Стехиометрические расчеты.Расчеты по уравнениям реакций

Предисловие

В результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка. Количество атомов до реакции и после ее протекания остается неизменным. Это учитывается с помощью стехиометрических коэффициентов в уравнениях химических реакций.

Чтобы справиться с решением задачи, рекомендуется выполнить следующие действия:

1)внимательно прочитать условие задачи;

2)выписать из условия задачи все числовые данные, используя общепринятые обозначения и размерности;

3)сформулировать вопрос задачи;

4)составить уравнения реакций (если это необходимо);

5)дополнить условие задачи справочными данными (молярный объем, молярные массы, число Авогадро и т.д.);

6)выбрать необходимые для расчета формулы;

7)вывести расчетную формулу, т.е. путем математических преобразований получить окончательную формулу для расчета искомой величины;

8)сделать проверку полученной формулы, подставив в нее размерности заданных величин;

9)провести расчет и получить численный ответ.

Тема «Стехиометрические расчеты» изучается студентами ранее темы «Химическое равновесие». Поэтому все реакции считаются протекающими «до конца», т.е. до исчерпания, по меньшей мере, одного из реагентов. Объемы газов во всех задачах предполагаются приведенными к нормальным условиям.

В первом разделе настоящего пособия предложены задачи, в которых расчеты массы, количества вещества или объема газов выполняют по известному количеству вещества, массе или объёму одного из участвующих в реакции веществ. Рассматриваются как реакции, протекающие без изменения степени окисления, так и окислительно-восстановительные реакции. Последние могут быть использованы при подготовке домашней контрольной работы, а также итоговой контрольной работы по теме "Окислитель- но-восстановительные реакции".

3

Вследующем разделе предлагаются расчеты по уравнениям реакций в условиях, когда одно из реагирующих веществ находится в избытке или содержит примеси, а также расчеты выхода продукта от теоретичсеского. Задачи этих типов могут быть использованы при проведении рубежных контрольных мероприятий и экзамена по химии элементов.

Впоследний раздел включены комбинированные задачи, предназначенные для хорошо успевающих студентов; они могут быть использованы с целью повышения их семестровой аттестации.

Авторы выражают благодарность преподавателям кафедры, принявшим участие в обсуждении пособия, за ценные замечания.

Используемые физико-химические величины (и их размерности)

4

1. Обычные расчеты по уравнениям реакций

При выполнении расчетов по уравнениям химических ре-

акций следует руководствоваться правилом: отношения всту-

пивших в реакцию количеств веществ (реагентов) к отвечающим этим веществам стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, а также аналогичные отношения для образовавшихся в результате реакции веществ (продуктов реакции), одинаковы для всех участников реакции.

Для химической реакции

aA + bB + ... = dD + eE + ...

n(A)/a = n(B)/b = ... = n(D)/d = n(E)/e = ...

Количество прореагировавшего или образовавшегося веще-

ства В может быть выражено через его массу m(В) и молярную массу M(В):

n(B) m(B) M(B)

или концентрацию в растворе (массовую долю w(В), моляр-

ную концентрацию c(В) и массу m(р.В) или объем раствора

V(р.В):

n(B) w(B)m(p.B) w(B)V(p.B) c(B)V(p.B)

M(B) (p.B)M(B)

а в случае газа также через его объем V и молярный объем

VM:

n(B) V(газ.B)

VM

5

Пример 1

Рассчитайте объем (н.у.) монооксида углерода, образовав-

шегося в реакции углерода с 80 г кислорода.

m(O2 ) V(CO) M(O2 ) 2VM

V(CO) 2VM m(O2 ) 2 22,4 80 112л

M(O2 ) 32

Пример 2

При электролизе раствора хлорида натрия на катоде выде-

лилось 11,2 л водорода. Определите массу образовавшегося гид-

V(H2 ) m(NaOH)

VM 2M(NaOH

m(NaOH) 2M(NaOH)V(H2 ) 2 40 11,2 40г VM 22,4

Пример 3

На титрование 20,00 мл раствора сульфита натрия в кислот-

ной среде пошло 15,03 мл 0,1 М раствора перманганата калия.

Определите молярную концентрацию раствора сульфита натрия.

6

Решение

с(Na2SO3) = ? 5Na2SO3 + 8Н2SO4 + 2KMnO4 =

с(KMnO4) = 0,1 моль/л = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 8Н2О

Vр(KMnO4) = 15,03 мл n(Na2SO3) / 5 = n(KMnO4) / 2

Vр(Na2SO3) = 20,00 мл

с(Na2SO3) = n(Na2SO3) / Vр(Na2SO3) =

=5·n(KMnO4)/ {2·Vр(Na2SO3)} =

=5·с(KMnO4)·Vр(KMnO4)/ {2·Vр(Na2SO3)} = 5·0,1·15,03/{2·20} =

=0,1879 моль/л

Расчеты по уравнениям реакций,протекающихбез измене-

ния степени окисления

1.1. Рассчитайте объем (н.у.) газа, полученного при взаимо-

действии 15 г сульфида алюминия с избытком воды.

1.2.При сливании водных растворов нитрата серебра(I) и

ортофосфата натрия (изб.) образовалось 4,2 г осадка. Рассчитайте массу прореагировавшего нитрата серебра.

1.3.К раствору сульфита натрия объемом 250 мл добавили хлороводородную кислоту до прекращения выделения газа. Рас-

считайте молярную концентрацию исходного раствора сульфита натрия, если выделилось 2,24 л газа (н.у.).

1.4. При взаимодействии сурика (Pb2Pb)О4 с избытком азот-

ной кислоты образовалось 2,39 г твердого оксида свинца(IV).

Рассчитайте массу нитрата свинца(II) в растворе после окончания реакции.

7

1.5. Рассчитайте массу воды, необходимой для полного пре-

вращения 3,34 г пентаоксида дииода в иодноватую кислоту. 1.6. Определите массу серной кислоты, необходимую для

осаждения сульфата бария из раствора, содержащего 2,61 г нит-

рата бария.

1.7. Определите объем (н.у.) сероводорода, который необхо-

дим для полного осаждения сульфида висмута(III) из раствора,

содержащего 3,95 г нитрата висмута(III).

1.8. Серную кислоту, содержащуюся в 10 мл раствора с кон-

центрацией 0,2 моль/л, полностью нейтрализуют с помощью

0,5 М раствора гидроксида натрия. Определите затраченный объ-

ем раствора гидроксида натрия.

1.9.Рассчитайте объем сероводорода (н.у.), который можно получить действием избытка соляной кислоты на 8,8 г сульфида железа.

1.10.Какой максимальный объем диоксида углерода может быть поглощен с помощью 100 мл 0,1 М раствора гидроксида ба-

рия?

Расчеты по уравнениям окислительно-восстановительных

реакций

1.11. Рассчитайте массу восстановителя, необходимого для реакции с 1 моль окислителя

а) Zn + H2SO4(разб.) =

б) K2Cr2O7 + H2SO4 + FeSO4 =

8

1.12. Рассчитайте массу восстановителя, необходимого для реакции с 1 моль окислителя

а) FeSO4 + HNO3(конц.) =

б) H2O2 + H2SO4 + KI =

1.13.Рассчитайте массу восстановленной формы окислителя

вприведенной ниже реакции, если образовался 1 моль окислен-

ной формы восстановителя

а) Zn + KOH(изб.) + H2O =

б) KMnO4 + H2SO4 + K2SO3 =

1.14.Рассчитайте массу восстановленной формы окислителя

вприведенной ниже реакции, если образовался 1 моль окислен-

ной формы восстановителя а) H2S(г) + Br2(р.) =

б) Al + NaOH(изб.) + H2O =

1.15. Рассчитайте массу окислителя в приведенной ниже ре-

акции, если образовался 1 моль окисленной формы восстановите-

ля

а) Zn + H2SO4(разб.) =

б) K2Cr2O7 + H2SO4 + FeSO4 =

1.16. Рассчитайте массу окислителя в приведенной ниже ре-

акции, если образовался 1 моль окисленной формы восстановите-

ля

а) FeSO4 + Cl2 =

б) H2O2 + H2SO4 + KI =

9

1.17. Рассчитайте массу восстановителя в приведенной ниже реакции, если образовался 1 моль восстановленной формы окис-

лителя

а) Zn + KOH(изб.) + H2O =

б) KMnO4 + H2SO4 + K2SO3 =

1.18. Рассчитайте массу восстановителя в приведенной ниже реакции, если образовался 1 моль восстановленной формы окис-

лителя

а) H2S(г) + Br2(р.) =

б) Al + NaOH(изб.) + H2O =

1.19. Рассчитайте массу восстановителя в приведенной ниже реакции, если образовался 1 моль восстановленной формы окис-

лителя

а) Cu + H2SO4(конц.) =

б) KMnO4 + H2SO4 + FeSO4 =

1.20. Рассчитайте массу восстановителя в приведенной ниже реакции, если образовался 1 моль восстановленной формы окис-

лителя

а) FeSO4 + HNO3(конц.) =

б) H2O2 + H2SO4 + KI =

1.21. Рассчитайте массу сульфита натрия, необходимого для реакции с перманганатом калия, содержащимся в

а) 200 мл 0,1 М раствора (среда кислотная),

б) 100 мл 0,2 М раствора (среда кислотная),

в) 500 мл 0,04 М раствора (среда кислотная).

10

1.22. Рассчитайте массу сульфита натрия, вступившего в ре-

акцию с пермангантом калия, содержащимся в а) 500 мл 0,15 М раствора (в присутствии гидроксида на-

трия),

б) 300 мл 0,25 М раствора (в присутствии гидроксида на-

трия),

в) 100 мл 0,75 М раствора (в присутствии гидроксида на-

трия).

1.23. Рассчитайте массу осадка, образовавшегося в реакции сульфита натрия, содержащегося в

а) 100 мл 0,1 М раствора,

б) 400 мл 0,025 М раствора,

в) 50 мл 0,2 М раствора

сизбытком растворенного в воде перманганата калия.

1.24.Рассчитайте объем 0,1 М раствора сульфита натрия,

необходимого для проведения реакции с дихроматом калия, со-

держащимся в а) 100 мл 0,05 М раствора (среда кислотная),

б) 250 мл 0,02 М раствора (среда кислотная),

в) 500 мл 0,01 М раствора (среда кислотная), 1.25. Рассчитайте объем 0,1 М раствора дихромата калия,

необходимого для проведения реакции с сульфатом железа(II),

содержащимся в а) 100 мл 0,06 М раствора (среда кислотная),

б) 300 мл 0,02 М раствора (среда кислотная),

в) 400 мл 0,015 М раствора (среда кислотная).

11

1.26. Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при окислении соляной кислоты дихроматом калия, масса которого равна

а) 14,7 г,

б) 29,4 г,

в) 44,1 г.

1.27. Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 10 г меди с избытком разбавленной азотной ки-

слоты.

1.28. Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 10 г красного фосфора с избытком концентриро-

ванной азотной кислоты.

1.29. Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 126 г цинка с избытком концентрированной сер-

ной кислоты.

1.30.Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 37,8 г цинка с избытком разбавленной серной кислоты.

1.31.Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 10 г меди с избытком концентрированной серной кислоты.

1.32.Рассчитайте объем газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 5 г алюминия с избытком разбавленной хлорово-

дородной кислоты.

12