Решение типовых задач

Анисимова М.В. Решение типовых задач по химии Расчеты по уравнениям химических реакций

Классификация химических реакций. Реакции соединения, разложения, замещения, двойного обмена, окислительно-восстановительные реакции. Уравнения химических реакций. Подбор стехиометрических коэффициентов в уравнениях реакций. Расчеты по уравнениям реакций. Определение количества вещества и массы реагентов и продуктов. Определение объема газообразных реагентов и продуктов. Теоретический и практический выход продукта реакции. Степень чистоты химических веществ.

Примеры решения типовых задач

Задача 1. При рентгеноскопическом исследовании организма человека применяют так называемые рентгеноконтрастные вещества. Так, перед просвечиванием желудка пациенту дают выпить суспензию труднорастворимого сульфата бария, не пропускающего рентгеновское излучение. Какие количества оксида бария и серной кислоты потребуются для получения 100 сульфата бария?

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

BaO + H₂SO₄ = BaSO₄ + H₂O

m(BaSO₄) = 100 г; M(BaSO₄) = 233 г/моль

n(BaO) = ?

n(H₂SO₄) = ?

В соответствии с коэффициентами уравнения реакции, которые в нашем случае все равны 1, для получения заданного количества BaSO₄ требуются:

n(BaO) = n(BaSO₄) = m(BaSO₄) / M(BaSO₄) = 100 : 233

[г : (г/моль)] = 0,43 моль

n(H₂SO₄) = n(BaSO₄) = m(BaSO₄) / M(BaSO₄) = 100 : 233

[г : (г/моль)] = 0,43 моль

Ответ. Для получения 100 г сульфата бария требуются 0,43 моль оксида бария и 0,43 моль серной кислоты.

Задача 2. Прежде чем вылить в канализацию жидкие отходы лабораторных работ, содержащие соляную кислоту, полагается их нейтрализовать щелочью (например, гидроксидом натрия) или содой (карбонатом натрия). Определите массы NaOH и Na₂CO₃, необходимые для нейтрализации отходов, содержащих 0,45 моль HCl. Какой объем газа (при н.у.) выделится при нейтрализации указанного количества отходов содой?

Решение. Запишем уравнения реакций и условия задачи в формульном виде:

(1) HCl + NaOH = NaCl + H₂O

(2) 2HCl + Na₂CO₃ = 2NaCl + H₂O + CO₂

n(HCl) = 0,45 моль; M(NaOH) = 40 г/моль;

M(Na₂CO₃) = 106 г/моль; V_M = 22,4 л/моль (н.у.)

n(NaOH) = ? m(NaOH) = ?

n(Na₂CO₃) = ? m(Na₂CO₃) = ?

V(CO₂) = ? (н.у.)

Для нейтрализации заданного количества HCl в соответствии с уравнениями реакций (1) и (2) требуется:

n(NaOH) = n(HCl) = 0,45 моль;

m(NaOH) = n(NaOH) ^. M(NaOH) = 0,45 ^. 40

[моль ^. г/моль] = 18 г

n(Na₂CO₃) = n(HCl) / 2 = 0,45 : 2 [моль] = 0,225 моль;

m(Na₂CO₃) = n(Na₂CO₃) / M(Na₂CO₃) = 0,225 ^. 106

[моль ^. г/моль] = 23,85 г

Для расчета объема углекислого газа, выделившегося при нейтрализации по реакции (2), дополнительно используется уравнение, связывающие между собой количество газообразного вещества, его объем и молярный объем:

n(CO₂) = n(HCl) / 2 = 0,45 : 2 [моль] = 0,225 моль;

V(CO₂) = n(CO₂) ^. V_M = 0,225 ^. 22,4 [моль ^. л/моль] = 5,04 л

Ответ. 18 г NaOH; 23,85 г Na₂CO₃; 5,04 л CO₂

Задача 3. Антуан-Лоран Лавуазье открыл природу горения различных веществ в кислороде после своего знаменитого двенадцатидневного опыта. В этом опыте он сначала длительное время нагревал в запаянной реторте навеску ртути, а позже (и при более высокой температуре) - образовавшийся на первом этапе опыта оксид ртути(II). При этом выделялся кислород, и Лавуазье стал вместе с Джозефом Пристли и Карлом Шееле первооткрывателем этого важнейшего химического элемента. Рассчитайте количество и объем кислорода (при н.у.), собранный при разложении 108,5 г HgO.

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

2HgO = 2Hg + O₂

m(HgO) = 108,5 г; M(HgO) = 217 г/моль

V_M = 22,4 л/моль (н.у.)

V(O₂) = ? (н.у.)

Количество кислорода n(O₂), который выделяется при разложении оксида ртути(II), составляет:

n(O₂) = 1/2 n(HgO) = 1/2 m(HgO) / M(HgO) = 108,5 / (217 ^. 2}

[г : (г/моль)] = 0,25 моль,

а его объем при н.у. - V(O₂) = n(O₂) ^. V_M = 0,25 ^. 22,4

[моль ^. л/моль] = 5,6 л

Ответ. 0,25 моль, или 5,6 л (при н.у.) кислорода.

Задача 4. Важнейшая проблема в промышленном производстве удобрений - получение так называемого "связанного азота". В настоящее время ее решают путем синтеза аммиака из азота и водорода. Какой объем аммиака (при н.у.) можно получить в этом процессе, если объем исходного водорода равен 300 л, а практический выход (z) - 43 %?

Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

V(H₂) = 300 л; z(NH₃) = 43% = 0,43

V(NH₃) = ? (н.у.)

Объем аммиака V(NH₃), который можно получить в соответствии с условием задачи, составляет:

V(NH₃)_практ = V(NH₃)_теор ^. z(NH₃) = 2/3 ^. V(H₂) ^. z(NH₃) =

= 2/3 ^. 300 ^. 0,45 [л] = 86 л

Ответ. 86 л (при н.у.) аммиака.