Методическое пособие 275
.pdf
(например: в ва |
|
M (CuSO4 ) |
|
|
160 |
|
160 |
0, 64 |
- массовая доля сульфата ме- |
|||
M (CuSO4 |
5H2O) |
160 |
90 |
250 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
ди (II) в медном купоросе);
3) при вычислении массы образовавшегося после химической реакции раствора необходимо учитывать возможные потери за счет выделения из раствора веществ в виде осадка или газа.
Пример 12. Определите массовую долю растворенного вещества в растворе, полученном при растворении 20 г соли в 140 г воды.
Дано: |
|
Решение: |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
m(соли) = 20 г |
|
в ва |
|
|
mв ва |
|
100% |
|||
m(Н2О) = 140 г |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
mв ва mр ля |
|
||||
ω(соли) = ? |
|
соли |
|
|
|
20 |
|
100% |
12,5% (или 0,125) |
|
|
|
|
|
|||||||
|
140 |
|||||||||
|
|
|
20 |
|
|
|
||||
Ответ: ω = 12,5%
Пример 13. В 500 мл воды растворили 22,4 г негашеной извести. Вычислите массовую долю растворенного вещества.
Дано:
V(Н2О) = 500 мл m(СаО) = 22,4 г
M(CaО) = 56 г/моль М(Са(ОН)2) = 74 г/моль
ω(в-ва) = ?
Решение:
22,4 г х г
СаО + Н2О = Са(ОН)2
1 моль |
1 моль |
1)ν(СаО) = m(CaО) / M(CaО) = 22,4 г : 56 г/моль = 0,4 моль
2)по уравнению ν(СаО) : ν(Са(ОН)2) = 1 : 1 =>
ν(Са(ОН)2) = ν(СаО) = 0,4 моль
3)m(Са(ОН)2) = ν(Са(ОН)2)·М(Са(ОН)2) = = 0,4 моль·74 г/моль = 29,6 г
4)m(р-ра) = m(Н2О) + m(СаО) = 500 г + 22,4 г = 522,4 г
5) в ва mв ва 100% mр ра
(Са(ОН )2 ) 29, 6 100% 5, 67% 522, 4
Ответ: массовая доля гидроксида кальция в растворе –
5,67% (или 0,0567)
Пример 14. Рассчитайте массу соли и воды, необходимые для приготовления 200 г раствора с массовой долей соли 0,25.
Дано:
ω(соли) = 0,25 m(р-ра) = 200 г
m(соли) = ? m(Н2О) = ?
Решение:
в ва |
|
mв ва |
mв ва |
в ва |
mр ра |
|
mр ра |
||||||
|
|
|
|
|
||
mсоли |
0, 25 200 50(г) |
|
|
|||
m(Н2О) 200 50 150(г) |
|
|||||
Ответ: для приготовления 200 г раствора с массовой долей соли 0,25 необходимо взять 50 г соли и 150 г воды.
9
Пример 15. В 120 мл воды растворили 11,7 г металлического калия. Вычислите массовую долю растворенного вещества в образовавшемся растворе.
Дано:
V(Н2О) = 120 мл m(К) = 11,7 г
M(К) = 39 г/моль М(КОН) = 56 г/моль
ω(в-ва) = ?
Решение:
11,7 г |
х г |
2К + 2Н2О = 2КОН + Н2↑ |
|
2 моль |
2 моль 1 моль |
1)ν(К) = m(К) / M(К) = 11,7 г : 39 г/моль = 0,3 моль
2)по уравнению ν(К) : ν(КОН) = 1 : 1 =>
ν(КОН) = ν(К) = 0,3 моль
3)m(КОН) = ν(КОН)·М(КОН) = = 0,3 моль·56 г/моль = 16,8 г
4)по уравнению ν(Н2) : ν(К) = 1 : 2 => ν(Н2) = ½·ν(К) = 0,15 моль
m(Н2) = 0,15 моль·2 г/моль = 0,3 г
5)m(р-ра) = m(Н2О) + m(К) –m(Н2) = = 120 г + 11,7 г – 0,3 г = 131,4 г
6) в ва mв ва 100% mр ра
(КОН ) 16,8 100% 12,8% 131, 4
Ответ: массовая доля гидроксида калия в растворе – 12,8%
Пример 16. К раствору массой 160 г с массовой долей вещества 12% прилили воду массой 340 г. Вычислите массовую долю (%) полученного раствора.
Дано: |
|
Решение: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
m1(р-ра) = 160 г |
|
m1(в ва) |
в ва mр ра 0,12 160 19, 2(г) |
||||||
ω1(соли) = 12% |
|
m2( р ра) |
160 340 500(г) |
|
|||||
m(Н2О) = 340 г |
|
|
|||||||
|
|
|
|
m2(в ва) |
|
|
|
|
|
|
|
|
2(в ва) |
|
100% |
19, 2 |
100% 3,84% |
||
ω2(соли) = ? (%) |
|
||||||||
|
m2( р ра) |
|
500 |
||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
Ответ: массовая доля соли в полученном растворе 3,84%.
Пример 17. При выпаривании раствора массой 600 г с массовой долей 40% остался раствор массой 350 г. Какова его массовая доля (%)?
Дано: |
|
Решение: |
|
||
m1(р-ра) = 600 г |
|
1) Вычисляем массу вещества во взятом растворе: |
ω1(в-ва) = 40% |
|
m(в-ва) = ω1(в-ва) ∙ m1(р-ра) = 0,4 ∙ 600 = 240 (г) |
m2(р-ра) = 350 г |
|
2) Находим массовую долю вещества в полученном растворе: |
|
|
ω2(в-ва) = m(в-ва) : m2(р-ра) = 240 : 350 = 0,689 или (68,9%) |
ω2(в-ва) = ? (%) |
|
|
|
|
Ответ: массовая доля вещества в полученном растворе 68,9%. |
|
|
10
Задачи для самостоятельного решения:
1.Какую массу раствора с массовой долей, равной 25%, можно приготовить из вещества массой 50 г?
2.Какова массовая доля в растворе, приготовленном из сахара массой 80 г и воды объемом 160 мл?
3.Вычислите массовую долю кристаллизационной воды в кристаллогидрате сульфата меди (II).
4.Растворили 33,6 л хлороводорода в 100 мл воды. Вычислите массовую долю хлороводорода в полученном растворе.
5.Нашатырный спирт это водный раствор аммиака. В аптеке для получения нашатырного спирта в 300 г воды растворили 112 л аммиака (н.у.). Вычислите массовую долю
(%) аммиака в полученном растворе.
6.Определите массовую долю вещества в растворе, полученном при сливании 120 г раствора соляной кислоты с массовой долей 0,25 и 160 г раствора соляной кислоты с массовой долей 15%.
7.Какую массу сульфата цинка можно получить при взаимодействии избытка цинка с
500мл 20%-ного раствора серной кислоты с плотностью 1,14 г/мл?
8.Образец натрия массой 0,5 г поместили в воду. На нейтрализацию полученного раствора израсходовали 29,2 г 1,5%-ной соляной кислоты. Какова массовая доля натрия (в %) в образце?
9.Газообразный аммиак объемом 2,24 л (н.у.) поглощен 20 г раствора ортофосфорной кислоты с массовой долей 49%. Какая соль образовалась, какова еѐ масса?
10.В 730 г 12%-ной соляной кислоты растворили 33,6 л хлороводорода. Определите массовую долю хлороводорода в полученном растворе.
11.В 820 г 0,5%-ного сернистой кислоты растворили 11,2 л сернистого газа. Какой стала массовая доля кислоты в полученном растворе?
12.К 300 мл 10,6 %-ного раствора хлорида кальция (плотность 1,05 г/мл) прибавили 60 мл раствора карбоната натрия, массовая доля которого 0,3855 (плотность 1,1 г/мл). Определите массу выпавшего при этом осадка.
Решение задач на смеси веществ Пример 18. При растворении в соляной кислоте 12 г сплава цинка и меди выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Определить процентный состав сплава.
Дано: |
|
Решение: |
|
|
|
|
|||
m(сплава) = 12 г |
|
х г |
|
3,36 л |
Vн.у.(Н2) = 3,36 л |
|
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ |
||
|
|
1 моль |
1 моль |
|
ω(Zn) = ? |
|
Cu + HCl ≠ |
|
|
|
1) |
определим количество вещества водорода: |
||
ω(Cu) = ? |
|
|||
|
ν(Н2) = Vн.у.(Н2)/Vm = 3,36 л : 22,4 л/моль = 0,15 моль |
|||
|
|
|||
|
2) |
определим массу цинка: |
||
|
|
по уравнению ν(Н2) : ν(Zn) = 1 : 1 => |
||
|
|
ν(Zn) = ν(Н2) = 0,15 моль |
||
|
|
m(Zn) = ν(Zn)∙М(Zn) = 0,15 моль∙65г/моль = 9,75 г |
||
|
3) |
определим массовую долю цинка в сплаве: |
||
|
|
ω(Zn) = m(Zn)/m(сплава) = 9,75 : 12 = 0,8125 (или 81,25%) |
||
|
4) |
определим массовую долю меди в сплаве: |
||
|
|
ω(Cu) = 100% - 81,25% = 18,75% |
||
Ответ: состав сплава 81,25% цинка и 18,75% меди
Пример 19. При обработке соляной кислотой 9,92 г смеси карбидов кальция и алюминия образовалось 4,48 л смеси метана и ацетилена (н.у.). Определите количественный состав исходной смеси карбидов.
Дано:
m (смеси)= 9,92 г.
V(C2 H4 +CO2 ) =
=4,48 л.
________________
m(CaC2 ) = ? m(Al4 C3 ) = ?
Решение:
Составим уравнения происходящих реакций:
x г |
y л |
|
CaC2 |
2HCl=CaCl2 +C2 H2 |
(а) |
1 моль |
1 моль |
|
64 г |
22,4 л |
|
(9,92-x)г |
(4,48-y)л |
|
Al4 C3 +12HCl=4AlCl3 +3CH4 |
(б) |
|
1 моль |
3 моль |
|
144 г |
67,2 л |
|
Пусть m(CaC2 ) = x г, V(C2 H2 ) = y л, тогда
m(Al4 C3 ) =(9,92-x)г, V(CH4 ) =(4,48-y)л.
Из уравнения реакции (а) следует, что
22,464 xy ;
из уравнения реакции (б) следует, что
144 9,92-x .
67,2 4,48-y
Мы получили систему уравнений:
22,4x = 64y
144(4,48-y) = 67,2(9,92-x)
y= 22,4x ; 64
144(4,48- 22,4x ) = 67,2(9,92-x); 64
Решим уравнение. x=1,28.
m(CaC2 ) =1,28 г, m(Al4 C3 ) = 9,92-1,28=8,64(г).
Ответ: m(CaC2 ) =1,28 г, m(Al4 C3 ) =8,64 г.
Задачи для самостоятельного решения:
1.Смесь серебра и железа массой 28 г обработали избытком соляной кислоты. При этом выделился водород объемом 2,8 л (н.у.). Какова массовая доля серебра в смеси?
2.При сжигании смеси серы и угля массой 2 г образовалась смесь оксидов углерода (IV) и серы (IV) массой 6 г. Какова масса угля в исходной смеси?
3.Образец частично окисленного магния массой 25 г обработали раствором соляной кислоты. При этом выделился водород объемом 18,7 л (н.у.). вычислите массовую долю магния во взятом образце.
4.На смесь карбоната калия и гидроксида калия подействовали избытком серной кислоты. При этом получили 4,48 л газа (н.у.) и 10,8 г воды. Вычислите массовую долю (%) гидроксида калия в исходной смеси. Считать, что в ходе реакции образуются только средние соли.
5.При прокаливании смеси карбонатов магния и кальция массой 134 г выделился углекислый газ объемом 33,6 л (н.у.). определите количественный состав исходной смеси.
12
Решение задач на выход продуктов реакции
Схемы расчетов по химическим уравнениям основываются на законе сохранения массы веществ и справедливы, если в реакцию вступают абсолютно чистые вещества и их взаимодействие протекает без потерь. Однако на практике продуктов реакции всегда образуется меньше, чем должно получиться в соответствии с расчетами. Поэтому одна из важнейших характеристик химико – технологического процесса – практический выход продукта реакции (η).
|
m |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
практ. |
или "массовая доля выхода" |
|
вых. |
|
|
практ. |
|
|||
|
|
|
|||||||||
|
mтеор. |
|
|
|
|
|
|
mтеор. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
V |
|
|
|
|
|
V |
|
|||
|
практ. |
или "объемная доля выхода" |
|
|
|
|
|
практ. |
|
||
|
|
вых. |
|
|
|||||||
|
Vтеор. |
|
|
|
|
|
Vтеор. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
практ. ; выражается в долях единицы или в процентах.
теор.
Чтобы не возникали ошибки с определением, что считать массой практической, а что – теоретической, запомните следующие правила:
1)практически полученная масса (объем, количество) всегда меньше теоре-
тической (η < 1 или η < 100%);
2)по уравнению реакции рассчитывают теоретически возможное количество (массу, объем); для расчета практически полученного продукта ис-
пользуют формулу mпракт. mтеор. .
Пример 20. Какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объемом 28,56 л (н.у.) при массовой доле выхода 85%?
Дано: |
Решение: |
|
|
Vпракт.(СО2) = 28,56 л |
х г |
33,6 л |
|
ωвых(СО2) = 85% |
Na2СО3 + 2HCl = 2NaCl + H2О + СО2↑ |
||
|
|
1 моль |
1 моль |
m(Na2СО3) = ? |
1) определим объем газа, выделившегося при массовой доле |
||
выхода 100%: |
|
||
|
|
|
|
|
|
Vтеор.(СО2) = Vпракт.(Н2)/ωвых = 28,56 л : 0,85 = 33,6 л |
|
|
|
2) определим количество вещества углекислого газа: |
|
|
|
ν.(СО2) = Vтеор.(СО2)/Vm = 33,6 л : 22,4 л/моль = 1,5 моль |
|
|
|
3) определим массу карбоната натрия: |
|
|
|
по уравнению ν.(СО2): ν(Na2СО3) = 1 : 1 => |
|
|
|
ν(Na2СО3) = ν.(СО2) = 1,5 моль |
|
|
|
m(Na2СО3) = ν(Na2СО3)∙М(Na2СО3) = 1,5 моль∙106 г/моль = 159г |
|
|
|
Ответ: нужно взять 159 г карбоната натрия. |
|
Пример 21. В реакцию синтеза аммиака ввели 448 л Н2.Получили 178,8 л NH3. Рассчитать выход продукта реакции (в %).
Дано: |
|
Решение: |
|
V(Н2) = 448 л |
|
3 Н2 + N2 = 2 NH3 |
|
Vпракт.(NH3) = 178,8 л |
|
3V |
1V 2V |
|
|
1) |
Определим теоретически возможный объем продукта |
|
|||
η(NH3) = ? |
|
реакции: |
|
|
|
По уравнению Vтеор.(NH3):V(H2) = 2:3 => |
|
|
|
||
|
|
=> Vтеор.(NH3) = ⅔·V(H2) ≈ 298,7 л |
|
|
2) |
Определим выход продукта реакции: |
|
η(NH3) = Vпракт.(NH3) : Vтеор.(NH3) = 178,8 л : 298,7 л ≈ 0,60
Ответ: выход аммиака составляет 60%
Пример 22. Рассчитайте массу оксида азота (II), который получается из аммиака массой 85 т окислением его в кислороде, если выход продукта реакции 98%.
Дано: m(NH3) = 85 т
η(NО) = 98% (или 0,98)
mпракт.(NО) = ?
Решение:
85∙106 г |
х г |
4 NH3 + 5 О2 = 4 NО↑ + 6 H2О |
|
4 моль |
4 моль |
1)Определим количество вещества аммиака:
ν(NH3) = m(NH3)/M(NH3) = 85∙106 г : 17 г/моль = 5∙106 моль
2)Определим количество вещества оксида азота (II):
по уравнению ν(NH3): νтеор.(NО) = 1 : 1 => νтеор.(NО) = ν(NH3) = 5∙106 моль
3) Определим массу оксида азота (II) по уравнению: m(NО) = νтеор.(NО)∙М(NО) = 5∙106 моль∙30 г/моль = 1,5∙108 г
или 150 т
4) Определим практическую массу оксида азота (II): mпракт.(NО) = η(NО) ∙ mтеор.(NО) = 0,98 ∙ 150 т = 147 т
Ответ: масса оксида азота (II) - 147 т
Задачи для самостоятельного решения:
1.Вычислите объѐм аммиака (н.у.), который можно получить, нагревая 20 г хлорида аммония с избытком гидроксида кальция, если объемная доля выхода аммиака составляет
98%.
2.Из 280 г оксида кальция получили 358 г гидроксида кальция. Вычислите массовую долю выхода гидроксида кальция.
3.Какую массу аммиака можно получить, нагревая смесь 20 г хлорида аммония и 20 г оксида кальция, приняв, что массовая доля выхода составляет 98%?
4.При нагревании нитрита аммония NH4NO2 образуется азот и вода. Вычислите объем азота (н.у.), который можно получить при разложении 6,4 г нитрита, если объемная доля выхода азота составляет 0,89.
5.Азот объѐмом 56 л (н.у.) прореагировал с водородом, взятым в избытке. Массовая доля выхода аммиака составила 50%. Рассчитайте объѐм и массу полученного аммиака.
6.При разложении 107 г хлорида аммония получено 38 л аммиака (н.у.). Вычислите массовую долю выхода аммиака.
7.Вычислите массу фосфора, необходимую для получения 200кг фосфорной кислоты, если массовая доля выхода кислоты составляет 90%.
8.Какой объѐм аммиака (н.у.) можно получить, нагревая смесь 33 г сульфата аммония с избытком гидроксида кальция, если объѐмная доля выхода составляет 85%?
9.Рассчитайте, какая масса меди потребуется для реакции с избытком концентрированной азотной кислоты для получения 4 л (н.у.) оксида азота (IV), если объемная доля выхода оксида азота (IV) составляет 96%.
10.Вычислите объѐм аммиака (н.у.), который можно получить, нагревая 30 г хлорида аммония с избытком гидроксида кальция, приняв, что объѐмная доля выхода аммиака составляет 94%.
11.Вычислите массу азотной кислоты, которую можно получить из 20,2 г нитрата калия при его взаимодействии с концентрированной серной кислотой, если его массовая доля выхода кислоты составляет 0,98.
12.На гидроксид натрия, взятый в необходимом количестве, подействовали раствором, содержащим 252 г азотной кислоты. Вычислите массу полученной соли, если практический выход составляет 90% от теоретического.
Вывод формул веществ по продуктам сгорания
В задачах на вывод формул горючих веществ приводятся данные о массах (объѐмах, количествах) продуктов их сгорания. На основаниях этих данных, используя стехиометрические схемы, рассчитываются количества, масса, массовые доли элементов, входящих в состав сгоревшего вещества.
Стехиометрия – раздел химии, изучающий количественные соотношения. Продуктами сгорания органического вещества являются углекислый газ, вода и
другие продукты. При этом, очевидно, что в состав соединения входил весь углерод, содержащийся в углекислом газе, весь водород, перешедший в воду. А кислород присоединился во время горения или, возможно, содержался в исходном веществе. Горение органического вещества протекает по уравнению: СхНyOz + O2 → СO2 + Н2O. Для определения простейшей формулы соединения необходимо знать его элементный состав. Простейшая формула показывает наименьшее соотношение атомов в молекуле. Истинная формула показывает реальное соотношение атомов в молекуле. Составим стехиометрические схемы, которые помогут при расчѐтах:
СO2 → С |
Н2O → 2Н |
N2 → 2N |
1 моль → 1 моль |
1 моль → 2 моль |
1 моль → 2 моль |
(С) (СО2 ) |
(Н ) 2 (Н2О) |
(N ) 2 (N2 ) |
Для определения истинной формулы вещества необходимо применить второе след-
ствие из закона Авогадро: Мист.(в-ва) = 2·DН2, Мист.(в-ва) = 32·DО2, Мист.(в-ва) = 29·Dвозд.,
Мист.(в-ва) = 28·DN2.
Пример 23. При сгорании органического вещества массой 7,8 г образовалось 26,4 г оксида углерода (IV) и 5,4 г воды. Вывести формулу вещества, если плотность его по водороду равна 39.
Дано: m(в-ва) = 7,8 г
m(CO2) = 26,4 г m(H2O) = 5,4 г
DH2(в-ва) = 39
Формула - ?
Решение: СхНyOz + O2 → СO2 + Н2O
x: y : z (С) : (Н ) : (О)
1)Определим количества вещества оксида углерода (IV) и воды:
CO2 |
|
m(CO2 ) |
|
26, 4г |
0,6моль |
||||
M CO2 |
|
44г / моль |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
(Н2О) |
|
m(H2O) |
|
5, 4г |
|
0, 3моль |
|||
|
M (H2O) |
18г / моль |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
2) Используя стехиометрические схемы, определим количества вещества углерода и водорода, входящих в состав исходного органического вещества:
(С) (СО2 ) 0,6моль
(Н ) 2 (Н2О) 2 0,3моль 0,6моль
3) Определим массу кислорода
m(O) mвещ ва m(C) m(H) 7,8 0,6 12 0,6 1 0
следовательно, кислород не входит в состав вещества 4) Определим простейшую формулу:
С : Н 0,6 : 0,6 1:1, => простейшая формула СН
5)Определим истинную формулу вещества:
Мист М Н2 DН2 (Сх Н y ) 2 39 78
Мист 78 6
Мпр.ф. 13
Следовательно, необходимо увеличить в 6 раз число атомов углерода и водорода
Ответ: истинная формула вещества С6Н6
Задачи для самостоятельного решения:
1.При сжигании углеводорода массой 3,2 г образовалось 9,9 г оксида углерода (IV) и 4,5 г воды. Относительная плотность паров вещества по водороду равна 64. Определите формулу углеводорода.
2.Найдите молекулярную формулу органического соединения, если при сжигании 11,2 г вещества получили 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Относительная плотность его по воздуху равна 1,93.
3.При сгорании органического соединения массой 4,8 г получен оксид углерода (IV) массой 6,6 г и вода массой 5,4 г. Относительная плотность паров вещества по водороду равна 16. Выведите формулу и укажите число атомов водорода в молекуле.
4.При сжигании органического вещества массой 9 г образовалось 17,6 г оксида углерода (IV), 12,6 г воды и азот. Относительная плотность вещества по водороду равна 22,5. Найдите молекулярную формулу вещества и напишите структурные формулы его изомеров.
5.При сжигании алкина массой 5,2 г выделилось 8,96 л оксида углерода (IV) (н.у.) и 3,6 г воды. Относительная плотность этого вещества по водороду равна 13. Найдите молекулярную формулу алкина.
16