Вычисления по химическим уравнениям

 Вычисление объема газа по известному количеству одного из веществ Задача 1. При взаимодействии цинка с соляной кислотой количеством вещества 6 моль образуется водород. Вычислите объем водорода (н.у.). Дано: у(НС1) = 6 моль щ Н у - Т ~ Решение: 1. Запишем уравнение реакции, расставим коэффициенты. Подчеркнем формулы нужных веществ, укажем под ними количество каждого из веществ по уравнению, а над ними количество вещества, данное в условии: 6 моль V 2п + 2НС1 = 2пС12 + Н_2Т 2 моль 1 моль 2. Составим пропорцию и найдем количество вещества водорода V (Н2): 6 моль _ V (Н2) . 2 моль 1 моль ’ V (Н2) = 3 моль Можно сделать этот расчет в уме: V (Н2) в два раза меньше, чем V (НС1), 6 моль : 2 = 3 моль. 3. Вычислим объем водорода, исходя из молярного объема: V Vу т п 9 гУ т = — ■ V = V . V у Мы уже знаем, что при нормальных условиях (н.у.) молярный объем (Ут ) равен 22,4 л/моль. Поэтому ^ Н 2) = 22,4 л/моль . 3 моль = 67,2 л. Ответ: объем водорода равен 67,2 л. Вычисление объема газа по известной массе одного из веществ Задача 2. Вычислите объем водорода (н.у.), который образовался при взаимодействии цинка с соляной кислотой массой 146 г. Дано: т(НС1) = 146 г № ) - ? Решение: 1. Вычислим количество вещества соляной кислоты по формуле: т . М ’ МДНС1) = 1 + 35,5 = 36,5; М(НС1) = 36,5 г/моль /тт/"п\ 146 г * у(НС1) = ---------------= 4 моль 36,5 г/моль V 68 Газообразное состояние вещества Дальше решение ведется, как в задаче 1. 2. Запишем уравнение реакции и вычислим количество вещества водорода: 4 моль V 2п + 2НС1 = 2пС12 + ЩТ 2 моль 1 моль 4 моль 2 моль у(Н2) . 1 моль у(Н2) = 2 моль 3. Вычислим объем водорода при нормальных условиях по формуле: V = Vт • V; ^ Н 2) = 22,4 л/моль • 2 моль = 44,8 л Ответ: объем водорода равен 44,8 л. Вычисления по известному объему одного из газов Задача 3. Вычислите массу хлорида железа (III), который образуется при взаимодействии железа с хлором объемом 13,44 л (н.у.) (рис. 3.4). Дано: ^С12) = 13,44 л т(2еС13) - ? Решение: 1. Вычислим количество вещества хлора: V = 2 2 ; П (С 12) = 13,44 л 22,4 л/моль = 0,6 моль Рис. 3.4. Взаимодействие железа с газообразным хлором РеС!3 Ре 2. По уравнению реакции вычислим (как в задаче 1) количество вещества хлорида железа (III): 0,6 моль о V 22е + ЗС12 = 212222 3 моль 2 моль 0,6 моль 3 моль у(ГеС13) 2 моль ; V (ГеС13) 0,6 • 2 моль --------------- = 0,4 моль 3 3. Вычислим массу хлорида железа (III): т= М • V; МДГеС13) = 56 + 35,5 • 3 = 162,5 М(2еС13) = 162,5 г/моль; т(2еС13) = 0,4 моль • 162,5 г/моль= 65 г Ответ: масса хлорида железа (III) равна 65 г. Определение объемных отношений газов при химических реакциях Рассмотрим реакцию образования газообразного хлороводорода, вычислим количество вещества и объемы каждого газа: Газообразное состояние вещества м 69 Н2 + С12 = 2НС1 1 молекула 1 молекула 2 молекулы 1 моль 1 моль 2 моль 22,4 л 22,4 л 2 ■ 22,4 л = 44,8 л Вычислим, как относятся между собой объемы газов: У(Н2) : У(С12) : У(НС1) = 22,4 л : 22,4 л : 44,8 л = 1:1: 2 Мы видим, что отношения объемов газов равны отношениям коэффициентов перед газообразными веществами в уравнении реакции. Объемы реагирующих газов при одинаковых условиях относятся как небольшие целые числа. Рис. 3.5. Объемные отношения газов Эти числа, как мы уже видели, равны (или кратны) коэффициентам в уравнении реакции, причем не только при нормальных, но и при любых равных условиях. Поэтому можно делать вычисления при любых условиях. Пример: Для сварки и резки металлов используют ацетиленовую горелку, в которую продувают кислород. Вычислить объем кислорода, необходимый для полного сгорания 3 ацетилена (С2Н2) объемом: а) 0,5 м ; б) 200 л. Порядок действий 1. Запишем уравнение реакции и уравняем его. 2. Запишем под уравнением значения объемов, равные коэффициентам и выраженные в тех же единицах, что и объем по условию. 3. Запишем над уравнением объем газа по условию и неизвестный объем. 4. Составим пропорцию по уравнению и найдем неизвестный объем. Пример а): 0,5 м3 V 2С2Н2 + 502 = 4С02 + 2Н2О 2 м2 3 4 5 м3 тмп \ 0,5 м3 ■ 5 м3 2,5 м ^ 0г 3 = ’ 0 3— = = 1,25 м 2 м 2 Пример б): 200 л V 2С2Н2 + 502= 4СО2 + 2Н2О 2 л 5 л У(02) = 200 л • 5 л = 500 л 2 л Газообразное состояние вещества 70 Р А Б О Т А В Г Р У П П Е В каком случае количество вещества и объем водорода, полученного по реакциям, будут наибольшими, если для каждой реакции взят металл количеством 0,2 моль? а) Ре + НС1 ® ? + Н2Т в) А1 + НС1 ® ? + Н2 Т Решите эту задачу при другом условии: масса каждого металла одинакова (возьмите любую величину массы). 1. В промышленности получение хлороводорода по реакции поваренной соли с концентрированной серной кислотой ведется при 500°С и заканчивается образованием средней соли. Вычисли объем хлороводорода, который образуется по этой реакции из хлорида натрия массой 58,5 кг *2. Более половины мирового производства олова идет на лужение консервных банок (железо, покрытое оловом). Чтобы регенерировать олово из использованных банок, их обрабатываю т сухим хлором. В отсутствие влаги реагирует с хлором только олово, образуя жидкий хлорид олова (IV) ЗпС14. Вычисли объем хлора (н.у.), необходимый для реакции с оловом массой: а) 11,9 г; б) 238 кг 3. Вычисли объем хлора, необходимого для получения хлороводорода объемом 89,6 л (н.у.). Полученный хлороводород растворили в воде объемом 854 мл. Вычисли м ассовую долю НС1 в полученном растворе соляной кислоты. 4. Вычисли объем кислорода, необходимого для сжигания метана СН 4 объемом 1 м3. Какой объем углекислого газа при этом образуется? 5. Вычисли объем воздуха (если кислорода в нем 2 1 % по объему), необходимого для сжигания природного газа (СН4) объемом 1 м3. 6. Вычисли объем воздуха, необходимого для сжигания: а) метана объемом 100 л; б) этана С 2Н6 объемом 20 м3; в) пропана С 3Н8 объемом 200 л; г) бутана С 4Н10 объемом 50 м3, если объемная доля кислорода в воздухе 21%. *7. При обработке 100 г бронзы (сплав меди с оловом) разбавленной серной кислотой образовался водород объемом 2,24 л (н.у.). Вычисли массу олова и меди в сплаве. б) Т.п + Н25 0 4 ® ? + Н2Т г) Мд + Н25 0 4 ® ? + Н2 Т ЗАДАЧИ Газообразное состояние вещества по т е м е Г А З О О Б Р А З Н О Е С О С Т О Я Н И Е В Е Щ Е С Т В А *I. I. Какое выражение соответствует закону Авогадро: а) Молярный объем ^ т ) представляет отношение объема газа к его количеству вещества; б) Vт представляет постоянную величину, равную 22,4 л/моль; в) равные объемы различных газов в одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул; г) Vт представляет отношение масс двух газов при одинаковых условиях? II. Какой объем (н.у.) занимает азот массой 14 г: III. В раствор серной кислоты, взятой в избытке, внесли цинк массой 6,5 г Объем (н.у.) выделившего водорода равен: IV. Выбери правильные выражения: а) нормальные условия: температура 0°С, давление 101 325 Па; б) нормальные условия: температура 25°С, давление 101 325 Па; в) при нормальных условиях 6,02 . 1023 молекул различных газов занимаю т одинаковый объем (22,4 л). V. Во сколько раз увеличится объем воды при переходе из жидкого состояния в газообразное? Примечание: Этот принцип используется в паровых двигателях и турбинах. VI. Какой объем оксида углерода (IV) (н.у.) образуется при сгорании ацетилена (С 2Н2) м ассой 5,2 г? VII. Сплав меди с алюминием массой 10 г обработали соляной кислотой. Определи массы каждого металла в сплаве, если известно, что в результате реакции выделился газ объемом 11,2 л (н.у.).