- •Введение
- •1. Основа стехиометрических расчетов
- •2. Расчеты по химическим формулам веществ
- •Методика расчетов по химической формуле вещества
- •3. Расчеты по схемам химических реакций
- •4. Расчеты по уравнениям химических реакций
- •5. Газовые законы
- •6. Химический эквивалент и закон эквивалентов
- •7. Растворы
- •8. Химическая кинетика и равновесие.
- •9. Термохимические расчеты
- •10. Электролиз и окислительно-восстановительные реакции
- •Активность металла возрастает
3. Расчеты по схемам химических реакций
Схема химической реакции отражает ее качественную сторону и в ней указывают лишь химические формулы исходных веществ и продуктов реакции. Тем не менее схемы необратимых (идущих до конца) реакций, например, реакций разложения и сжигания, можно использовать для стехиометрических расчетов, учтя, что атомы, в отличие от молекул, являются химически неделимыми частицами и в ходе химической реакции количество и масса атомов каждого элемента сохраняется. Следствием этого положения является закон сохранения массы веществ в необратимой химической реакции: масса веществ, взятых для реакции, равна массе продуктов реакции плюс масса остатка вещества, взятого в избытке.
Таким образом, все вычисления по схеме реакции основаны на составлении уравнений материального баланса по количеству вещества или массе каждого элемента с последующим использованием соотношений, связывающих количество данных атомов с количеством вещества реагентов и продуктов реакции, в составе которых они находятся (см. расчеты по химическим формулам веществ).
Методику расчетов по схемам реакций обычно используют при решении задач на установление индексов в химической формуле исходного вещества по данным о продуктах его сжигания или разложения (см. пример 1). Кроме того, используя закон сохранения количества атомов данного элемента, можно значительно упростить решение задач, где речь идет о расчетах по цепочкам химических реакций, когда продукт одной реакции является исходным веществом для другой (см. пример 2).
Пример 1.Схема сжигания некоторого органического веществаCxHyOzNkCln(обозначим его для краткостиL) в избытке кислорода имеет вид:
CxHyOzNkCln+O2(избыток)CO2+H2O+N2+HCl+O2(остаток)
Индексы в простейшей химической формуле сожженного вещества могут быть определены на основе следующих уравнений материального баланса:
– закон сохранения массы:
m(L)+m(O2/исх) =m(CO2) +m(H2O)+m(N2)+m(HCl)+m(O2/ост)
– уравнения баланса по количеству атомов:
а) по атомам С: (C/L)=(C/CO2)=(CO2)
б) по атомам Н: (H/L)=(H/H2O)+(H/HCl)=2(H2O)+(HCl)
в) по атомам N:(N/L)=(N/N2)=2(N2)
г) по атомам Cl:(Cl/L)=(Cl/HCl)=(HCl)
д) по атомам О:
(O/L)+(O/O2исх)=(O/CO2)+(O/H2O)+(O/O2ост)
или (O/L)=2(CO2)+(H2O)+2(O2ост)-2(O2исх),
но если известна масса исходного вещества L, то расчет упрощается:
Необходимые для расчета количества вещества продуктов реакцииCO2,H2O,N2иHClопределяют обычным образом из условия задачи и далее находят индексы в простейшей формуле исходного вещества:
x : y : z : k : n = (C) : (H) : (O) : (N) : (Cl)
Пример 2.Какое предельное количество серной кислоты можно получить из заданной массыm0пирита, содержащегоа % примесей. Считать выход продуктов реакции на каждой стадии процесса за 100%.
Цепочка превращений имеет вид:
FeS2 + O2 Fe2O3 + SO2
SO2 + O2 SO3
SO3+H2OH2SO4
и, если на всех стадиях процесса нет технологических потерь, то все атомы серы из FeS2перешли вH2SO4:
(S/FeS2) = (S/H2SO4) или 2(FeS2) = (H2SO4)
или ,
где m0– масса исходной руды, г.