Расчеты по химическим формулам и уравнениям
Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества. Различают формулы простейшие и молекулярные. Простейшая формула выражает наиболее простой возможный атомный состав молекул вещества, соответствующий отношениям масс элементов, образующих данное вещество. Молекулярная формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле.
Для вывода простейшей формулы вещества достаточно знать его состав и атомные массы образующих данное вещество элементов.
Для нахождения молекулярной формулы вещества необходимо также знать его молекулярную массу.
Пример решения задачи
Газообразное соединение азота с водородом содержит 12,5% (масс.) водорода. Плотность соединения по водороду равна 16. Найти молекулярную формулу соединения.
Решение. Сначала находим простейшую формулу вещества. Представим ее в общем виде: СХNУ.
Атомные массы элементов равны 14 и 1. Поэтому массы азота и водорода в составе данного соединения относятся как 14х : 1у. По условию задачи это отношение равно 87,5 : 12,5.(Массовая доля азота равна 100% - 12,5% = 87,5%). Следовательно, 14х : у = 87,5 : 12,5, откуда х : у = 87,5 : (12,5 × 14) = 1 : 2.
(Если полученное отношение атомов элементов выражается дробными числами, то его приводят к целочисленным значениям. Например, х : у = 1,32 : 1,98. Делим оба числа на меньшее из них:
и умножаем на 2: х : у = 2 : 3. )
Простейшая формула соединения NH2.
Находим молекулярную формулу вещества.
Истинную молекулярную массу находим исходя из плотности вещества по водороду:
М = 2 × 16 = 32
Находим отношение истинной молекулярной массы к молекулярной массе простейшей формулы:
Cледовательно, в составе истинной формулы вещества в 2 раза больше атомов N и Н, чем в простейшей формуле. Таким образом, молекулярная формула вещества N2H4.
При расчетах по химическим формулам используется понятие «массовая доля вещества» - отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е.
,
где w(х) - массовая доля вещества х; m(x) - масса вещества х; m - масса всей системы.
Массовая доля - безразмерная величина, выражается в долях или процентах.
Пример решения задачи
Определить массу углерода в образце карбида кальция CaC2 массой 130,61 г, содержащем 2% примесей.
Решение. Молярные массы С и СаС2 соответственно равны 12 г/моль и
64 г/моль.
Из формулы карбида кальция видно, что 1 моль этого вещества содержит 2 моля углерода.
Определяем массу углерода в 1 моле СаС2:
m(c) = 2´12 = 24 г
Находим массовую долю углерода в карбиде:
, или 37,5 % .
Масса карбида в образце с учётом примесей:
m(CaC2) = 130,61 × 0,98 = 128 г
Зная массовую долю углерода в карбиде кальция, находим массу углерода в 128 г CaC2 :
m = 128 × 0,375 = 48 г
Задачи
11. В состав химического соединения входят Na, P и О. Массовые доли элементов, % : Na - 34,6; P - 23,3; O - 42,1. Определите простейшую формулу.
12. Некоторая кислота содержит водород (массовая доля 2,2%), иод (55,7%) и кислород (42,1%). Определите простейшую формулу кислоты.
13. Найти молекулярную формулу вещества, содержащую (по массе) 93,75% С и 6,25% Н, если его плотность по воздуху равна 4,41.
14. Найти молекулярную формулу соединения бора с водородом, если масса 1 л этого газа равна массе 1 л азота, а содержание бора в веществе составляет 78,2 % (масс.).
15. Найти молекулярную формулу карбоновой кислоты, содержащей (по массе) 54,5 % С, 36,4 % О и 9,1 % Н, зная, что плотность ее паров по водороду равна 44.
16. Из образца горной породы массой 25 г, содержащего минерал аргентит Ag2S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.
17. Какая масса Mn может быть получена из смеси Mn2O3 и MnO2 массой 500 г? Массовая доля Mn2O3 в смеси - 80%, MnO2 - 20%.
18. Некоторый элемент проявляет в оксиде степень окисления +4. Массовая доля этого элемента в оксиде составляет 71,17 %. Какой это элемент?
19. Оксид элемента имеет состав ЭО3. Массовая доля кислорода в этом оксиде составляет 60%. Какой элемент образует оксид?
20. Элемент массой 16 г, взаимодействуя с молекулярным кислородом массой 6,4 г, образует оксид состава ЭО. Определите, какой это элемент.
Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчёты) основаны на законе сохранения массы веществ. Каждая формула в уравнении выражает один моль вещества. Поэтому, зная мольные массы участвующих в реакции веществ, можно по уравнению реакции найти соотношение между массами веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее протекания. Если в реакции участвуют вещества в газообразном состоянии, то уравнение реакции позволяет найти их объемные отношения.
Примеры решения задач
Пример 1. К раствору, содержащему нитрат серебра массой 25,5 г, прилили раствор, содержащий 7,8 г сульфида натрия. Какая масса осадка при этом образуется?
Решение
Записываем уравнение реакции:
2AgNO3 + Na2S = Ag2S¯ + 2NaNO3
Определяем количество веществ нитрата серебра и сульфида натрия:
m(AgNO3) 25,5
n(AgNO3) = ———— = —— = 0,15 моль
M(AgNO3) 170
m(Na2S) 7,8
n(Na2S) = ———— = —— = 0,1 моль
M(Na2S) 78
Из уравнения реакции следует: AgNO3 и Na2S реагируют в соотношении 2 : 1. А найденные количества реагентов относятся как 0,15 : 0,1 = 1,5 : 1. Следовательно, сульфид натрия взят в избытке. Расчет ведем по веществу, взятому в недостатке, т.е. по нитрату серебра.
Из уравнения следует, что из 2 моль AgNO3 образуется 1 моль Ag2S, значит, из 0,15 моль AgNO3 образуется 0,075 моль Ag2S.
2 — 1
0,15 — х
Определяем массу сульфида серебра:
m = n(Ag2S) × M(Ag2S) = 0,075 × 248 = 18,6 г
Пример 2. Какой объём оксида азота(IV) надо взять для реакции окисления кислородом, чтобы получить 5,6 л оксида азота (V), если выход продукта 80 %?
Решение
Записываем уравнение реакции:
4NO2 + O2 = 2N2O5
Из уравнения реакции следует: из 4 моль NO2 образуется 2 моль N2O5. Все вещества газообразные, следовательно, при 100% - ном выходе из 4 л NO2 образуется 2 л N2O5, а для получения 5,6 л N2O5 требуется 11,2 л NO2.
4 — 2
х — 5,6
С учетом 80%-ного выхода необходимый объём диоксида азота составляет V(NO2) = 11,2 / 0,8 = 14 л.
Задачи
21. К раствору, содержащему 10 г H2SO4, прибавили 9 г NaOH. Какую реакцию имеет полученный раствор?
22. К раствору, содержащему 0,2 моля FeCl3, прибавили 0,24 моля NaOH. Сколько граммов Fe(OH)3 образовалось в результате реакции и сколько молей FeCl3 осталось в растворе?
23. При взаимодействии 10 молей SO2 и 15 молей О2 образовалось 8 молей SO3. Сколько молей SO2 и О2 не вступило в реакцию?
24. Порошок частично окисленного магния массой 5,1 г обработали соляной кислотой. При этом выделилось 3,74 л Н2, измеренного при н.у. Сколько процентов магния (по массе) содержалось в образце?
25. Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и СО2. Какая масса природного известняка, содержащего 90% (по массе) СаСО3, потребуется для получения 7,0 т негашеной извести?
26. В избытке HCl растворили Mg массой 6 г и Zn массой 6,5 г. Какой объём водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этом?
27. Оксид углерода (IV), полученный при сжигании угля массой 50 г, пропустили через раствор гидроксида бария. Какая масса осадка образовалась, если массовая доля углерода в угле составляет 96% ?
28. Сколько литров ацетилена при 300 К и 202 кПа образуется при взаимодействии 230 г карбида кальция с водой?
29. При растворении 5 г образца магния в соляной кислоте выделится 3,5 л водорода, измеренного при н.у. Сколько процентов магния содержится в образце?
30. Сколько граммов оксида серы образуется при обжиге 200 г FeS2? Вычислите объём оксида серы при 400 К и 120 кПа.
Дата: 2018-12-21, просмотров: 293.
