Расчеты по уравнениям реакций

В уравнении химической реакции коэффициенты перед формулами – это количества веществ. Поэтому уравнение (именно уравнение, а не схема!) реакции дает не только качественную, но и количественную информацию о реакции.

Пример 15. В производстве азотной кислоты аммиак при 750 ºС окисляется в присутствии катализатора (сплав на основе платины) до оксида азота (II). Какая количественная информация заключена в уравнении соответствующей реакции?

Решение. 1) Записываем уравнение реакции, молярные массы и молярные объемы реагентов и продуктов:

4NH₃(г) + 5О₂(г) = 4NO(г) + 6Н₂О(г)

М(NH₃) = 17 г/моль, М(О₂) = 32 г/моль, М(NO) = 30 г/моль, М(Н₂О) = 18 г/моль

V_m(NH₃) = V_m(О₂) = V_m(NO) = V_m(Н₂О) = 22,4 л/моль

2) Уравнение реакции свидетельствует о том, что на окисление 4-х моль аммиака расходуется 5 моль кислорода и что при этом образуется 4 моль оксида азота (II) и 6 моль газообразной воды.

3) С учетом стехиометрических коэффициентов массы взаимодействующих аммиака и кислорода составляют 68 г и 160 г, соответственно, а массы образующихся оксида азота (II) и воды – 120 и 108 г., соответственно. Общая масса реагентов(228 г) и продуктов (228 г) одинаковая, что согласуется с законом сохранения массы при химических реакциях.

4) Учитывая значение молярного объема (22,4 л/моль), находим объемы реагентов и продуктов; они равны 89,6 л (NH₃), 112 л (О₂), 89,6 л (NO) и 134,4 л (Н₂О – газ).

Обычно известна масса (или объем – для газа) одного из реагентов или продуктов, но этого достаточно, чтобы определить массы (и объемы - для газов) всех участвующих в реакции веществ.

Пример 16. Перманганат калия и сероводород в среде серной кислоты взаимодействуют согласно уравнению:

2KMnO₄ + 5H₂S + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5S + K₂SO₄ + 8H₂O

Какая масса KMnO₄ и какой объем H₂S (при н.у.) взаимодействуют в этой реакции, если образуется 80 г серы?

Решение. 1) Молярная масса атомов серы M(S) = 32 г/моль. Находим количество серы, образующейся в результате реакции:

моль

2) Согласно уравнению реакции, на образование 5 моль серы расходуется 2 моль KMnO₄, следовательно, при образовании 2,5 моль серы в реакции участвует 1 моль KMnO₄, т.е. 158,0 г.

3) По уравнению реакции количества сероводорода и серы одинаковы, следовательно, объем сероводорода можно вычислить так:

V(H₂S) = n(H₂S)∙V_m = 2,5∙22,4 = 56,0 л

Бывают задачи, в которых даны массы двух взаимодействующих веществ. В таких задачах необходимо вначале определить, какое вещество имеется в недостатке, и по этому веществу вести расчет продуктов реакции.

Пример 17. К раствору, содержащему 16,22 г FeCl₃, прилили раствор, содержащий 14,5 г NaOH. Определить массу образовавшегося осадка Fe(OH)₃.

Решение. Записываем уравнение реакции и молярные массы веществ:

FeCl₃ + 3NaOH = 3NaCl + Fe(OH)₃

M(FeCl₃) = 162,2 г/моль; M(NaOH) = 40,0 г/моль; M(Fe(OH)₃) = 106,8 г/моль

Находим количества реагентов:

n(FeCl₃) = = 0,1 моль; n(NaOH) = = 0,3625 моль

По уравнению реакции количество гидроксида натрия должно быть в три раза больше количества хлорида железа (III), но по результатам проведенного расчета оно еще больше, следовательно, FeCl₃ дан в недостатке, поэтому определение массы Fe(OH)₃ необходимо вести по этому веществу. По уравнению реакции количества FeCl₃ и Fe(OH)₃ одинаковы, следовательно, получено 0,1 моль или 10,68 г Fe(OH)₃.

Стехиометрические расчеты имеют большое значение при анализе смесей и сплавов, когда с помощью химических реакций определяется их состав.

Пример 18. Для определения состава смеси нитрата натрия с хлоридом натрия 20,00 г этой смеси растворили в воде и к полученному раствору добавили в избытке раствор AgNO₃. Полученный осадок промыли и высушили; масса осадка оказалось равной 2,87 г. Определить массу и массовую долю хлорида натрия в исходной смеси.

Решение. Осадок образуется в результате реакции нитрата серебра с хлоридом натрия:

NaCl + AgNO₃ = NaNO₃ + AgCl↓; M(NaCl) = 8,44 г/моль; M(AgCl) = 143,32 г/моль

Находим количество образовавшегося осадка хлорида серебра:

n(AgCl) = = = 0,02 моль

По уравнению реакции количества хлорида натрия и хлорида серебра одинаковые, следовательно, количество NaCl составляет 0,02 моль, а его масса равна 0,02∙58,44 г, т.е. 1,17 г.

Вычисляем массовую долю хлорида натрия в исходной смеси:

w(NaCl) = = 0,0585 = 5,85 %

Пример. 19 При взаимодействии соляной кислоты с 2,20 г сплава магния с алюминием выделилось 2,33 л водорода (н.у.). Определить массовые доли алюминия и магния в сплаве.

Решение. 1) Если массу магния в сплаве принять за x, а объем выделившегося водорода за y, то масса алюминия будет равна (2,20 – x), а объем водорода, который выделяется при взаимодействии алюминия с соляной кислотой, будет равен (2,33 – y).

Записываем уравнения реакций, в которых указываем массы и молярные массы магния и алюминия, объем и молярный объем водорода:

2) Составляем две пропорции:

3) По пропорциям составляем систему двух уравнений с двумя неизвестными:

22,4∙x = 24,3∙y (1)

3·22,4∙(2,20 – x) = 2·27,0∙(2,33 – y) (2)

4) Выразив из первого уравнения значение неизвестного y и подставив его во второе уравнение, находим значение x, т.е. массу магния; она равна 1,26 г. Массу алюминия в сплаве находим по разности; она равна 0,94 г.

5) Вычисляем массовые доли металлов в сплаве:

Дата добавления: 2014-12-16