§29. Расчеты по химическим уравнениям

i. Работа в информационной среде

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Ответ:

1.https://foxford.ru/wiki/himiya/raschety−po−himicheskim−uravneniyam
2. https://himi4ka.ru/arhiv−urokov/urok−14−raschety−po−uravnenijam−himicheskih−reakcij.html
3. https://sites.google.com/site/himiaprostodostupnonagladno/ma/prostaa−zadacka/rascety−po−himiceskim−uravneniam

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Ответ:

                                 Вычисления по уравнению реакции
Вещества вступают в химические реакции в определенных массовых и количественных соотношениях. Следовательно, при проведении реакций в лабораториях и на химических заводах расходуются определенные массы исходных веществ для получения заданной массы продуктов реакции.
Эти расчеты проводят по уравнениям реакций. Расчёты количеств веществ, участвующих в химических реакциях, называются стехиометрическими.
При проведении любого вычисления по уравнению реакции нужно внимательно прочитать условие задачи. Особое внимание обратите на расстановку коэффициентов, так как соотношение числа структурных единиц реагирующих веществ и получающихся продуктов реакции выражается в уравнениях коэффициентами так же, как и мольные отношения.
Универсального способа решения всех химических задач не существует и не может быть, однако следует придерживаться наиболее общего алгоритма решения.
Например:
1. Внимательно прочитайте текст задачи.
2. Запишите условия задачи: что дано, что надо найти.
3. Составьте уравнение реакции, описанной в задаче.
4. В уравнении реакции подчеркните формулы тех веществ, о идёт речь в задаче.
5. Под формулами отмеченных веществ укажите следующие величины:
а) количества вещества (определить по коэффициентам;
б) молярные массы (подсчитывается по формулам веществ);
в) массы веществ в соответствии с указанным количеством вещества;
6. Над формулами отмеченных веществ запишите массы, заданные условием задачи.
7. Составьте рассуждение на основе условия задачи.
8. Составьте пропорцию на основе рассуждения и решите её.
9. Дайте ответ в соответствии с главным вопросом задачи.

?. Вопросы и задания

1. Какой объём водорода (н.у.) и количество вещества соли образуется при взаимодействии соляной кислоты с алюминием массой 540 мг, содержащим примеси с массовой долей 4%?

Ответ:

Дано:
m (Al с примесями) = 540 мг;
ω (примеси) = 4 %;
_____________
$V (H_{2})$ − ?
$ n (AlCl_{3})$ − ?
Решение:
$2Al + 6HCl = 2AlCl_{3} + 3H_{2}$;
$ω_{чист} (Al) = 100 - 4 = 96$ % или 0,96;
m (Al с примесями) = 540 * 0,001 = 0,54 г;
$m_{чист} (Al) = m (Al\;с\;примесями) * ω_{чист} (Al) = 0,54 * 0,96 = 0,5184$ г;
$n = \frac{m}{M}$;
M (Al) = 27 г/моль;
$n (Al) = \frac{$m_{чист} (Al)}{M (Al)} = \frac{0,5184}{27} = 0,0192$ моль.
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$\underset{2 моль}{\overset{0,0192 моль}{2Al}} + 6HCl = \underset{2 моль}{\overset{х}{2AlCl_{3}}} + \underset{3 моль}{\overset{y}{3H_{2}}}$;
$x = n (AlCl_{3}) = \frac{0,0192 * 2}{2} = 0,0192$ моль;
$y = n (H_{2}) = \frac{0,0192 * 3}{2} = 0,0288 $ моль;
$V = V_{m} * n$;
$V_{m}$= 22,4 л/моль;
$V (H_{2}) = V_{m} * n (H_{2}) = 22,4 * 0,0288 = 0,6451$ л.
Ответ. 0,0192 моль; 0,6451 л.

2. Какая масса оксида кальция получится при разложении 250 кг карбоната кальция, содержащего 20% примесей? Какой объём (н.у.) оксида углерода (IV) при этом выделится?

Ответ:

Дано:
m ($СаCO_{3}$ с примесями) = 250 кг;
ω (примеси) = 20 %;
_____________
m (CaO) − ?
$ V (CO_{2})$ − ?
Решение:
$СаCO_{3} \overset{t}{=} CaO + CO_{2}↑$;
$ω (СаCO_{3}) = 100 - 20 = 80$ % или 0,8;
m ($СаCO_{3}$ с примесями) = 250 * 1000 = 250000 г;
m ($СаCO_{3} ) = m (СаCO_{3}\;с\;примесями) * ω (СаCO_{3})$ = 250000 * 0,8 = 200000 г;
$n = \frac{m}{M}$;
M ($СаCO_{3}$ ) = 1 * Ar (Са) + 1 * Ar (С) +3 * Ar (O) = 1 * 40 + 1 * 12 +3 * 16 = 100 г/моль;
$n (СаCO_{3}) = \frac{m(СаCO_{3})}{M (СаCO_{3})} = \frac{200000}{100} = 2000 $ моль.
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$\underset{2 моль}{\overset{2000 моль}{СаCO_{3}}} \overset{t}{=} \underset{1 моль}{\overset{х}{CaO}} + \underset{1 моль}{\overset{y}{CO_{2}}}$;
$x = n (CaO) = \frac{2000 * 1}{1} = 2000 $ моль;
$y = n (CO_{2}) = \frac{2000 * 1}{1} = 2000 $ моль;
$V = V_{m} * n$;
$V_{m}$= 22,4 л/моль;
$V (CO_{2}) = V_{m} * n (CO_{2})$ = 22,4 * 2000 = 44800 л или 44,8 $м^{3}$
m = n * M;
M (CaO) = 1 * Ar (Са) + 1 * Ar (O) = 1 * 40 + 1 * 16 = 56 г/моль;
m (CaO) = n (CaO) * M (CaO) = 2000 * 56 = 112 000 г или 112 кг.
Ответ. 112 кг; 44800 л;

3. Сколько молекул кислорода и какой объём водорода (н.у.) образуется при разложении 180 г воды?

Ответ:

Дано:
m ($H_{2}O$) = 180 г;
_____________
N ($O_{2}$) − ?
V ($H_{2}$) − ?
Решение:
$2H_{2}O = 2H_{2} +O_{2}$;
$n = \frac{m}{M}$;
M ($H_{2}O$) = 2 * Ar (H) + 1 * Ar (O) = 2 * 1 + 1 * 16 = 18 г/моль;
$n (H_{2}O) = \frac{m(H_{2}O)}{M (H_{2}O)} = \frac{180}{18} = 10 $ моль.
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$\underset{2 моль}{\overset{10 моль}{2H_{2}O}} =\underset{2 моль}{\overset{х}{2H_{2}}} + \underset{1 моль}{\overset{y}{O_{2}}}$;
$x = n (H_{2}) = \frac{10 * 2}{2} = 10 $ моль;
$y = n (O_{2}) = \frac{10 * 1}{2} = 5 $ моль;
$V = V_{m} * n$;
$V_{m}$= 22,4 л/моль;
$V (H_{2}) = V_{m} * n (H_{2})$ = 22,4 * 10 = 224 л;
$N = n * N_{A}$;
$N_{A}= 6,02 * 10^{23}$;
$N (O_{2}) = n (O_{2}) * N_{A} = 5 * 6,02 * 10^{23} = 3 * 10^{24}$ молекул.
Ответ. 112 кг; 44800 л;

4. Придумайте условие задачи, в которой необходимо использовать приведённое ниже уравнение, и решите её:
$H_{3}PO_{4} + 3NaOH = Na_{3}PO_{4} + 3H_{2}O$

Ответ:

Какой объём воды и количество вещества соли образуется при нейтрализации 250 г раствора фосфорной кислоты гидроксидом натрия, если известно, что массовая доля фосфорной кислоты равна 40%.
Дано:
m (р−ра) = 250 мг;
ω ($H_{3}PO_{4}$) = 40 %;
_____________
$V (H_{2}O)$ − ?
$ n (Na_{3}PO_{4})$ − ?
Решение:
$H_{3}PO_{4} + 3NaOH = Na_{3}PO_{4} + 3H_{2}O$;
$m (H_{3}PO_{4}) = m (р-ра) * ω (H_{3}PO_{4}) = 250 * 0,4 = 90 $ г;
$n = \frac{m}{M}$;
$M (H_{3}PO_{4})$ = 3 * Ar (H) + 1 * Ar (P) + 4 * Ar (O) = 3 * 1 + 1 * 31 + 4 * 16 = 98 г/моль;
$n (H_{3}PO_{4}) = \frac{m (H_{3}PO_{4})}{M(H_{3}PO_{4})} = \frac{90}{98} = 0,092$ моль.
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$\underset{1 моль}{\overset{0,092 моль}{H_{3}PO_{4}}} +3NaOH = \underset{1 моль}{\overset{х}{Na_{3}PO_{4}}} + \underset{3 моль}{\overset{y}{3H_{2}O}}$;
$x = n (Na_{3}PO_{4}) = \frac{0,092 * 1}{1} = 0,092$ моль;
$y = n (H_{2}O) = \frac{0,092 * 3}{1} = 0,276 $ моль;
$V = V_{m} * n$;
$V_{m}$= 22,4 л/моль;
$V (H_{2}O) = V_{m} * n (H_{2}O) = 22,4 * 0,276 =6,18 $ л.
Ответ. 0,092 моль; 6,18 л.

5. Придумайте и решите задачу, в условиях которой была бы дана масса раствора вещества с определённой массовой долей растворённого вещества, а требовалось бы найти количество вещества одного из веществ и объём другого.
При составлении задачи используйте уравнение реакции:
$Zn + H_{2}SO_{4}= ZnSO_{4} + H_{2}$.

Ответ:

Какой объём водорода (н. у.) и количество вещества соли образуется при взаимодействии 400 г 15% раствора серной кислоты с цинком?
Дано:
m (р−ра) = 400 г;
$ω (H_{2}SO_{4})$ = 15 %
_____________
$n(ZnSO_{4})$ − ?
$V(H_{2})$ − ?
Решение:
$Zn + H_{2}SO_{4}= ZnSO_{4} + H_{2}$.
$m (H_{2}SO_{4}) = m (р-ра) * ω (H_{2}SO_{4})= 400 * 0,15 = 60$ г;
$n = \frac{m}{M}$;
M ($H_{2}SO_{4}$) = 2 * Ar (H) + 1 * Ar (S) + 4 * Ar (O) = 2 * 1 + 1 * 32 + 4 * 16 = 98 г/моль;
$n (H_{2}SO_{4}) = \frac{m (H_{2}SO_{4})}{M (H_{2}SO_{4})} = \frac{60}{98} = 0,61$ моль.
Запишем уравнение реакции и составим пропорции:
$Zn + \underset{1 моль}{\overset{0,61 моль}{H_{2}SO_{4}}} = \underset{1 моль}{\overset{х}{ZnSO_{4}}} + \underset{1 моль}{\overset{y}{H_{2}}}$;
$x = n (ZnSO_{4}) = \frac{0,61 * 1 }{1} = 0,61$ моль;
$y = n (H_{2}) = \frac{0,61 * 1}{1} = 0,61 $ моль;
$V = V_{m} * n$;
$V_{m}$= 22,4 л/моль;
$V (H_{2}) = V_{m} * n (H_{2}) = 22,4 * 0,61 = 13,7 $ л.
Ответ. 0,61 моль; 13,7 л.