Задачи на основе стехиометрических уравнений
Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Стехиометрические расчеты основаны на двух важнейших принципах: 1) состав любого вещества выражают определенной формулой; 2) взаимодействие между веществами протекает в строгом соответствии с законом сохранения массы. Пример 1. При обжиге сульфида цинка было получено 0,5 моль оксида цинка. Какой объём (н.у.) оксида серы (IV) образовался в результате этого процесса? Решение. Это задача на использование понятия «молярный объём газов» при нормальных условиях Vm, который равен 22,4 л/моль. Дано: υ (ZnO) = 0,5 моль По уравнению реакции имеем:
V(SO2) -? 0,5 моль х л 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 2моль 2 моль 2 моль 2 .22,4 л х = 0,5 . 2 . 22,4 / 2 = 11,2 л. Ответ: V(SO2) = 11,2 л. Эту задачу можно решить, рассуждая следующим образом, получено 0,5 моль оксида цинка, написав уравнение, видим, что согласно стехиометрическому уравнению при образовании 2 моль оксида цинка образуется также 2 моль оксида серы. Значит, при образовании 0,5 моль, также образуется 0,5 моль. Тогда V(SO2) = 0,5 моль . 22,4 л/моль = 11,2 л. Пример 2. Какой объем воздуха (н.у.) необходим для сожжения 7,0 г фосфора, если продуктом реакции является оксид фосфора (V)? Анализ Дано 1. Фосфор горит в кислороде. А содержание m(Р) = 7,0 г кислорода в воздухе - 21 % по объему. Vm(газа) = 22,4 л/моль 2. Необходимо найти объем воздуха! φ(О2) в воздухе = 21% 3. Сначала найдем объем кислорода по V(воздуха) -? стехиометрическому уравнению реакции горения фосфора, а потом объем воздуха.
Образ задачи
Фосфор горит, вода подкрашена Колба заполнена дымом (Р2О5), фиолетовым лакмусом вода поднимается на 1/5 колбы, лакмус краснеет, т.к. образуется кислота (Н3РО4) Решение 7 г х л 4Р + 5О2 = 2Р2О5 4 . 31г 5 . 22,4 л х = 7 . 5 . 22,4 / 4 . 31 = 6,32 л О2 При сгорании 7 г фосфора расходуется 6,32 л чистого кислорода.
2) Рассуждение: в 100 л воздуха содержится 21 % О2 в у л воздуха содержится 6,32 л О2 у = 100 . 6,32 / 21 = 30,09 л. Ответ: V(воздуха) = 30,09 л. (почти в 5 раз больше, чем объем кислорода). Пример 3. Достаточно ли 30 мл 25%-ного раствора серной кислоты (плотность 1,18 г/мл) для окисления 5,6 г железа? Ответ подтвердите расчетом. Дано: Решение. Напишем уравнение реакции V(p-pa H2SO4) – 30 мл х г 5,6 г ω(H2SO4) – 25% H2SO4 + Fe = FeSO4 + Н2↑ p = 1,18 г/мл 1 моль 1 моль m(Fe) = 5,6 г 98 г 56 г m(H2SO4) -?
Решая уравнение, находим: х = 5,6 . 98 /56 = 9,8 г кислоты требуется для взаимодействия с 5.6 г железа. А теперь найдем, хватит ли серной кислоты по условию задачи. Для этого сначала найдем массу раствора, ее можно найти, используя формулу: р = m/V; m = p . V = 1,18 г/мл . 30 мл = 35,4 г раствора 25%-ной серной кислоты. Теперь найдем массу безводной, химически чистой кислоты, которая вступит в реакцию с серной кислотой.
Рассуждение: в 100 г этого р-ра кислоты содержится 25 г безводной H2SO4, а в 35,4 г р-ра кислоты содержится х г -/ - H2SO4
Имеем уравнение с одним неизвестным, решая его, находим х = 35,4 . 25 / 100 = 8,85 г. Ответ: Оказывается кислоты не хватит для полного растворения (взаимодействия) 5,6 г железа, так как 8,85 г < 9,8 г. Пример 4. При горении 4,2 г одновалентного металла образовалось 10,2 г его оксида. Определите атомную массу металла и назовите этот металл. Дано: m(Me) = 5,4 г Решение. Напишем уравнение предполагаемой реакции, m(MeO) = 10,2г пользуясь законом сохранения массы, определим сколько кислорода вступило с таким количеством металла. Me -? 4,2 г 4,8 г 10,2 г – 5,4 = 4,8 г кислорода 4Ме + О2 = 2Ме2О 4 х 32 г
Решая уравнение, получаем х = 4,2 . 32 / 4,8 . 4 = 7. Такую относительную атомную массу имеет литий, одновалентный щелочной металл.
Пример 5. Тепловой эффект разложения хлората калия составляет 39 кДж/моль. Если при полном разложении некоторого количества хлората выделилось 13 кДж теплоты, то каков объем ацетилена (н. у.), который может полностью сгореть в выделившемся кислороде? Дано: Vm = 22,4 л/моль Решение. Согласно уравнениям реакций: Qмольн = 39 кДж/моль 2 KClO3 = 2KCl + 3O2 , V (C2H2) -? 2 моль 3 моль 1, 5 моль О2 (3/2) 39 кДж х моль О2 13 кДж Решая уравнение, получаем х = 1,5 . 13 /39 = 0,5 моль О2 выделяется. х л 0,5 моль 2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O 2 моль 5 моль 2 . 22,4л Решая уравнение, находим х = 44,8 . 0,5 = 5 = 4,48 л О2. Возможно следующее рассуждение: используя формулы: n = V/Vm, n = Q/Qмольн, тогда V/Vm = Q/Qмольн и находим, n(O2) = 3/2 n (KClO3) = 3 .13 /2 . 39 = 0,5 моль кислорода выделяется. n(C2H2) = 2/5 . n (O2) = 2 .0,5 / 5 = 0,2 моль, а V(C2H2) = 0,2 . 22,4 = 4,48 л. Ответ: V(C2H2) = 4,48 л. Самостоятельно решите задачу. Кислород массой 0,54 г соединяется с четырехвалентным металлом массой 2 г. Какой это металл?
|
