2. Усложненные расчеты по уравнениям реакций

Если известны массы (или количества) двух и более вступающих в реакцию веществ, необходимо определить, какое из веществ находится в избытке, а какое – в недостатке. Для этого необходимо сравнить отношения количеств веществ к соответствующим стехиометрическим коэффициентам.

Так, если n(A)/a > n(B)/b, то вещество А находится в избытке. Далее расчет всегда проводят по веществу, находящемуся в недостатке.

Если вещество содержит примеси, то для расчета надо использовать количество чистого вещества. Его массовая доля в смеси равна w(B) = 1 – w(примесей), или, если содержание примесей указано в процентах, w(B) (%) = 100 – w(примесей) (%).

Отношение количества полученного на практике продукта реакции к теоретически возможному (рассчитанному по уравнению реакции) называется практическим выходом продукта ():

 = n(практ) / n(теор)

Вполне очевидно, что отношение количеств вещества при расчете практического выхода можно заменить отношением их масс, а для газов также отношением их объемов.

Пример 1

Аммиак объемом 2,24 л (н.у.) растворили 20 мл 10%-ной серной кислоты (плотность 1,070 г/мл). Вычислите массовую долю сульфата аммония в конечном растворе.

Решение

V(NH3) = 224 л V(р. H2SO4) = 20 мл w(H2SO4) = 10% w{(NH4)2SO4) = ?

2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 n(H2SO4) / 1 = n{(NH4)2SO4} / 1 = n(NH3) / 2

n(H₂SO₄) = m(H₂SO₄) / M(H₂SO₄) =

= w(p, H₂SO₄) ^. V(p, H₂SO₄) ^. (p, H₂SO₄) / M(H₂SO₄) =

= 0,1 ^. 20 ^. 1,070 / 98 = 0,022 моль

n(NH₃ = V(NH₃) / V_M = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль

Аммиак в избытке, расчёт по серной кислоте

m{(NH₄)₂SO₄} = M{(NH₄)₂SO₄} ^. n{(NH₄)₂SO₄} = 132 ^. 0,022 = 2,9 г

m(p) = V(p, H₂SO₄) ^. (p, H₂SO₄) + m(NH₃) =

= 20 ^. 1,070 + 0,022 ^. 2 ^. 17 = 22,15

w{(NH₄)₂SO₄} = m{(NH₄)₂SO₄}/ m(p) = 2,9 / 22,15 = 0,13

Пример 2

Через 100 г 5,6%-ного раствора гидроксида калия пропустили 224 л оксида серы(IV). Определите массовую долю образовавшейся соли в растворе.

Решение

m(р. KOH) = 100 г w(KOH) = 5,6% V(SO2) = 224 л w(соли) = ?

(избыток) SO2(избыток) + KOH(разб) = KHSO3

n(SO₂) = n(KOH) = n(KHSO₃)

m(SO₂) / M(SO­_2­) = m(KOH) / M(KOH) = m(KHSO­₃­) / M(KHSO₃)

m(KHSO­₃­) = M(KHSO­₃­) ^. m(KOH) / M(KOH) = 120 ^. 5,6 / 56 = 12 г

m(SO₂) = M(SO­_2­) ^. m(KOH) / M(KOH) = 64 ^. 5,6 / 56 = 6,4 г

w(KHSO­₃­) = m(KHSO­₃­) / m(р, KHSO­₃­) = m(KHSO­₃­) / [m(р, KOH­) + m(SO₂)] = 12 / (100 + 6,4) = 0,113

Пример 3

Составьте уравнение реакции между карбонатом натрия и сульфатом магния, протекающей в водном растворе. Рассчитайте выход (%) магнийсодержащего продукта, если его масса составила 41 г, а массы реагентов – по 60 г.

Решение

m(практ. MgCO3) = 41 г m(Na2CO3) = 60 г m(MgSO4) = 60 г η = ?

Na2CO3 + MgSO4 = Na2SO4 + MgCO3

n(Na₂CO₃) = m(Na₂CO₃) / M(Na₂CO₃) = 60 : 106 = 0,57 моль

n(MgSO₄) = m(MgSO₄) / M(MgSO₄) = 60 : 120 = 0,50 моль (в недостаточном количестве)

m(MgCO₃) = n(MgCO₃) M(MgCO₃) = n(MgSO₄) M(MgCO₃) = = 0,5 ^. 84 = 42 г

η = m(практ. MgCO₃) / m(MgCO₃) = 41 : 42 = 0,98 = 98%