1.2. Расчеты по химическим уравнениям

Каждое химическое уравнение реакции показывает, в каких количественных соотношениях реагируют исходные вещества и образуются продукты реакции.

Если в условие задачи даются массы или объемы двух исходных веществ, то начинать решение этой задачи следует с выяснения какое исходное вещество дано в избытке, а какое – в недостатке.

Достаточно часто при протекании химических реакций происходят «потери» веществ или имеет место неполное превращение исходных веществ в продукты реакции, в результате чего практически образующаяся масса (объем) того или иного продукта реакции оказывается меньше, чем теоретически рассчитанная по уравнению реакции. В этом случае говорят о практическом выходе, или просто выходе продукта реакции, который обозначается греческой буквой ή (эта):

ή=(100%) или ή=(100%),

где m_практ. – практически образующаяся масса продукта;

m_теор. – теоретически рассчитанная масса продукта;

V_практ. и V_теор. – соответствующие объемы продукта реакции.

Рассчитав по уравнению реакции массу (объем) продукта и зная его выход, можно определить, какая масса (объем) продукта реально образуется:

m_практ= m_теор. * ή или V_практ.= V_теор.* ή

Если в условии задачи выход продукта реакции не указан, предполагается, что реакция протекает количественно, т.е. согласно стехиометрическим расчетам.

Для проведения химической реакции во многих случаях берутся не чистые вещества, а вещества, содержащие те или иные примеси. Массовая доля чистого вещества (или массовая доля примесей) указывается в условии задачи или определяется по имеющимся в условии данным.

Пример 1. Смешано 7,3 г HCl с 4,0 г NH₃. Сколько граммов NH₄Cl образуется?

Решение: Уравнение реакции: NH₃+ HClNH₄Cl

Определяем, какое вещество находилось в избытке, какое – в недостатке. Для этого рассчитаем данное число молей HCl и NH₃:

ν(HCl)==0,2 моль

ν(NH₃)= =0,24 моль

Уравнение реакции показывает, что 1 моль HCl взаимодействует с 1 моль NH₃, значит 0,2 моль HCl взаимодействуют с 0,2 моль NH₃. Таким образом, 0,04 моль NH₃ останутся не прореагировавшими, а значит NH₃ дан в избытке. Расчет следует вести по веществу, данному в недостатке, т.е. по HCl:

1 Моль hCl – 1 моль nh4Cl

0,2 Моль hCl – х моль nh4Cl

х=0,2 моль NH₄Cl=ν(NH₄Cl)

Рассчитаем молярную массу NH₄Cl:

М_r(NH₄Cl)=14+4+35,5=53,5 г/моль

Рассчитаем, сколько граммов NH₄Cl образуется в результате реакции:

m(NH₄Cl)=ν(NH₄Cl)* М(NH₄Cl)=0,2*53,5=10,7 г

Пример 2. При разложении 42 г карбоната магния MgCO₃ по уравнению:

MgCO₃МgO+CO₂

образовалось 19 г оксида магния. Чему равен выход МgO?

Решение: Определяем молярные массы MgCO₃ и МgO:

М_r(MgCO₃)=24+12+3*16=84 г/моль

М_r(МgO)=24+16=40 г/моль

Теоретически ожидаемую массу МgO вычисляем на основе химического уравнения из пропорции:

из 84 г MgCO₃ образуется 40 г МgO

из 42 г MgCO₃ образуется х г МgO

х==20 г

Принимая 20 г МgO за 1 (или 100 %), определяем выход МgO:

ή===0,95 (95 %)

Задачи

16. Раствор, содержащий 34 г AgNO₃, смешивают с раствором, содержащим такую же массу NaCl. Весь ли нитрат серебра вступит в реакцию? Сколько граммов AgCl получилось в результате реакции?

17. Какой объем ацетилена (н.у.) можно получить взаимодействием воды с 0,80 кг CaC₂?

18. К раствору, содержащему 6,8 г AlCl₃, прилили раствор, содержащий 5,0 г KOH. Найти массу образовавшегося осадка.

19. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили 3,36 л диоксида углерода, взятого при н.у. Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.

20. При обработке раствором гидроксида натрия 3,90 г смеси алюминия с его оксидом выделилось 840 мл газа, измеренного при н.у. Определить процентный состав (по массе) исходной смеси.

21. Вычислите объем аммиака NH₃ при н.у., который получается при нагревании смеси NH₄Cl массой 160,5 г и избыточного количества Са(ОН)₂. Реакция идет по уравнению:

2NH₄Cl+Са(ОН)₂СаCl₂+2NH₃+2Н₂О.

22. В ходе реакции Fe₂O₃+3C2Fe+3CO из 32 г Fe₂O₃ образовалось 20,81 г железа. Вычислите выход железа (в %).

23. Хлорид алюминия можно получить, пропуская газообразный хлороводород над алюминиевой стружкой:

2Al+6HCl2AlCl₃+3H₂.

Вычислите массу исходных и полученных веществ, зная, что в результате реакции выделилось 3,36 л водорода. Сколько объемов HCl требуется для получения 5 объемов водорода?

24. Сколько ацетона (СН₃)₂СО было сожжено, если при этом образовалось 120 мл СО₂ при 20⁰С и давлении 720 мм.рт.ст.?

25. Подожжена смесь, состоящая из10 г Н₂ и 10 л О₂. Сколько образовалось воды? Какой газ и в каком количестве остался в избытке?

26. К раствору, содержащему хлорид алюминия массой 32 г, прилили раствор, содержащий сульфид калия массой 33 г. Какой осадок образуется? Определите массу осадка.

27. В своем романе «Из пушки на Луну» Жюль Верн указывает, что суточная потребность в кислороде при этом путешествии составляла 2400 л, которые можно было получить из 7 кг бертолетовой соли (KClO₃). Полагая, что величина 2400 л отнесена к н.у., проверьте, хватит ли указанного количества бертолетовой соли для получения необходимого количества кислорода.

28. Какой объем углекислого газа (н.у.) может быть получен при разложении 10 г мела, содержащего 97 % карбоната кальция CaCO₃?

29. При взаимодействии 5 г технического алюминия (процент примесей равен 2 %) с раствором соляной кислоты, содержащим 22 г HCl, выделилось 5,4 л водорода при н.у. Каков выход водорода в этой реакции?

30. Вычислите массу образующейся в чистом виде серы, если через раствор, содержащий 1,58 г перманганата калия, пропустить 2,24 л сероводорода в присутствии серной кислоты (н.у.).