§20. Расчеты по химическим уравнениям

Вопрос в начале параграфа

✓ Уравнение химической реакции характеризует её с двух сторон: с качественной (показывает, какие вещества реагируют и какие получаются) и с количественной (информирует о количественных − мольных − соотношениях участников реакции). Следовательно, можно предположить, что уравнения реакций позволяют рассчитать массу, объём и количество реагентов и продуктов. Как это сделать?

Ответ:

Для расчётов по уравнениям химических реакций можно использовать, например, такой алгоритм:
1) Провести анализ текста задачи и наглядно оформить её условия, указав, что дано и что требуется определить.
2) Записать уравнение химической реакции и определить количественные соотношения её участников, ориентируясь на коэффициенты в уравнении.
3) Рассчитать количества вещества участников реакции, приведённые в условии задачи (перевести массу или объём в моли).
4) Над формулами исходных и искомых веществ записать известные и неизвестные количества вещества (x моль).
5) Рассчитать искомое количество вещества для заданного условием участника реакции и перевести его в массу или объём, согласно требованиям условия задачи.
6) Записать ответ, используя соответствующую символику и размерности.

Проверьте свои знания

1. Перечислите действия, которые необходимо совершить, чтобы рассчитать массу, объём газа или количество вещества продукта реакции по массе реагента.

Ответ:

Для того чтобы рассчитать массу, объём газа или количество вещества продукта реакции по массе реагента необходимо:
1) Найти количество этого реагента по формуле: n = m : M, где m − это масса вещества , M − это молярная масса.
2) Найти количество нужного вещества по уравнению.
3) Используя химические формулы найти нужную величину.

2. Перечислите действия, которые необходимо совершить для расчёта массы, объёма газа или количества вещества реагента по объёму газообразного продукта реакции.

Ответ:

Для расчёта массы, объёма газа или количества вещества реагента по объёму газообразного продукта реакции необходимо:
1) Найти количество этого вещества по формуле: n = $\frac{V}{Vm}$, где V − это объем газа , Vm − это молярный объем.
2) Найти количество реагента по уравнению.
3) Найти нужную величину, используя химические формулы.

Примените свои знания

3. Какой объём водорода (н. у.) потребуется для реакции замещения с 480 кг оксида железа(III) $Fe_{2}$ $O_{3}$? Какое количество вещества воды образуется при этом? Учтите, что в условии масса вещества дана в килограммах, следовательно, расчёт количества вещества ведите в киломолях, а объём − в кубических метрах.

Ответ:

Дано:
m ($Fe_{2}$ $O_{3}$) = 480 кг
Найти:
V ($H_{2}$) − ?
n ($H_{2}$ O) − ?
Решение:
Запишем уравнение реакции:
$Fe_{2}$ $O_{3}$ + 3$H_{2}$ = 2Fe + 3$H_{2}$O
Найдем количество оксида:
n = m : M = 480000 г : 160 г/моль = 3000 моль = 3 кмоль
Значит n($H_{2}$) = 3 * n($Fe_{2}$ $O_{3}$) = 3 * 3 кмоль = 9 кмоль
n($H_{2}$ O) = n($H_{2}$) = 9 кмоль
V($H_{2}$) = n * Vm = 9000 моль * 22,4 л/моль = 201,6 $м^{3}$
Ответ: V ($H_{2}$) = 201, 6 $м^{3}$; n ($H_{2}$ O) = 9 кмоль.

4. Не производя письменных вычислений, укажите, какой объём углекислого газа и какое количество вещества негашёной извести CaO образуется при обжиге 2 моль карбоната кальция. Уравнение реакции: $CaCO_{3}$ = CaO + $CO_{2}$↑

Ответ:

Найдем нужные величины, используя химические формулы:
V($CO_{2}$) = n * Vm
n($CO_{2}$) = n($CaCO_{3}$) = 2 моль (по уравнению)
V($CO_{2}$) = 2 моль * 22,4 л/моль = 44,8 л
n(CaO) = n($CaCO_{3}$) = 2 моль (по уравнению)

Используйте дополнительную информацию

5. При изучении §10 вы выполняли лабораторный опыт по взаимодействию едкого натра и серной кислоты. Придумайте и решите задачу, в условии которой дано количество вещества едкого натра, а требуется найти массу серной кислоты, вступившей в реакцию.

Ответ:

2NaOH + $H_{2}$ $SO_{4}$ = $Na_{2}$ $SO_{4}$ + 2$H_{2}$ O
Дано:
n(NaOH) = 2 моль
Найти:
m($H_{2}$ $SO_{4}$) − ?
Решение:
n($H_{2}$ $SO_{4}$) = 0,5 * n(NaOH) = 0,5 × 2 моль = 1 моль
Mr ($H_{2}$ $SO_{4}$) = 2 * 1 + 32 + 4 * 16 = 98
M($H_{2}$ $SO_{4}$) = Mr ($H_{2}$ $SO_{4}$) = 98 г/моль
m($H_{2}$ $SO_{4}$) = n * M = 1 моль * 98 г/моль = 98 г
Ответ: масса серной кислоты, вступившей в реакцию − 98 г.

6. При изучении §10 вы выполняли лабораторный опыт по взаимодействию едкого натра и сульфата железа(III). Придумайте и решите задачу, в условии которой дано 20 г едкого натра, а требуется найти массу сульфата железа(III).

Ответ:

6NaOH + $Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$ = 3$Na_{2}$ $SO_{4}$ + 2$Fe(OH)_ {3}$
Дано:
m(NaOH) = 20 г
Найти:
m($Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$) − ?
Решение:
Mr (NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40
n(NaOH) = m : М = 20 г : 40 г/моль = 0,5 моль
n($Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$) = 0,5 моль : 6 = 0,083 моль
Mr ($Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$) = 2 * 56 + 3 * 32 + 3 * 4 * 16 = 400
M ($Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$) = Mr ($Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$) = 400 г/моль
m($Fe_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$) = n * M = 0,083 моль × 400 г/моль = 33 г
Ответ: масса сульфата железа(III) − 33 г.

7. Придумайте и решите задачу на нахождение объёма кислорода (н. у.), выделившегося при каталитическом разложении пероксида водорода H₂O₂.

Ответ:

2$H_{2}$ $O_{2}$ = 2$H_{2}$ O + $O_{2}$
Дано:
m($O_{2}$) = 10 г
Найти:
V($O_{2}$) − ?
Решение:
n($O_{2}$) = m : M = 10 г : 32 г/моль = 0,3125 моль
V($O_{2}$) = n * Vm = 0,3125 моль * 22,4 л/моль = 7 л
Ответ: V($O_{2}$) = 7 л.