(O₂) = 3/2 n (KClO₃) = 3 ^.13 /2 ^. 39 = 0,5 моль кислорода выделяется .

n(C₂H₂) = 2/5 ^. n (O₂) = 2 ^.0,5 / 5 = 0,2 моль, а V(C₂H₂) = 0,2 ^. 22,4 = 4,48 л. Ответ: V(C₂H₂) = 4,48 л.

Самостоятельно решите задачу. Кислород массой 0,54 г соединяется с четырехвалентным металлом массой 2 г. Какой это металл?