Расчеты по химическим уравнениям

Расчет количества вещества реагентов и продуктов реакции

Задача. Какое количество вещества водорода вступит в реакцию с 2 моль азота? Какое количество вещества аммиака при этом образуется?
Решение
1) Записываем уравнение реакции, уравниваем его:

.
2) Коэффициенты в данном уравнении показывают соотношение количества веществ реагентов и продуктов реакции, т.е. с 1 моль азота реагируют 3 моль водорода, в результате чего образуется 2 моль аммиака.
3) Для решения задачи можно использовать пропорцию:
по уравнению 1 моль

- 3 моль

;
по данным задачи 2 моль

- x моль

.
отсюда

моль

.
4) Аналогично рассчитаем количество вещества аммиака:
по уравнению 1 моль

- 2 моль

;
по данным задачи 2 моль

- x моль

.
Отсюда

моль

.
Ответ:

моль;

моль.
Задача. В реакцию с водородом вступают 14 г азота. Определите массу и количество вещества аммиака, образовавшегося.
Решение
1) Как всегда, записываем уравнение реакции:

.
2) Переводим массу азота в моли по формуле

;

г/моль;

(моль).
3) Теперь определим количество вещества аммиака:
по уравнению 1 моль

- 2 моль

;
по данным 0,5 моль

- x моль

.
Отсюда

моль

.
4) Определим массу этого количества аммиака:

;

г/моль;

(г).
Ответ:

г,

моль.

Расчеты с использованием объемов газов

Задача. Какой объем азота (н. у.) необходим для образования 3 моль

?
Решение
1) Записываем уравнение реакции:

.
2) Находим количество вещества азота:
по уравнению 1 моль

- 2 моль

;
по данным задачи x моль

- 3 моль

.
Отсюда

моль

.
3) Переводим количество вещества в объем по формуле

(поскольку объем азота определяется по н. в., в расчетах можно использовать молярный объем газа, то есть 22,4 л/моль):

(л).
Ответ:

л.
Задача. Усложним предыдущую задачу. Какую массу азота и какой объем водорода необходимо взять для получения 11,2 л аммиака (н. у.)?
Решение
1) Записываем уравнение реакции:

.
2) Объем водорода можно рассчитать:
а) по закону объемных отношений:

;

;
б) находим количество вещества аммиака:

;

(моль);
находим количество вещества водорода:
по уравнению 3 моль

- 2 моль

;
по данным x моль

- 0,5 моль

.
Отсюда

(моль).
Переходим от количества вещества к его объему:

;

(л).
3) Находим количество вещества азота. Для этого используем уже исчисленную количество вещества аммиака:
по уравнению 1 моль

- 2 моль

;
по данным x моль

- 0,5 моль

.
Отсюда

(моль).
4) Переходим от количества вещества азота к ее массы:

;

г/моль;

(г).
Ответ:

г,

л.

Расчетные задачи на избыток одного из реагентов

Реагенты полностью вступают в реакцию только в том случае, если они взяты в еквімолярних отношениях. Часто количество вещества одного из реагентов превышает количество, необходимое для полного взаимодействия с другим реагентом, то есть он взят в избытке. В таком случае другого реагента недостаточно, то есть он взят в недостатке.
Задача. Какую массу сульфур(VI) оксида можно получить с 10 г сульфур(IV) оксида и 5,6 л кислорода (н. у.)?
Решение
1) Запишем уравнение реакции:

2) Примем, что масса (объем) одного из реагентов неизвестна, т.е. равен y. Пусть это будет масса сульфур(IV) оксида. Составим пропорцию и вычислим массу сульфур(IV) оксида с известным объемом кислорода:

;

(г).
3) Масса сульфур(IV) оксида (32 г), необходимая для взаимодействия с данным объемом кислорода (5,6 л), больше массы сульфур(IV) оксида, данной в условии задачи (10 г). Итак, сульфур(IV) оксид предоставлено в недостаче, а кислород - в избытке.
4) Вычисление конечного продукта нужно вести по недостачи (по сульфур(IV) оксида). Вычислим массу сульфур(VI) оксида:

;

.
Ответ:

г.
Задача. Какой объем аммиака образуется с 6 л водорода и 4 л азота? Какой газ останется в избытке? Найдите объем избытке. (Все объемы газов даны при н. у.)
Решение
1) Записываем уравнение реакции:

.
2) Руководствуясь законом Гей-Люссака, объемы газов легко сравнить.
По уравнению реакции:

.
По данным задачи:

.
Очевидно, что азот взят в избытке, а водород в недостатке. Объем полученного аммиака вычисляем по водороду:

;

.
3) Для определения объема избытка вычисляем необходимый объем азота, приняв его за y:

;

.
Избыточный объем азота:

.
Ответ:

, избыточный объем азота - 2 л.

Расчетные задачи с учетом выхода продукта реакции

Выход продукта реакции

- это отношение массы (объема, количества вещества) фактически полученного продукта к максимально возможному, вычисленного по уравнению реакции. Выражается в долях единицы или процентах и вычисляется по формуле:

.
Задача. Какую массу серной кислоты можно получить из 40 г сульфур(VI) оксида, если выход реакции 80 % (0,8)?
Решение
1) Записываем уравнение реакции:

.
2) Найдем количество вещества сульфур(VI) оксида:

;

.
3) Согласно уравнению реакции:

моль.
4) Определим, какую имеют массу 0,5 моль серной кислоты:

;

(г).
Массу продукта реакции, исчисленную без учета потерь по уравнению реакции, называют теоретическим выходом

. Он всегда равен 100 %.
5) Вычислим практически полученную массу сульфатной кислоты

, практический выход:

.
Практически полученная масса должна быть меньше массу, вычисленную по уравнению реакции: 39,2 г 49 г.
Ответ:

г.
Задача. Какую массу сульфур(VI) оксида необходимо взять для получения 73,5 г сульфатной кислоты, если выход реакции 75 %?
Решение
В задаче дано массу серной кислоты, которую надо получить фактически. Использовать практические данные для расчетов по химическим уравнениям нельзя, необходимо перейти к теоретических данных.
1) Записываем уравнение реакции:

.
2)

рассчитываем массу серной кислоты, необходимую для теоретических расчетов

.
3) Определим количество вещества серной кислоты:

;

.
4) По уравнению реакции количества серной кислоты и сульфур(VI) оксида равны, следовательно,

.
5) Находим массу потраченного сульфур(VI) оксида:

;

.
Ответ:

г.
Задача. С сульфур(VI) оксида массой 40 г было получено 41,16 г серной кислоты. Вычислите выход продукта реакции.
Решение
1) Записываем уравнение реакции: