Хімія - Великий довідник школяра - 2019

Загальна хімія
Основні поняття, закони й теорії хімії
Розрахунки за хімічними рівняннями

Розрахунок кількості речовини реагентів і продуктів реакції

Задача. Яка кількість речовини водню вступить у реакцію з 2 моль азоту? Яка кількість речовини амоніаку при цьому утвориться?

Розв’язання

1) Записуємо рівняння реакції, зрівнюємо його:

2) Коефіцієнти в даному рівнянні показують співвідношення кількості речовин реагентів і продуктів реакції, тобто з 1 моль азоту реагують 3 моль водню, у результаті чого утворюється 2 моль амоніаку.

3) Для розв’язання задачі можна використати пропорцію:

за рівнянням 1 моль — 3 моль ;

за даними задачі 2 моль — x моль .

звідси моль .

4) Аналогічно розрахуємо кількість речовини амоніаку:

за рівнянням 1 моль — 2 моль ;

за даними задачі 2 моль — x моль .

Звідси моль .

Відповідь: моль; моль.

Задача. У реакцію з воднем вступають 14 г азоту. Визначте масу і кількість речовини амоніаку, що утворився.

Розв’язання

1) Як завжди, записуємо рівняння реакції:

2) Переводимо масу азоту в молі за формулою ; г/моль;

(моль).

3) Тепер визначимо кількість речовини амоніаку:

за рівнянням 1 моль — 2 моль ;

за даними 0,5 моль — x моль .

Звідси моль .

4) Визначимо масу цієї кількості амоніаку:

; г/моль;

(г).

Відповідь: г, моль.

Розрахунки з використанням об’ємів газів

Задача. Який об’єм азоту (н. у.) необхідний для утворення 3 моль ?

Розв’язання

1) Записуємо рівняння реакції:

2) Знаходимо кількість речовини азоту:

за рівнянням 1 моль — 2 моль ;

за даними задачі x моль — 3 моль .

Звідси моль .

3) Переводимо кількість речовини в об’єм за формулою (оскільки об’єм азоту визначається за н. у., у розрахунках можна використовувати молярний об’єм газу, тобто 22,4 л/моль):

(л).

Відповідь: л.

Задача. Ускладнимо попередню задачу. Яку масу азоту та який об’єм водню потрібно взяти для добування 11,2 л амоніаку (н. у.)?

Розв’язання

1) Записуємо рівняння реакції:

2) Об’єм водню можна розрахувати:

а) за законом об’ємних відношень:

; ;

б) знаходимо кількість речовини амоніаку:

; (моль);

знаходимо кількість речовини водню:

за рівнянням 3 моль — 2 моль ;

за даними x моль — 0,5 моль .

Звідси (моль).

Переходимо від кількості речовини до її об’єму:

; (л).

3) Знаходимо кількість речовини азоту. Для цього використаємо вже обчислену кількість речовини амоніаку:

за рівнянням 1 моль — 2 моль ;

за даними x моль — 0,5 моль .

Звідси (моль).

4) Переходимо від кількості речовини азоту до її маси:

; г/моль;

(г).

Відповідь: г, л.

Розрахункові задачі на надлишок одного з реагентів

Реагенти цілком вступають у реакцію тільки в тому випадку, якщо вони взяті в еквімолярних відношеннях. Часто кількість речовини одного з реагентів перевищує кількість, необхідну для повної взаємодії з іншим реагентом, тобто він узятий у надлишку. У такому випадку іншого реагенту недостатньо, тобто він узятий у недостачі.

Задача. Яку масу сульфур(VI) оксиду можна одержати з 10 г сульфур(IV) оксиду і 5,6 л кисню (н. у.)?

Розв’язання

1) Запишемо рівняння реакції:

2) Приймемо, що маса (об’єм) одного з реагентів невідома, тобто дорівнює y. Нехай це буде маса сульфур(IV) оксиду. Складемо пропорцію й обчислимо масу сульфур(IV) оксиду за відомим об’ємом кисню:

;

(г).

3) Маса сульфур(IV) оксиду (32 г), необхідна для взаємодії з даним об’ємом кисню (5,6 л), більше маси сульфур(IV) оксиду, даної в умові задачі (10 г). Отже, сульфур(IV) оксид надано у недостачі, а кисень — у надлишку.

4) Обчислення кінцевого продукту потрібно вести по недостачі (по сульфур(IV) оксиду). Обчислимо масу сульфур(VI) оксиду:

;

Відповідь: г.

Задача. Який об’єм амоніаку утвориться з 6 л водню і 4 л азоту? Який газ залишиться в надлишку? Знайдіть об’єм надлишку. (Усі об’єми газів дано при н. у.)

Розв’язання

1) Записуємо рівняння реакції:

2) Керуючись законом Гей-Люссака, об’єми газів легко порівняти.

За рівнянням реакції: .

За даними задачі: .

Очевидно, що азот узятий у надлишку, а водень у недостачі. Об’єм отриманого амоніаку обчислюємо за воднем:

; .

3) Для визначення об’єму надлишку обчислюємо необхідний об’єм азоту, прийнявши його за y:

; .

Надлишковий об’єм азоту: .

Відповідь: , надлишковий об’єм азоту — 2 л.

Розрахункові задачі з урахуванням виходу продукту реакції

Вихід продукту реакції — це відношення маси (об’єму, кількості речовини) фактично отриманого продукту до максимально можливого, обчисленого за рівнянням реакції. Виражається в частках одиниці чи відсотках і обчислюється за формулою:

Задача. Яку масу сульфатної кислоти можна одержати з 40 г сульфур(VI) оксиду, якщо вихід реакції 80 % (0,8)?

Розв’язання

1) Записуємо рівняння реакції:

2) Знайдемо кількість речовини сульфур(VI) оксиду:

; ;

3) Відповідно до рівняння реакції:

моль.

4) Визначимо, яку масу мають 0,5 моль сульфатної кислоти:

; ;

(г).

Масу продукту реакції, обчислену без обліку втрат за рівнянням реакції, називають теоретичним виходом . Він завжди дорівнює 100 %.

5) Обчислимо практично отриману масу сульфатної кислоти , чи практичний вихід:

, .

Практично отримана маса повинна бути меншою за масу, обчислену за рівнянням реакції: 39,2 г < 49 г.

Відповідь: г.

Задача. Яку масу сульфур(VI) оксиду необхідно взяти для одержання 73,5 г сульфатної кислоти, якщо вихід реакції 75 %?

Розв’язання

У задачі дано масу сульфатної кислоти, яку треба одержати фактично. Використовувати практичні дані для розрахунків за хімічними рівняннями не можна, необхідно перейти до теоретичних даних.

1) Записуємо рівняння реакції: