Расчёты по молекулярным уравнениям
Теоретический материал смотри на странице "Уравнения химических реакций" и "Баланс химических реакций".
Общий алгоритм расчетов по уравнениям химических реакций:
- Составить уравнение химической реакции.
- Записать имеющиеся данные над уравнением реакции.
- Под уравнением реакции записать: кол-во молей; молярную массу; массу вещества.
- Составить и решить пропорцию.
Пример 1. Сколько воды образуется при сгорании 10 г глюкозы в результате следующей реакции: C6H12O6+O2 → CO2+H2O.
Решение:
- Составляем уравнение химической реакции:
C6H12O6+6O2 = 6CO2+6H2O
- Нас интересует глюкоза и вода:
C6H12O6 - 1 моль M(C6H12O6)=12·6+1·12+16·6=180 г/моль; m=180 г 6H2O - 6 моль M(H2O)=1·2+2·16=18 г/моль; m=6·18=108 г
- Составляем пропорцию:
180 г - 108 г 10 г - x г x = 6 г H2O
Пример 2. При нормальных условиях, в результате взаимодействия магния с серной кислотой образуется 2,24 л водорода - какое кол-во магния вступает при этом в реакцию?
Решение:
Mg+H2SO4 = MgSO4+H2↑ Mg - 1 моль; М(Mg)=24 г/моль; m=24 г H2 - 1 моль; M(H2)=22,4 л/моль; V=22,4 л 22,4 л - 24 г 2,24 л - x г x = 2,4 г Mg
Пример 3. 4,6 г натрия реагируют с водой, сколько гидроксида натрия при этом образуется?
Решение:
2Na+H2O = 2NaOH+H2↑ 2Na - 2 моль; М(Na)=23 г/моль; m=46 г 2NaOH - 2 моль; M(NaOH)=40 г/моль; m=80 г 46 г - 80 г 4,6 г - x г x = 8 г NaOH
Пример 4. Какое кол-во двухвалентного оксида меди потребуется для получения 2 кг меди?
Решение:
CuO+H2=Cu+H2O CuO - 1 моль; M(CuO)=64+16=80 г/моль; m=80 г Cu - 1 моль; М(Сг)=64 г/моль; m=64 г 80 г - 64 г x г - 2000 г x = 2,5 кг CuO
Пример 5. Какое кол-во водорода выделится при растворении 54 г алюминия в избытке соляной кислоты при н.у.?
Решение:
2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2↑ 2Al - 2 моль; m=2·27=54 г 3H2 - 3 моль; V=3·22,4=67,2 л 54 г - x л 54 г - 67,2 л x = 67,2 л H2↑
Пример 6. Какое кол-во оксида серы (IV) надо взять для реагирования с кислородом, чтобы получить 9 г этого же вещества? Расчет произвести для н.у., при массовом выходе продукта 60%.
Решение:
2SO2+O2=2SO3 2SO2 - 2 моль; V=2·22,4=44,8 л 2SO3 - 2 моль; m=2·(32+16·3)=160 г Выход: 160·0,6=96 г x л - 9 г 44,8 л - 96 г x = 4,2 л SO2
Пример 7. 3 г магниевых и медных опилок обработали избытком соляной кислоты при н.у. Найти массовые доли компонентов, если в результате реакции выделилось 2,24 л водорода.
Решение:
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ Mg - 1 моль; m(Mg)=24 г H2↑ - 1 моль; V=22,4 л x г - 2,24 л 24 г - 22,4 л x=2,4 г Mg m(Cu)=3-2,4=0,6 г w(Cu)=0,6/3=20% w(Mg)=2,4/3=80%
Если по условию задачи даются массы (объёмы) нескольких исходных веществ, решение следует начинать с выяснения какое вещество находится в избытке, а какое - в недостатке, после чего расчет ведется по веществу, присутствующему в недостатке.
Пример 8. Какое количество NH4Cl получится при взаимодействии 7,3 г HCl с 4 г NH3?
Решение задачи:
- определяем кол-во молей компонентов, вступающих в реакцию:
ν(HCl)=m(HCl)/M(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль ν(NH3)=m(NH3)/M(NH3) = 4/17 = 0,24 моль
- согласно уравнению реакции, компоненты взаимодействуют в равных количествах - это значит, что 0,2 моль HCl вступит в реакцию с 0,2 мольNH3, после чего 0,04 NH3 останутся не прореагировавшими. В таких случаях говорят, что NH3 присутствует в избытке, соответственно HCl - в недостатке;
- расчет всегда ведется по веществу, присутствующему в недостатке, т.е., полностью вступающему в реакцию, в нашем случае - это соляная кислота:
1 моль HCl дает 1 моль NH4Cl 0,2 моль HCl дает x моль NH4Cl x=0,2 моль NH4Cl = ν(NH4Cl) Mr(NH4Cl)=14+4+35,5=53,5 M(NH4Cl)=53,5 г/моль m(NH4Cl)=ν·M=0,2·53,5=10,7 г
Пример 9. Сколько выпадет осадка, если к раствору, в котором содержится 4,1 г нитрата кальция, прилить раствор, содержащий 3,18 г карбоната натрия?
Решение задачи:
- Уравнение реакции:
Ca(NO3)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaNO3
- Определяем сколько нитрата кальция содержится в растворе:
ν=m/M=4,1/164=0,025 моль
- Т.к., согласно уравнению реакции, компоненты взаимодействуют в равных количествах, то Na2CO3 тоже будет 0,025 моль - вычисляем сколько карбоната натрия присутствует в растворе:
ν=m/M=3,18/106=0,03 моль
- Количество карбоната натрия присутствует в избытке, следовательно, массу осадка CaCO3 рассчитывать будем по нитрату кальция, присутствующего в недостатке:
νCaCO3=ν(Ca(NO3)2)=0,025 моль
- Масса карбоната кальция, выпавшего в осадок:
m(CaCO3)=ν(CaCO3)·M(CaCO3) m(CaCO3)=0,025·100=2,5 г
Некоторые реакции протекают с неполным превращением исходных веществ в продукты реакции, в результате чего масса (объем) на выходе того или иного продукта реакции получается меньше, чем должна была быть по теории. В таких случаях употребляют термин выход продукта реакции (η)
η = m(практ)/m(теор) = V(практ)/V(теор).
Массу реально получающегося продукта реакции можно вычислить, если знать массу (объем) продукта, рассчитанную теоретически по уравнению реакции, и его выход.
m(практ)=η·m(теор); V(практ)=η·V(теор)
Пример 10. Расчитать выход водорода в реакции взаимодействия 5 г технического алюминия (2% примесей) с раствором соляной кислоты, содержащим 22 г HCl, если в результате этой реакции выделилось 5,4 л водорода при н.у.
Решение задачи:
- Схема реакции: Al+HCl → AlCl3+H2↑
- определяем массу чистого алюминия:
m(Al) = 5·0,98=4,9 г
- составляем молекулярное уравнение реакции:
2Al + 6HCl = 2AlCl3+3H2↑ 2моль 6моль = 3 моль
- расчитаем число молей алюминия и соляной кислоты в левой части уравнения:
M(Al)=27 г/моль M(HCl)=36,5 г/моль ν=m/M ν(Al)=4,9/27=0,18 моль ν(HCl)=22/36,5=0,6 моль
- определяем какое вещество присутствует в избытке, а какое - в недостатке:
2 моль Al взаимодействует с 2 моль HCl 0,18 моль Al - с x моль HCl x=0,18·6/2=0,54 моль HCl 0,54<0,6 HCl - в избытке; Al - в недостатке
- расчитываем теоретически ожидаемый объем водорода по уравнению (см. выше) (расчет ведем по алюминию):
2 моль Al дает 3 моль H2 0,18 моль Al дает x моль H2 x=ν(H2)=0,18·3/2=0,27 моль V(H2)=Vмоля·ν(Hz)=22,4·0,27=6 л
- определяем выход водорода в реакции:
η(H2)=5,4/6,0=0,9=90%