Сайт учителя биологии и географии Лотоцкой Е. Г.

Расчет массы (объема, количества вещества) продукта реакции, если одно из веществ дано в виде раствора с определенной массовой долей растворенного вещества
 

Задача 1. Какой объем водорода (н.у.) выделится при взаимодействии 730 г 30%-ной соляной кислоты с необходимым по реакции количеством вещества цинка? Какое это количество вещества?
Дано:
m(р−раHCl)=730 г
w(HCl)=30%=0.3
V(H2)−?
ν(Zn)−?
Решение:
1. Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂.
2. m(HCl)=m(p−p)•w=730г•0.3=219г.
x,моль 219г    y,n
Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂, где x - количество вещества цинка n(Zn), y - объем водорода V(H₂).
3. Mr(HCl)=1+35.5=36.5;M(HCl)=36.5 г/моль.
m(HCl)=36.5 г/моль•2 моль=73г.
х,моль 219г             y,л
Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂
1моль 73г              22.4л
4. а)219/73=y/22.4;y=219•22.4/73=67.2л;
б)x/1=219/73; x=3.
Ответ: V(H₂)=67.2 л, ν(Zn)=3 моль.

Расчет массовой или объемной доли выхода продукта реакции от теоретически возможного

Многие химические реакции являются обратимыми, они происходят не до конца, т.е. не происходит полного превращения исходных веществ в конечный продукт. Даже если реакция необратимая, то все равно при ее осуществлении происходит потеря веществ. В результате практически полученное количество продукта реакции составляет только часть от теоретически возможной массы.
Выход продукта реакции от теоретически возможного (η) — это отношение массы (объема, количества) реально полученного вещества к его теоретически возможной массе (объему, количеству), которое рассчитывается по уравнению химической реакции:
η=m(практ.)/m(теор.)•100%

Задача 1. Вычислить массовую долю выхода (в процентах) чистого вольфрама от теоретически возможного, если из 10.1 кг оксида вольфрама (VI) получено после восстановления водородом 7.5кг вольфрама.
Дано:
m(WO₃)=10.1 кг
mпр.(W)=7.5 кг
η%−?
Решение:
1) Находим из уравнения реакции теоретическую массу вольфрама:
10.1кг 232кг 184кг
WO₃+3H₂=W+3H₂O
1моль  х,кг, 1моль,

M(WO₃)=232кг/моль; M(W)=184 кг/моль
10.1/232=x/184; x=10.1•184/232=8;m(W)=8кг;mтеор.(W)=8кг
2) Вычисляем массовую долю выхода вольфрама от теоретически возможного.
Практический выход вольфрама дан в условии задачи: mпракт.(W)=7.5 кг.
η=7.5•100%/8=94%
Ответ: массовая доля выхода вольфрама от теоретически возможного равна 94%.

Задача 2. Вычислите массу вступившего в реакцию бензола, если образовалось 9.8 г нитробензола, а массовая доля выхода продукта равна 80% от теоретически возможного.
Дано:
m(C₆H₅NO₂)=9.8 г
η=80%(0.8)
m(C6H6)−?
Решение:
1) Находим по формуле η=mпрак./mтеор.
теоретическую массу нитробензола:mтеор.(C₆H₅NO₂)=9.8/0.8=12.2г
2) Определяем массу бензола по уравнению реакции:
   x,г        78г         12.2г
C₆H₆+HNO₃=C₆H₅NO₂+H₂O
1моль,   1моль,       123г

М(С₆Н₆)=78 г/моль; М(C₆H₅NO₂)=123 г/моль
x/78=12.2/123; x=78•12.2/123=7.7г; m(C₆H₆)=7.7г
Ответ: масса бензола равна 7.7 г.

Задача 3. Вычислить объем оксида серы (IV), который необходимо взять для реакции с кислородом, чтобы получить 20г оксида серы (VI), если выход продукта реакции равен 80% от теоретически возможного.
Дано:
m(SO₃)=20 г
η=80%(0.8)
Решение:
1 способ
1. Находим по формуле η=mпрак/mтеор.
теоретическую массу оксида серы (IV):
mтеор.=mпракт.•η; mтеор.=20•100/80=25
M(SO₃)=80г/моль
M(SO₂)=64г/моль
2. Определяем количество вещества оксида серы (VI):
ν(SO₃)=m(SO₃)/M(SO₃); ν(SO₃)=25/80=0.31моль.
3. Из уравнения реакции 2SO2+O2=2SO3 следует, что
ν(SO₂)/ν(SO₃)=2/2
Откуда получим ν(SO₂)=ν(SO₃);
ν(SO₂)=0.31 моль.
4. Вычислим объем оксида серы (IV): ν(SO₂)=Vм•V(SO₂);V(SO₂)=22.4•0.31=7 л.
2 способ
1. Записываем уравнение реакции:
 x,л       44.8л   20г
2SO₂+O2=2SO₃
                 128г
2. Находим объем SO₂: x/44.8=20/128; x=44.8•20/128=7;V(SO₂)=7л.
Ответ: объем оксида серы (IV) равен 7 л.

Расчет массовой доли (массы) химического соединения в смеси

Самыми распространенными среди расчетных задач в химии являются задачи на смеси веществ. Каждая смесь состоит из двух или более компонентов, состав смесей может изменяться в широких пределах. Решение задач на смеси обычно сводится или к определению состава смеси по данным приведенным в условии задачи, или к расчету количества реагентов или продуктов реакции по участию в смеси известного состава.
Состав смеси может выражаться разными способами:
1. можно указать массы каждого компонента;
2. можно определить количество (число моль) компонентов;
3. можно указать массовые доли компонентов. Массовая доля компонента Х в смеси равна:
ω(X)=m(X)/m(смеси)•100%;
4) в случае смеси газов можно указать объемы газов, составляющих смесь, или объемные доли этих газов. Объемная доля газа Х в смеси равна:
φ(X)=V(X)/V(смеси)•100%

Определение состава смеси, если все ее компоненты взаимодействуют с данным реагентом

Задача 1. Смесь магния и железа массой 8 г обработали избытком соляной кислоты. В результате реакции выделилось 4.5 л водорода (н.у.). Какая масса каждого металла находилась в смеси?
Дано:
m(смеси)=8 г
V(H2)=4.5 л
m(Mg),m(Fe)−?
Решение:
1 способ
1. Записываем уравнение реакции:
Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑                         (1)
Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑                           (2)
M(Mg)=24 г/моль
M(Fe)=56 г/моль
2. Обозначим массу одного компонента, например, магния — х,m(Mg)=х г, тогда m(Fe)=(8−x)г. Определим количество вещества в смеси:
ν(Mg)=m(Mg)/M(Mg)=x/24моль
ν(Fe)=m(Fe)/M(Fe)=8−x/56моль           (3)
3. Из уравнений (1) и (2) определим, что количество водорода, выделившегося в реакциях, равно количеству металлов, вступивших в реакцию:
ν1(H₂)=(Mg);ν2(H₂)=(Fe)                       (4)
Определим общее количество водорода:
ν(H₂)=ν1(H₂)+ν2(H₂)=V(H₂)/Vm=4.5л/22.4л/моль=0.2моль
4. Учитывая равенства (3) и (4), составим уравнение:
56x+24(8−x)=0.2•24•56;x=2.4г
5. Определим состав смеси:
m(Mg)=2.4 г; m(Fe)=8−2.4=5.6 г.
2 способ
1. Поскольку количество водорода, выделившегося в реакциях (1) и (2), равно 0.2 моль и равно общему количеству Mg и Fe, можно обозначить через х количество одного из металлов, например магния:
ν(Mg)=x моль, тогда ν(Fe)=(0.2−x) моль.
2. Определим массы металлов:
m(Mg)=ν(Mg)•M(Mg)=24x г
m(Fe)=ν(Fe)•M(Fe)=56(0.2−x) г
m(смеси)=m(Mg)+m(Fe)=8 г
24х+56(0.2−х)=8,
откуда х=0.1
m(Mg)=24•0.1=2.4 г
m(Fe)=56•(0.2−0.1)=5.6 г.
Ответ: состав смеси m(Mg)=2.4 г; m(Fe)=5.6 г.

Задача 2. При полном термическом разложении 6.6 г смеси перманганата калия и нитрата натрия выделилось 0.7 л кислорода (н. у.). В каком молярном соотношении были взяты исходные компоненты?
Дано:
Смесь (KMnO₄ и NaNO₃)=6.6 г
V(O₂)=0.7 л
ν(KMnO₄)/ν(NaNO₃)−?
Решение:
Роль «реагента» в этой задаче выполняет нагревание. Для решения задачи необходимо вспомнить, какие продукты образуются при нагревании KMnO4 и NaNO3.
1. Запишем реакцию разложения:
             t°
2KMnO₄=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑                      (1)
             t°
2NaNO₃​​=2NaNO₂+O₂↑                                 (2)
M(KMnO₄)=158 г/моль
M(NaNO₃)=58 г/моль.
2. Определим общее количество кислорода:
ν(O₂)=V(O₂)/Vm=0.7/22.4=0.03 моль (O₂).
3. Из уравнений (1) и (2) суммарное количество KMnO₄ и NaNO₃ в два раза больше, чем количество кислорода:
ν(KMnO₄)+ν(NaNO₃)=2•ν(O2)=2•0.03 моль=0.06 моль.
4. Определим массы веществ:
ν(KMnO₄)=x моль, значит, ν(NaNO₃)=(0.06−x) моль
m(KMnO₄)=ν(KMnO₄)•M(KMnO₄)=158x г
m(NaNO3)=ν(NaNO₃)•M(NaNO₃)=85(0.06−x) г.
5. Определим массу смеси.
Сумма масс KMnO₄ и NaNO₃ равна массе смеси:
158х+85(0.06−х)=6.6;73х=1.5;х=0.02 моль.
6. Определим молярное соотношение исходных компонентов смеси:
(KMnO₄)=0.02 моль; (NaNO₃)=0.06−0.02=0.04 моль;
ν(KMnO₄)/ν(NaNO₃)=0.02/0.04=1:2.
Ответ: исходные компоненты смеси находятся в соотношении
ν(KMnO₄)/ν(NaNO₃)=1:2.

Определение состава смеси, если ее компоненты выборочно взаимодействуют с указанными реагентами

Задача 1. 10 г смеси порошков меди и алюминия обработали избытком раствора щелочи, выделилось 3.4 л газа (н. у.). Определите состав смеси в массовых долях.
Дано:
m(смеси Сu и Al)=10 г
V(газа)=3.36 л
ω(Cu);ω(Al)−?
Решение:
1. Запишем уравнение реакции.
Со щелочью взаимодействует только алюминий:
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
Молярное соотношение алюминия и водорода равно 2 : 3.
2.Определим количество водорода:
ν(H₂)=V(H₂)/Vm=3.4/22.4=0.15 моль
M(Al)=27 г/моль
M(H₂)=2 г/моль.
Значит, ν(Al)=23; ν(H₂)=23•0.15=0.1 моль.
3. Определим массу алюминия: m(Al)=ν(Al)•M(Al)=0.1 моль•27 г/моль=2.7 г.
4. Определим массовую долю алюминия в смеси:
ω(Al)=m(Al)/m(смеси)=2.7/10=0.27, или 27%.
5. Определим массовую долю меди в смеси:
100%−27%=73%.
Ответ: массовые доли металлов в смеси ω(Al)=27%,ω(Cu)=73%.

Задача 2. 14 г смеси ароматического углеводорода — гомолога бензола и фенола обработали бромной водой. При этом выпало 33.1 г осадка. Определите структуру углеводорода, если его количество в исходной смеси равно 0.05 моль. Вычислите массовые доли компонентов в смеси.
Дано:
m[смеси (аром. угл. + фенол)]
m(осадка)=33.1 г
ν(угл.)=0.05 моль
ω(комп.исходных)-?
Решение:
1. С бромной водой в смеси реагирует только фенол:
C₂H₅OH+3Br₂→C₆H₂Br₃OH↓+3HBr.
2. Определим количество осадка (C₆H₂Br₃OH):
ν(oc.)=m(oc.)/M(oc.)=33.1г/331г/моль=0.1моль
M(C₆H₂Br₃OH)=331 г/моль; M(C₆H₅OH)=94 г/моль.
3. Из уравнения реакции:
ν(C₆H₅OH)=ν(C₆H₂Br₃OH)=0.1 моль
находим массу фенола:
m(C₆H₅OH)=ν(C₆H₅OH)•M(C₆H₅OH)=0.1 моль•94 г/моль=9.4 г.
4. Определим массу ароматического углеводорода, состав которого выражается формулой С_nН_2n−6:
m(С_nН_2n−6)=m(смеси)−m(C₆H₅OH)=14г−9.4г=4.6 г.
5. Вычислим молярную массу углеводорода:
M(C_nH_2n−6)=m(C_nH_2n−6)/V(C_nH_2n−6)=4.6г/0.05моль=92 г/моль                                     (3)
6. Теперь нужно определить значение n в формуле С_nН_2n−6. Очевидно, что молярная масса равна:
M(С_nН_2n−6)=n•M(C)+(2n−6)•M(H)=n•12+(2n−6)•1=14n−6 (г/моль).                                (4)
Приравняем правые части равенств (3) и (4):
14n−6=92, откуда n=7.
7. Определим формулу углеводорода и массовые доли компонентов в смеси.
Формула углеводорода С₇Н₆.
ω(C₆H₅OH)=m(C₆H₅OH)/m(смеси)=9.4г/14г≈0.67(67%)
ω(C₇H₈)=m(C₇H₈)/m(смеси)=4.6г/14г≈0.33(33%)
Ответ: массовая доля фенола в смеси 67%, ароматического углеводорода — 33%.
 

Задача. При обработке смеси гидроксида калия и гидрокарбоната калия избытком соляной кислоты образовалось 59.6 г хлорида калия и выделилось 4.5 л газа (н. у.). Определите массовую долю гидрокарбоната калия в исходной смеси.
Дано:
m(KCl)=59.6 г
V(газа)=4.48 л
ω(KHCO₃)−?
Решение:
1. KOH и KHCO₃ взаимодействуют с соляной кислотой и образуют KCl.
KOH+HCl=KCl+H₂O                                                                (1)
KHCO₃+HCl=KCl+H₂O+CO₂↑                                                   (2)
M(KCl)=74.5 г/моль
M(KHCO₃)=100 г/моль
M(KOH)=56 г/моль
2. Определяем общее количество KCl в реакциях (1) и (2) и количество СО₂, выделившегося в реакции (2):
ν(KCl)=m(KCl)/M(KCl)=59.6г/74.5г/моль=0.8 моль.
ν(CO₂)=V(CO₂)/Vm=4.5г/22.4г/моль=0.2 моль.
3. Вычислим массу KHCO₃.
Из уравнения (2) количество и масса KHCO₃ в смеси равны:
ν(KHCO₃)=ν(CO₂)=0.2 моль
m(KHCO₃)=ν(KHCO₃)•M(KHCO₃)=0.2 моль•100 г/моль=20 г.
4. Определим количество KCl, образовавшегося в реакциях (2) и (1):
ν(KCl)=ν(CO₂)=0.2 моль
ν1(KCl)=ν(KCl)−ν2(KCl)=0.8−0.2=0.6 моль.
5. Определим количество KOH из уравнения (1) и массу KOH:
ν(KOH)=ν1(KCl)=0.6 моль
m(KOH)=ν(KOH)•M(KOH)=0.6 моль•56 г/моль=33.6 г.
6. Вычислим массу смеси: m(смеси)=m(KOH)+m(KHCO₃)=33.6г+20г=53.6 г.
7. Определим массовую долю KHCO₃ в смеси:
ω(KHCO₂)=m(KHCO₃)/m(смеси)=20г/53.6г=0.373, или 37.3%.
Ответ: массовая доля гидрокарбоната калия в смеси равна 37.3%.
 

Задача. К смеси карбоната кальция и гидрокарбоната калия массой 20 г добавили избыток соляной кислоты. Образовавшийся газ пропустили через избыток баритовой воды. Определите массу образовавшегося при этом осадка.
Дано:
m(смеси)=20 г
m(осадка)-?
Решение:
В условии задачи указана общая масса смеси, но не указан ее состав. Обратите внимание на то, что в задаче не требуется определить состав смеси. В данном случае состав смеси не имеет m(осадка)-? значения, и по данным, приведенным в условии, не может быть определен. Дело в том, что СаСО₃ и KHCO₃ имеют одинаковую молярную массу:
M(CaCO₃)=M(CaHCO₃)=100 г/моль.
1. Определим суммарное количество моль компонентов смеси:
ν(CaCO₃)+ν(KHCO₃)=m(смеси)/100г/моль=20г/100г/моль=0.2 моль.
2. Запишем уравнение реакции:
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑                                                           (1)
KHCO₃+HCl=KCl+H₂O+CO₂↑                                                                (2).
Молярные соотношения между СаСО₃ и СО₂, а также между KHCO₃ и СО₂ одинаковы:
ν(CaCO₃)/ν2(CO₂)=ν(KHCO3)/ν2(CO2)=1:1.
3. Определим общее количество СО₂, выделившегося в первой и во второй реакциях:
ν(CO₂)=ν(CaCO₃)+ν(KHCO₃)=0.2 моль.
4. Оксид углерода (IV) при взаимодействии с баритовой водой образует нерастворимый карбонат бария: CO₂+Ba(OH)₂=BaCO₃↓+H₂O.                                        (3)
5. Определим количество вещества карбоната бария:
ν(BaCO₃)=ν(CO₂)=0.2 моль (из уравнения (3)).
6. Вычислим массу осадка: M(BaCO₃)=197 г/моль
m(BaCO₃)=m(BaCO₃)•M(BaCO₃)=0.2 моль•197 г/моль=39.4 г.
Ответ: масса образовавшегося осадка равна 39.4 г.