§ 1.3. Простейшие расчеты по формулам и химическим уравнениям
Примеры решения задач
Задача 1.15.
При сжигании 1.5 г органического соединения, состоящего из углерода, водорода и азота, образуется 2.2759 г углекислого газа и 1.3966 г воды. Плотность паров соединения по воздуху составляет 2.00. Найти формулу соединения.
Решение: найдем количество углерода и водорода в пробе. В 1 моле CO2 содержится 1 моль атомов углерода, т.е.:
|
44 г CO2 |
- |
12 г C |
|
2.2759 г CO2 |
- |
х г C |
x = 2.2759 Ч 12 / 44 = 0.6207 г.
Аналогично найдем массу водорода:
|
18 г воды |
- |
2 г H |
|
1.3966 г |
- |
y г H |
y = 1.3966 Ч 2 / 18 = 0.1552 г.
Следовательно, азота в соединении содержится 1.5 - 0.6207 - 0.1552 = 0.74 г.
Рассчитать состав соединения CxHyNz можно по схеме
0.6207 0.1552 0.7241
x : y : z = ѕѕѕѕ : ѕѕѕѕ : ѕѕѕѕ = 0.0517 : 0.1552 : 0.0517 = 1 : 3 : 1.
12 1 14
Значит, простейшая формула соединения - CH3N, молекулярная масса которого составляет 29 г/моль. Но молекулярная масса соединения, найденная из плотности по воздуху, M = Dвозд Ч Mвозд = 29 Ч 2 = 58 г/моль. Следовательно, истинная формула соединения соответствует удвоенному количеству атомов C2H6N2.
Задача 1.16.
Какой объем кислорода потребуется для полного сжигания 1м3 ацетилена (C2H2) и 1м3 оксида углерода (II)?
Решение: C2H2 + 2.5 O2 ® 2CO2 + H2O,
2CO + O2 ® 2CO2.
В соответствии с законом Авогадро коэффициенты в уравнении реакции указывают на объемные отношения исходных и конечных веществ в газообразном виде. Следовательно, для сжигания 1м3 ацетилена потребуется 2.5м3 кислорода, а для 1м3 угарного газа - 0.5м3 кислорода.
Задача 1.17.
Какой объем воздуха потребуется для полного сжигания 10 м3 топливного газа, содержащего CO - 40 %, H2 - 50 % и N2 - 10 % по объему?
Решение: в состав газа входит:
объем CO = 10 Ч 0.4 = 4 м3 CO + 0.5 O2 ® CO2,
объем H2 = 10 Ч 0.5 = 5 м3 H2 + 0.5 O2 ® H2O.
В условиях горения газа азот не окисляется. Поэтому на 4 м3 угарного газа потребуется 2 м3 кислорода, а на 5 м3 водорода - 2.5 м3. Всего - 4.5 м3 кислорода. В воздухе содержится 21% кислорода по объему. Значит, объем требуемого воздуха составит 4.5 / 0.21 = 21.4 м3 .
Задача 1.18.
Вычислить объем ацетилена (C2H2), образующегося в реакции 1 кг технического карбида кальция чистотой 85% с избытком воды.
Решение: CaC2 + 2 H2O ® Ca(OH)2 + C2H2.
64 г/моль 22.4 л/моль
Чистого карбида кальция в 1 кг технического CaC2 содержится 0.85 кг. Отсюда находим объем выделившегося ацетилена:
|
64 г CaC2 |
- |
22.4 л C2H2 |
|
850 г CaC2 |
- |
x л C2H2 |
x = 850 Ч 22.4 / 64 = 297.5 л.
Задача 1.19.
Сколько руды, содержащей 75% Fe3O4 необходимо для получения 1 кг железа?
Решение: из 1 моля (232 г/моль) Fe3O4 можно получить 3 моля железа (3 Ч 56 = 168 г). Составим пропорцию:
|
168 г Fe |
- |
232 г Fe3O4 |
|
1000 г Fe |
- |
x г Fe3O4 |
x = 232 Ч 1000 / 168 = 1381 г.
Но для получения железа использовали не чистый Fe3O4, а 75-процентную руду. Следовательно, mруды = 1381 / 0.75 = 1841 г.
Задача 1.20.
Рассчитать состав смеси, полученной после реакции 10 л водорода (н.у.) и 10 г кислорода.
Решение: H2 + 0.5 O2 ® H2O.
Количество молей исходных веществ:
водорода - 10 л / 22.4 л = 0.4464 моля,
кислорода - 10 г / 32 г = 0.3125 моля.
По уравнению реакции на 1 моль водорода требуется 0.5 моля кислорода. Значит, кислород избыточен по отношению к водороду. Расчет следует вести по водороду.
Рассмотрим изменение состава смеси:
|
|
H2 |
O2 |
H2O |
|
Исходная смесь |
0.4464 м (10 л) |
0.3125 м (10 г) |
0 |
|
Прореагировало |
0.4464 м (10 л) |
0.2232 м (7.14 г) |
|
|
Содержится в реакционной смеси |
0 |
0.0893 м (2.86 г; 2 л) |
10 л (0.4464 м) |
Следовательно, в состав реакционной смеси входит кислород 2/12 = 16.67% и пары воды - оставшиеся 83.33%.
Задача 1.21.
Сколько меди образуется при восстановлении 10 г оксида меди Cu2O c помощью 1 л водорода (н.у.) ?
Решение: Cu2O + H2 ® 2 Cu + H2O.
144 г/моль 64 г/моль
10 г оксида меди составляет 10/144 = 6.94 Ч 10-2 моля, 1 л водорода - 1/22.4 = 0.04464 моля. Водорода для полного восстановления оксида меди недостаточно, следовательно, расчет надо вести по водороду. 0.04464 моля водорода позволяют получить 0.08928 моля или 0.08928 Ч 64 = 5.71 г меди.
Задача 1.22.
1г латуни (цинк-медного сплава) вытесняет из кислоты 70мл водорода (н.у.). Рассчитать состав сплава.
Решение: из металлов, составляющих сплав, только цинк может реагировать с кислотой с выделением водорода. Поэтому расчет следует вести по цинку.
.
Следовательно,
=0.2
г,
то есть, в состав сплава входит 0.2 г (20%) цинка и 0.8 г (80%) меди.
