Методические рекомендации для решения расчетных задач по дисциплине «Химия» для студентов по профессиям



страница1/3
Дата14.02.2019
Размер0.52 Mb.
#72199
ТипМетодические рекомендации
  1   2   3



ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ПРИМОРСКОГО КРАЯ

ФИЛИАЛ КРАЕВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

«УССУРИЙСКИЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»

В ХАНКАЙСКОМ РАЙОНЕ
Методические рекомендации

для решения расчетных задач

по дисциплине «Химия»

для студентов по профессиям

19.01.17 «Повар, кондитер»

23.01.03 «Автомеханик»

35.01.13 «Тракторист-машинист с/х производства»


Составил преподаватель Павлюкова Наталья Владимировна __________

(Фамилия и инициалы преподавателя) (подпись)




Рассмотрено:

Утверждаю:

На заседании цикловой комиссии общеобразовательных дисциплин:

Председатель Рыжих Татьяна Маратовна

(Ф.И.О. председателя)

Протокол № ___ от "___" __________ _________

(подпись)


Зав по УПР Храмылева Светлана Ивановна
"___" __________ Подпись______________

Содержание

1. Пояснительная записка………………………………………………..............3

2. Общие алгоритмы решения задач…………………………………….............4

3. Физические величины, используемые при решении задач по химии ……...5 4. Расчет задач по химическим формулам ………………………………………7

5. Решение задач по химическим уравнениям…………….... ………................10

6. Решение расчетных задач на определения молярной концентрации............14

7. Решение расчетных задач с использованием понятия «моль». …….............16

8. Решение расчетных задач с использованием плотностей, относительных плотностей и молярным объёма газа………………….........................................19

9. Расчеты по термохимическим уравнениям …………………………............23

10. Решение задач на определения скорости химической реакции……………26

11. Решение задач на избыток и недостаток…………..………………………...29

12.Решение расчетных задач на определение объемной доли газа, массовой доли примесей……………………………………………………….33

13. Решение расчетных задач на определение массовой доли растворенного вещества………………………………………………………………………….39

14. Решение задач на вычисления при разбавлении и концентрировании раствора…………………………………………………………………………..42

15. Решение расчетных задач на определение массовой доли выхода продукта реакции от теоретически возможного………………………………………….44

16. Решение задач на вывод формулы углеводорода………………………….48

17. Рекомендуемая литература…………………………………………………..53


Пояснительная записка

Научить студентов решать задачи одна из актуальнейших задач преподавания химии. Большое значение в учебном процессе придается практической направленности обучения, поэтому умение решать задачи один из определяющих факторов при оценке уровня знании студентов. Химическая задача – это модель проблемной ситуации, решение которой требует от обучающихся мыслительных и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.



Значение решения задач это практическое применение теоретического материала, приложение научных знаний на практике. Решение задач как средство контроля и самоконтроля развивает навыки самостоятельной работы; помогает определить степень усвоения знаний и умений и их использования на практике; позволяет выявлять пробелы в знаниях и умениях обучающихся и разрабатывать тактику их устранения. Решение задач — это способ осуществления межпредметных связей, а также связи химической науки с жизнью.

Место задач в курсе химии:

- При изучении нового материала задачи осуществляют помощь в иллюстрации изучаемой темы конкретным практическим применением, в результате более осознанно воспринимаются теоретические основы химии.

- Решение задач дома способствует использованием не только учебников, но и дополнительной литературы.



Общие алгоритмы решения задач

При решении задач необходимо руководствоваться несколькими простыми правилами:

- Нужно внимательно прочитать условие задачи;

-Записать, что дано и что нужно найти;

- Если необходимо нужно перевести, единицы физических величин в единицы, системы СИ (некоторые внесистемные единицы допускаются, например, литры);

- При необходимости записывается уравнения реакции и расставляются коэффициенты;

-Решать задачу, используя понятие о количестве вещества, а не метод составления пропорций;

-Записать ответ.



В целях успешной подготовки по химии следует внимательно рассмотреть решения задач, приводимых в тексте, а также самостоятельно решить достаточное число их. Именно в процессе решения задач будут закреплены основные теоретические положения курса химии. Решать задачи необходимо на протяжении всего времени изучения химии и подготовки к экзамену.

Физические величины, используемые при решении задач по химии





наименование величины

обозначение

единица измерения

пример формы записи

можно найти по формулам

Масса вещества

m

мг; г; кг

m (H2O) = 15 г

m= М· ν

m= ρ · М

m= N/ NA · М

m= V/ Vm· М

mраств. в-ва= ω · mраствора

mраствора = mраств. в-ва/ ω

m = V · ρ

Относительная атомная масса

Ar

безразмерная

Ar (C) = 12

Ar смотрим в таблице Менделеева

Относительная молекулярная масса

Mr

безразмерная

Mr(H2O) = 18

Mr(H2O) = 2 Ar(H) + Ar(O) = 2 · 1 + 16 = 18

Количество вещества

ν (ню) или

n


моль

ν(CH4) = 1,2 моль

ν = m/ М

ν = V/ Vm

ν = N/ NA

Молярная масса (численно равна относительной молекулярной масса)

М

г/моль; кг/моль

M(H2O) =18г/моль

М=Mr·1 г/моль

М = m/ ν

Объём вещества (1 моль любого газа при нормальных условиях занимает 22,4 л)

V

мл; л; м3

V(O2) = 10 л

V = Vm· ν

V=(m/ М) · Vm

V = m/ ρ


Молярная концентрация вещества (молярность)

См

моль/л

Cм(H_2O)=55,3458 моль/л

См = n/VСм=m/V М

Молярный объём (нормальные условия)

Vm

л/моль; м3/моль

Vm= 22,4 л/моль




Плотность вещества

ρ (ро)

г/мл; г/см3; кг/м3

ρ(H2O) = 1 г/мл

ρ = m/ V

ρ = М/ Vm

ρгаза = Мгаза/ Vm

Относительная плотность

D

безразмерная

D H2 = 16



Dгаза по H2 = Мгаза/ 2 г/моль

Dгаза по воздуху = Мгаза/ 29 г/моль

D = Mr (х) : Mr(у)

Массовая доля вещества в растворе или в смеси

ω (омега)

безразмерная или в %

ω (С) = 0,45 или 45%

ω = mраств. в-ва/ mраствора

Массовая доля элемента в соединении (веществе)

ω (омега)

безразмерная или в %

ω (С) = 0,45 или 45%

ω = n Ar/ Mr, где n – число атомов элемента в соединении

Объёмная доля газа в смеси

φ (фи)

безразмерная или в %

φ (H2O) = 0,15 или 15%

φ = V раств. в-ва/ V раствора

Массовая доля выхода вещества в реакции

η (эта)

безразмерная или в %

η (СО2) = 0,25 или 25%

η = mпракт.вых/ mтеор.

η = νпракт.вых/ νтеор.

η = Vпракт.вых/ Vтеор.

Число Авогадро

NA

число частиц (атомов, молекул)

NA = 6,02 · 1023




Число частиц вещества

N

атомы, молекулы

N(NaOH) = 3,01 · 1023




Массовая доля чистого вещества

ω (омега)

безразмерная или в %

ω (СО2) = 0,25 или 25%

ωчист.в-ва= mчист.в-ва/ mсмеси

Уравнение состояния идеального газа










pV = m/M RТ или p V = ν RТ

Давление

p

Па, атм., Н/м²

p=1,013·105 Па,




Абсолютная температура газа

Т

К

Т=273,15К

T(K) = t(°C) + 273.15

Т= pV /R

Универсальная газовая постоянная

R

Дж/(моль ∙ К)

R- = 8, 314 Дж/(моль ∙ К)




Массовая доля примесей


ω (омега)

безразмерная или в %

ω (прим) = 0,45 или 45%

ω п= mп / mо ∙ 100%

Расчет задач по химическим формулам

По химической формуле можно вычислить как хими­ческий состав, так и молекулярную массу.

Определяемый по химическим формулам количест­венный состав имеет огромное значение для многочислен­ных расчетов, которые производятся по химическому со­ставу.



  1. Вычисление относительной молекулярной массы вещества Мr.

Вычисление относительной молекулярной массы ве­щества по химической формуле производится путем сло­жения произведений относительных атомных масс элемен­тов на соответствующие индексы в химической формуле.

Например: Найти относительную молекулярную массу сульфата натрия Na2S04.

Решение:

Mr(Na2S04) = Ar(Na) • 2 + Ar(S) + Аr) • 4 = 23•2+ 32+ 16• 4= 46+ 32+ 64 = 142



2. Нахождение отношения масс элементов по химической формуле сложного вещества.

Задача. Найдите отношение масс элементов в гид­роксиде кальция.

Решение:

  1. Находим относительную молекулярную массу молярную массу гидроксида кальция:

Mr(Са(ОН)2) = 40+ 16•2+ 1 • 2= 74

2) Находим молярную массу гидроксида кальция:

М(Са(ОН)2) = 74•1 г/моль =74 г/моль

  1. Находим отношение масс кальция, кислорода и водоро­да:

Са:О:Н=40:32:2 упрощаем, сокращая все на 2

Са:О:Н=20:16:1



Ответ: отношение масс кальция, кислорода и водорода в гидроксиде кальция равно 20:16:1

3. Нахождения содержание массовых долей элементов в сложных веществах

Массовая доля элемента ω(Э) % - это отношение массы данного элемента m (Э) во взятой молекуле вещества к молекулярной массе этого вещества Mr (в-ва).

Массовую долю элемента выражают в долях от единицы или в процентах:

ω(Э) = m (Э) / Мr(в-ва) (1)


ω% (Э) = m(Э) · 100%/Мr(в-ва)
Как правило, для расчетов массовой доли элемента берут порцию вещества, равную молярной массе вещества, тогда масса данного элемента в этой порции равна его молярной массе, умноженной на число атомов данного элемента в молекуле.

ω(Э) = Ar (Э) / Мr(в-ва) (1)
ω% (Э) = Ar(Э) • 100%/Мr(в-ва)

Задача. Определите массовые доли химических элементов в серной кислоте H2SO4 и выразите их в процентах.

Решение:

1) Вычисляем относительную молекулярную массу серной кислоты:

Mr (H2SO4) = 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98

2) Находим массу молярную массу гидроксида кальция:

М(Са(ОН)2) = 98•1 г/моль =98 г/моль
3) Вычисляем массовые доли элементов.
Для этого численное значение массы элемента (с учетом индекса) делят на молярную массу вещества:

Учитывая это и обозначая массовую долю элемента буквой ω, вычисления массовых долей проводят так:


ω(Н) = 2 : 98 = 0,0204, или 2,04%;
ω(S) = 32 : 98 = 0,3265, или 32,65%;
ω(О) = 64 : 98 =0,6531, или 65,31%

  1. Проверяем правильность вычисления. Сумма массовых долей должна быть ровна 1,0 или 100%

0,0204+0,3265+0,6531=1 (мас. д.)

2,04%+32,65%+65,31%= 100%

Ответ: элементарный состав серной кислоты следующий: массовая доля водорода 0,0204, или 2,04% массовая доля серы 0,3265, или 32,65% массовая доля кислорода 0,6531, или 65,31%

Задачи для самостоятельного решения:

1. Пользуясь периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева, укажите относительные атомные массы алюминия, хлора, натрия, кислорода, азота, фосфора.

2. Вычислите относительную молекулярную массу CaCO3, H2SO4, C6H12O6, C4H10, CuSO4*5H2O, NaCO3*10H2O

3. Вычислите относительную молекулярную массу фосфорной кислоты, если известно, что соотношение атомов водорода, фосфора и кислорода в молекуле равно соответственно 3:1:4.

4. Найди отношения масс элемента сульфате натрия, хлориде магния, оксиде алюминия, гидроксиде бария.

5. Определите массовые доли химических элементов в С2Н4,С6Н6, Са(ОН)2 и выразите их в процентах.



Решение задач по химическим уравнениям.
Химическим уравнением (уравнением химической реакции) называют условную запись химической реакции с помощью химических формул, числовых коэффициентов и математических символов. В уравнении химической реакции в левой части пишутся формулы взятых для реакции веществ, а вправой части уравнения реакции - формулы продуктов реакции. В правильно составленном уравнении реакции число атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения реакции от знака равенства должно быть одинаковым. Для составления уравнения реакции, необходимо знать, какие вещества вступают в реакцию и какие образуются в результате реакции.

При составлении уравнений необходимо помнить, что, уравнивая число атомов в левой и правой половинах равенства, мы не имеем права изменять формулы веществ. Уравнивание достигается только правильным подбором коэффициентов.

В уравнении химической реакции каждая формула изображает один моль соответствующего вещества. Поэтому, зная молярные массы элементов в уравнении реакции, можно найти соотношение между массами веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее протекания. Если в уравнении реакции участвуют вещества в газообразном состоянии, то уравнение реакции позволяет найти их объемные отношения.

При решении задач по уравнениям химических реакций рекомендуется соблюдать последовательность:

1. Если даны вещества с примесями, то сначала вычисляют массу чистого вещества, содержащегося в примеси.

2. Составляют уравнение химической реакции.

3. В уравнении одной чертой подчеркивают химические формулы веществ, данные которых (m, V, v) указаны в условиях задачи, а двумя чертами — формулы тех веществ, данные которых требуется вычислить.

4. По уравнению реакции определяют: количество (моль) тех веществ, формулы которых подчеркнуты (одной или двумя чертами). Коэффициент, стоящий перед формулами подчеркнутых (в данном случае) веществ, будет показывать количества данных веществ (v): Мп М, V, Vm.

5. Найденные значения пишут под соответствующими химическими формулами и производят вычисления. Расчеты по уравнениям

Пример решения задач:

Задача №1: Сколько меди можно получить из 16г сернокислой меди при действии необходимого количества железа?

1. Записать условие задачи:



Дано: m (CuS04)=16 г

Найти: m (Cu)-?

Решение:

1) Напишем уравнение химической реакции. Данные из условий задачи напишем над уравнением реакции

16г хг

CuS04 + Fe = FeS04+Сu



1моль 1 моль

Под формулами написать n,V, m вещества

2) Вычисляем относительную молекулярную массу сернокислой меди:

Mr (CuS04) = 64 + 32 + 16 • 4 = 160

3) Находим молярную массу сернокислой меди:

М (CuS04) = 160•1 г/моль =160 г/моль

4) Находим относительную атомную массу меди:

Аr(Сu) = 64 г/моль

5) Массу вещества находим исходя из формулы:

m=M*n


m (CuS04)= 160 г/моль*1моль=160 г

m(Cu)= 64 г/моль*1моль=64 г

3) Вычисляем массу меди, содержащейся 16 г сернокислой меди

Составляем пропорцию. Пишем уравнения реакции и проводим вычисления:


16г хг

CuS04 + Fe = FeS04+Сu

160г 64г

16г CuSO4 - Х г Сu

160г CuSO4 - 64г Сu

16 г ∙ 64 г/моль

Х = ------------ = 6,4г

160 г/моль

Ответ: масса меди = 6.4 г

Задача №2: Найти массу алюминия, необходимого для получения оксида алюминия количеством вещества 8 моль.


  1. Записать условие задачи:

Дано: ν(Al2O3)=8моль

Найти: m(Al)=?

Решение:

1)Запишем уравнение реакции и расставим коэффициенты. Данные из условий задачи напишем над уравнением реакции:



2)Для вычисления искомого количества вещества, составим соотношение

По уравнению реакции cоставляем пропорцию:

n(Al)/4моль=8 моль/2 моль, отсюда

n(Al)=4 моль *8моль/2 моль=16 моль

3) Вычисляем массу вещества, которую требуется найти:

m=ν∙M,

m(Al)=ν(Al)∙M(Al)=16моль∙27г/моль=432г



Ответ: m (Al)=432 г

Задачи для самостоятельного решения:

1. Вычислите количество вещества оксида алюминия, образовавшегося в результате взаимодействия алюминия количеством вещества 0,27 моль с достаточным количеством кислорода (4Al +3O2=2Al2O3).

2. Вычислите количество вещества оксида натрия, образовавшегося в результате взаимодействия натрия количеством вещества 2,3 моль с достаточным количеством кислорода (4Na+O2=2Na2O).

3. Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы (IV) количеством вещества 4 моль (S+O2=SO2).

4. Вычислите массу лития, необходимого для получения хлорида лития количеством вещества 0,6 моль (2Li+Cl2=2LiCl).

5. Вычислите количество вещества сульфида натрия, если в реакцию с натрием вступает сера массой 12,8 г (2Na+S=Na2S).

6. Вычислите количество вещества образующейся меди, если в реакцию с водородом вступает оксид меди (II) массой 64 г (CuO + H2 = Cu + H2O).

7. Вычислите количество вещества сульфида натрия, если в реакцию с натрием вступает сера массой 12,8 г (2Na+S=Na2S).

8. Вычислите количество вещества образующейся меди, если в реакцию с водородом вступает оксид меди (II) массой 64 г (CuO + H2 = Cu + H2O).

Решение расчетных задач на определения молярной концентрации.
Молярная концентрация (объемная) — количество моль вещества находящееся в единице объема раствора.



Где,

См— молярная концентрация вещества (молярность),

 n— количество моль вещества,

Vautoshape 5 — объем раствора.



Единицы измерения — моль/л  

Например, m(HCl)= 5 моль/кг (H2O), означает, что на 1 кг воды приходится 5 моль HCl. Растворителем не обязательно является вода (это зависит от условий поставленной задачи), количество вещества можно рассчитать при температуре моляльная концентрация не изменяется.



Пример задач:

Задача: В 120 мл раствора сульфата алюминия содержится 3,42 г соли. Определите молярную концентрацию раствора.

Дано:

V (раствор Al2 (SO4)3) = 120 мл. =0,120л.

m (соли) =3, 42 г

Найти:

См-?


Решение:

1) Запишем выражение для нахождения молярной

С (Al2 (SO4)3) = n ((Al2 (SO4)3)/V ра-ра


  1. Найти количества вещества соли n ((Al2 (SO4)3) =m ((Al2 (SO4)3)/M((Al2 (SO4)3)

  2. Вычисляем относительную молекулярную массу сульфата алюминия:

Mr ((Al2 (SO4)3) = 2 •27 + 3•32 + 16 • 12 = 342

  1. Находим молярную массу сульфата алюминия:

М ((Al2 (SO4)3) = 342•1 г/моль =342 г/моль

n ((Al2 (SO4)3) =3.42 г/342 г/моль=0,01моль

7) Вычисляем молярную концентрацию по формуле:

C_M = m((Al2 (SO4)3)/V раствора


С ((Al2 (SO4)3) =0,01моль/0,12 л=0,083 моль/литр

Ответ: Молярная концентрация раствора ровна 0,0083 моль/литр



Задача: Определить молярную концентрацию NaOH в растворе при его массовой доле, равной 25,5%, и плотности 1,25 г/мл.

Дано:

w (раствора) = 25,5%,

Р(раствора)= 1,25 г/мл.

Найти:

С(NaOH)-?



Решение:

1) Нужно найти молярную концентрацию по формуле

Cv(NaOH)=n/V

2) Нам нужно найти количество моль n(NaOH)

n = m /M
Принимаем в качестве образца раствор объемом в 1 литр и определяем его массу:
m (раствора) = V (раствора) ∙ р (раствора) = 1000 ∙ 1,25 = 1250 грамм.
3) Рассчитываем, сколько в образце щелочи по массе:

w= m (NaOH)/ m (раствора) *100%


Из этой формуле можно найти массу щелочи по формуле

m (NaOH) = (w ∙ m (раствора))/100% = (25,5 ∙ 1250)/100 = 319 грамм.


4) Вычисляем относительную молекулярную массу гидроксида натрия:

Mr (NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40

5) Находим молярную массу гидроксида натрия:

М ((NaOH) = 40•1 г/моль =40 г/моль

6) Рассчитываем, сколько гидроксида натрия содержится в образце:
v(NaOH) = m /M = 319/40 = 8 моль.
7)Определяем молярную концентрацию щелочи:
Cv(NaOH)= 8 моль/1литр = 8 моль/литр.
Ответ: Молярная концентрация гидроксида натрия ровна 8 л/моль

Задачи для самостоятельного решения:

1) В 500 мл раствора содержится 56 г гидроксида калия. Определите молярную концентрацию раствора.



2) В 100 мл раствора содержится 0,98 г серной кислоты. Определите молярную концентрацию данного раствора.

3) Из 2, 65 г карбоната натрия приготовили 250 мл раствора. Какова его молярная концентрация?

4) Какая масса уксусной кислоты СН3СООН содержится в 250 мл 0,2 М раствора?

5) Какая масса хлорида железа (‌III) содержится в 150 мл 2М раствора?

6) Слили 300 мл 2 М и 200 мл 8 М раствора серной кислоты. Рассчитайте молярную концентрацию полученного раствора.

7) Какую массу нитрата аммония NН4NО3 надо взять для приготовления 5 л 2 М раствора?

8) Какой объем 38 % - го раствора HCL (р = 1,19 г/мл) надо взять, чтобы приготовить из него 2 л 2 М раствора?

9) Раствор серной кислоты с массовой долей H2SO4 30 % имеет плотность 1,219 г/мл. Какова молярная концентрация этого раствора? (3б)

10) Сульфат натрия массой 21,3 г растворили в 150 г воды, плотность полученного раствора 1,12 г/мл. Какова его молярная концентрация?

11) Какова молярная концентрация 10 % раствора гидроксида калия, плотность которого равна 1,09 г/мл?

12) Какое количество вещества нитрата натрия содержится в растворе объемом 1 л с массовой долей NaNO3 40 %, плотность которого 1,32 г/мл?

13) К воде массой 200 г прилили раствор 2М KCL объемом 40 мл и плотностью 1,09 г/мл. Определите молярную концентрацию и массовую долю KCL в полученном растворе, если его плотность равна 1,015 г/мл.




Решение расчетных задач с использованием понятия «моль»

В химии наряду с единицами массы и объема пользуются единицей количества вещества, называемой молем.

Моль — количество вещества, содержащее столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов и других частиц), сколько содержится атомов в 12 г изотопа атома углерода 12С (обозначается буквой v (ню)).

В одном моле любого вещества содержится одинаковое количество, равное 6,02 • 1023, структурных единиц. Эта величина носит название постоянной Авогадро (обозначение Na, размерность 1/моль).

Молярная масса (М) (грамм-молекула) данного вещества — это величина, равная отношению массы вещества (т, г) к количеству вещества (v, моль).

М = m/n (г/моль)

Молярная масса (Мг) численно равна относительной молекулярной массе или относительной атомной массе (Аг) вещества.

Формулу М= m/V можно преобразовывать в зависимости от условия данной задачи.

Например: М= m/n; n=m/M; m = М *n. (1)

где М – молярная масса вещества, m – масса вещества, ν – количество вещества.

Единица СИ молярной массы – кг/моль, однако обычно используется единица г/моль. Единица массы – г, кг.

Единица СИ количества вещества n – моль.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основную формулу:

n(x) = m(x)/ М(х) = V(x)/Vm = N/NA, (2)

где V(x) – объем вещества Х(л), Vm – молярный объем газа (л/моль), N – число частиц, NA – постоянная Авогадро= 6.022 *10²³ моль-¹.

Относительная атомная масса обозначается Аг Это безразмерная величина. Современные значения относительных атомных масс приведены в периодической системе элементов Д.И. Менделеева (например: Ar(О)=16).

Относительная молекулярная масса обозначается Мг. Это безразмерная величина. Относительная молекулярная масса простых и сложных веществ численно равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы.

Пример задач

Задача №1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Дано: n (NaI)= 0,6 моль.

Найти: m(NaI) =?

Решение.

1) Найти массу можно используя формулу n=m/M и преобразуем ее m=n(NaI)•M(NaI). Количества вещества n(NaI)= 0,6 моль.

2) Неизвестно молярная масса NaI. Её можно вычислить.

Молярная масса иодида натрия составляет:

Mr(NaI) = Ar(Na) + Ar(I) = 23 + 127 = 150

M(NaI)= 150 *1 г/моль = 150 г/моль

3) Определяем массу NaI: m(NaI) = = 0,6 моль • 150 г/моль = 90 г.

Задача №2. Вычислите n, m углекислого газа, полученного при действии на 50 г карбоната кальция избытком раствора соляной кислоты.

Дано: m (CaCO3) = 50 г.

HCl -избыток



Найти: m(СО2) -?

n (CO2)- ?



Решение:

1) Пишем уравнения реакций

CaCO3+2HCl=CaCL+H2O+CO2↑

1 моль 2 моль 1 моль 1 моль 1 моль

2) Найти количества вещества можно используя формулу:

n (СаСО3) =m(СаСО3) /M (СаСО3)


Нам уже известна масса нужна найти молярную массу она числена равна относительно молекулярной массе:

Мr(CaCO3) = 40+12+16*3=100

М(CaCO3)= 100*1 г/моль= 100 г/моль

n (СаСО3)= 50 г./100г/моль=0,5 моль

3) Из уравнения реакции видно, что n (СаСО3) = n (СО2) = 0,5 моль

4) Вычисляем массу СО2 по формуле m(CO2) =M(CO2) *n(CO2)

5) Вычисляем молярную массу оксида углерода II она числена равна относительно молекулярной массе:

Мr(CO2) = 12+16*2=44

М(CaCO3) = 44*1 г/моль= 44 г/моль

m(CO2) = 0,5 моль *44 г/моль= 22 г.

Ответ: n (СО2) = 0,5 моль, m(CO2) = 22 г.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Какова масса 5,6 л (н.у) углекислого газа?

2. Каков объем 128г сернистого газа SO2 при н.у.?

3.Сколько молекул содержится в 32 г сернистого газа SO2?

4.Какова масса в граммах 1.2 *10²³ молекул аммиакаNH3?

5) В каком объеме содержится 12,04 ·1023 молекул углекислого газа - СО2 при н.у.?

6) В каком объеме содержится 3,01·1023 молекул кислорода - О2 при н.у.?

7) Какой объем водорода (н.у.) выделится при реакции цинка химическим количеством 0,5 моля с избытком раствора соляной кислоты?



Решение расчетных задач с использованием плотностей, относительных плотностей и молярным объёма газа

Прежде чем приступить к решению задач, связанных с плотностью, относительными плотностями, молярным объемом, следует вспомнить некоторый теоретический материал, касающийся этих понятий.

1. Закон Авогадро.

Одинаковые объемы различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержат одинаковое число молекул.

Следствие из закона Авогадро.

При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем.

При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа (обозначается Vm).

2. Молярный объем газа — это отношение объема вещества к количеству этого вещества.

Vm= V(X)/ n(x),

где Vm – молярный объем газа - постоянная величина для любого газа при данных условиях = 22.4 л/моль; V(X) – объем газа Х; n(x) – количество вещества газа Х.

3. На основании закона Авогадро определяют молекулярные массы газообразных веществ по их плотности.

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа, взятого при таких же условиях (объем, температура, давление), называется плотностью первого газа по второму.


D= M1/M2
D — относительная плотность газа (безразмерная величина), М1,М2 - молярные массы газов.

Плотность газа по водороду рассчитывается по формуле:

D(H2)=M/2

Плотность газа по воздуху по формуле:

D(возд)=M/29

4. Закон объемных отношений.

При одинаковых условиях (при постоянной температуре и давлении) объемы газов, вступающих в реакцию, относятся друг к другу, а также к объемам газообразных продуктов как небольшие целые числа. Коэффициенты в уравнениях реакций показывают числа объемов, реагирующих и образовавшихся газообразных веществ.

Например:

1)1 объем водорода и 1 один объем хлора дают два объема хлористого водорода

Н2 + С12=2НС1

2)2 объема водорода и 1 объем кислорода дают два объема водяного пара

2Н2 + 02=2Н20

5. В расчетах следует учесть, что объем

одного миллимоля (мМ) — 22,4 мл,

одного киломоля (кМ) — 22,4 м3,

одного мегамоля (ММ) — 22400 м3.

6. Значение закона Авогадро.

Так как 1 моль газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л, то, зная массу 1 л данного газа (при нормальных условиях), можно вычислить молярную массу этого газа.

М= 22,4* р; р = m/V

р — плотность, то есть масса 1 л газа при нормальных условиях.

7. Отношения объемов реагирующих газов позволяют произвести ряд расчетов, не прибегая к вычислению относительных молекулярных масс.

8. Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Менделеева — Клапейрона или уравнение Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа.

Уравнение имеет вид:

pV = nRT или PV=(m/M)RT

где n – число молей газа;
p – давление газа (например, в Па);
V – объем газа (в литрах);
T – температура газа (в кельвинах);
R – газовая постоянная=8,314Дж/(моль*К).

Пример задачи:

Задача №1. Какой объем займет при температуре 20оС и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?

Дано: m(NH3)=51 г;

p=250 кПа; 

t=20oC

R=8,314Дж/(моль*К).



Найти: V(NH3) =?

Решение:

  1. Объем аммиака можно определить по формуле:

pV= nRT (1)

Из этой формуле можно вывести формулу объема:

V (NH3) = nRT/p (2)


  1. определяем количество вещества аммиака по формуле:

n(NH3) = m(NH3)/ М(NH3) (3)

Нам известна масса аммиака, но не известна молярная масса.

Mr(NH3) =14+1*3=17

M(NH3)= 17*1 г/моль=17г/моль

n(NH3) = 51/17 = 3 моль.


  1. Найдём температуру Т=t+273ºC= 20+273=293К

V(NH3) =3 моль•293К•8,314Дж/(моль*К) /250000Па= 0,0292 л

Ответ: V(NH3) =0,0292 л



Задача №2. Определите объем, который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.

Дано: m(N2)=5,6 г; m(H2)=1,4 ; н.у.

Найти: V(смеси)=?

Решение:

  1. Находим объём по формуле:

V(смеси)=V(N2) + V(H2)=Vm•ν(N2) + Vm•ν(H2)

  1. Находим количества вещества водорода и азота:

ν(N2) = m(N2)/ М(N2) = 5,6/28 = 0,2 моль

ν(H2) = m(H2)/ М(H2) = 1,4/ 2 = 0,7 моль



  1. Так как при нормальных условиях эти газы не взаимодействуют между собой, то объем газовой смеси будет равен сумме объемов газов, т.е.

  2. V(смеси)= = 22,4•0,2 + 22,4•0,7 = 20,16 л.

Ответ: V(смеси)= 20,16 л

Задача №3. Относительная плотность хлора по воздуху равна 2,448. Определить молярную массу хлора

Дано: D(воздуху)=2,448

Найти: М(Cl2)

Решение:

1) Плотность хлора по воздуху можно определит по формуле:

D(возд)=M(/29 (1)

2) Из формулы ( 1) можно вывести формулу для определения молярной массы хлора:

М(Cl2)= D(возд)*29

М(Cl2) = 29 г/моль ∙ 2,448 = 71 г/моль

Ответ: М (Cl2) = 71 г/моль

Задачи для самостоятельного решения:


  1. Найдите массу кислорода, содержащегося в баллоне объемом 50л при Т = 250С давлении 790 кПа.

  2. Рассчитайте относительную плотность по водороду следующих газов: сероводорода, хлора, аммиака, озона, углекислого газа.

  3. При н.у. 22.4 л чистого воздуха имеют массу 29 г. Эта масса считается средней молярной массой воздуха. Рассчитайте относительную плотность по воздуху следующих газов: Н2; N2; CO.

  4. Рассчитайте относительную плотность сероводорода по водороду.

  5. Относительная плотность хлора по воздуху равна 2,448. Рассчитайте молекулярную массу хлора.

  6. Вычислить молекулярные массы трех веществ в газообразном состоянии, плотность которых по водороду 13, 23, 39.

7. Вычислить молекулярные массы трех веществ в газообразном состоянии, исходя из плотности по воздуху: 1,586; 4,117; 2,69.

Расчеты по термохимическим уравнениям
Химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. Соотношение между количеством энергии и количеством вещества выражается термохимическими уравнениями. В них, кроме формул и коэффициентов, записывается количество выделяемой или поглощаемой энергии, которое относится к числу молей веществ, соответствующему коэффициентам в уравнении реакции. Это количество носит название теплота реакций.

Теплоту реакции записывают обычно в конце уравнения.

Если перед числом, выражающим теплоту реакции, стоит знак «плюс», значит, энергии выделяется. Такая реакция называется экзотермической

Если перед числом, выражающим теплоту реакции, стоит знак «минус» — энергия поглощается. Такая реакция называется эндотермической.

Теплоту реакции называют тепловым эффектом химической реакции (обозначается буквой Q, выражается в Дж, кДж и т.д.).

2Н2 + 02 - 2Н20 - 571,6 кДж

эндотермическая реакция

S + 02 = S02 + 297 кДж

экзотермическая реакция

Пример задачи:

Задача 1.По термохимическому уравнению 2Cu + O2 = 2CuO + 310 кДж

вычислите количество теплоты, выделившейся в результате окисления 4 моль меди.



Дано: n(Cu)=4 моль

Найти: =?

Решение:

  1. Над формулами веществ надпишем сведения, взятые из условия задачи, а под формулой – соотношение, отображаемое уравнением реакции

4моль X кДж

2Cu + O2 = 2CuO + 310 кДж

2 моль
2. Находим выделившееся количество теплоты, решая пропорцию:

X= 4 моль *310/2 моль=620 кДж

Ответ: Количество выделившейся теплоты 620 кДж.
Задача №2. По термохимическому уравнению С + О2 = СО2 + 412 кДж вычислите массу сгоревшего угля, если количество теплоты, выделившееся в результате реакции, составляет 82,4 кДж.

Дано: Q = 82,4 кДж

Q р-ции = 412кДж



Найти: m =?

Решение:

Запишем термохимическое уравнение реакции. Обозначим вопросительным знаком количество вещества, массу которого надо найти, и надпишем количество теплоты, записанное в условии задачи. Под формулой вещества обозначим молярное соотношение, вытекающее из уравнения реакции. Вычислим количество вещества, массу которого требуется найти.

? моль 82,4 кДж

С + О2 = СО2 + 412 кДж

1 моль

Для этого составим пропорцию



х/1=82,4/412, откуда х= 0,2.

Следовательно, n(С)=0,2 моль

Перейдем от количества вещества к массе вещества. Для этого используем молярную массу вещества

m=n•М


m(С)=n(C)•М(С)

m(C)=0,2моль•12г/моль=2,4

Запишем ответ

Ответ: m(С) = 2,4 г



Задачи для самостоятельного решения:

1. Согласно термохимическому уравнению реакции CH4+ 2O2 = CO2 +2H2O + 802 кДж определите количество теплоты, выделившейся при сжигании 24 г метана.

2. Тепловой эффект реакции горения серы равен 297 кДж. Какая масса серы сгорела, если выделилось 742,5 кДж теплоты.

3. По термохимическому уравнению H2+ Cl2 = 2HCl + 184,36 кДж рассчитайте, какой объем затрачен на образование хлороводорода (при н.у.), если при этом выделилось 921,8 кДж теплоты.

4. Определите количество теплоты, которое выделится при образовании 120 г MgO в результате реакции горения магния, с помощью термохимического уравнения. 2 Mq + O2 = 2MqO + 1204 кДж

5. Какой объем кислорода (при н.у.) выделится в результате реакции, термохимическое уравнение которой 2KClO3 = 2KCl + 3O2 – 91 кДж, если на разложение бертолетовой соли было затрачено 182 кДж теплоты.



Решение задач на определения скорости химической реакции.
Скорость химической реакции равна изменению количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства В зависимости от типа химической реакции (гомогенная или гетерогенная) меняется характер реакционного пространства.

Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ:


где С1 – начальная концентрация одного из реагирующих веществ в момент времени t1, С2 – концентрация в момент времени t2, t1 – начальное время, t2 – время окончания реакции. Поскольку значение скорости реакции не может быть отрицательным, то в случае получения отрицательного значения берем его математический модуль.

Единицы измерения величин: С – моль/л, t – с (секунда), u – моль/(л•с).

Скорость химической реакции зависит: от природы реагирующих веществ; от концентрации реагентов; от температуры; от поверхности соприкосновения реагирующих веществ (для гетерогенных систем); от участия катализатора или ингибитора.

Для реакции А + В = С

u = k[A]•[B],

где k – константа скорости, [A] – концентрация вещества А, [В] – концентрация вещества В.

Если в реакции в отдельном столкновении участвуют, а молекул А и b молекул В, т. е. аА + bВ = С, то выражение u = k•[A]а •[B]b называют законом действующих масс. (Показатели степени, а и b часто не равны стехиометрическим коэффициентам вследствие сложного механизма реакции.)

При повышении температуры на каждые 10° скорость реакции возрастает в 2–4 раза (правило Вант-Гоффа):

где u2 – скорость реакции при температуре t2, 1 – скорость реакции при температуре t1, g – температурный коэффициент, он принимает значения от 2 до 4.



Пример задачи:

Задача 1. Вычислите среднюю скорость химической реакции, если через 20 с от начала реакции концентрация веществ составляла 0,05 моль/л, а через 40 с – 0,04 моль/л.

Дано: c1= 0,05 моль/л

С2= 0,215 моль/л

t 1= 20 с

t 2= 40 с



Найти: ν=?

Решение:

  1. Запишем формулу для вычисления скорости реакций:

ν =(с2-с1) / (t1 – t2)

2) Подставим данные в формулу и найти скорость химической реакции, взяв её математический модуль

ν = (0,05 – 0,04) / (40 -20) =0,0005 моль/(л*с)
Ответ: ν = 0,0005 моль/(л*с)
Задача №2. Как изменится скорость химической реакции 2СО + О2 2СО2, если уменьшить объем газовой смеси в 2 раза?

Задача№3. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры от 300 до 350 °С, если температурный коэффициент равен 2?

Дано: t1= 300°С, t2 = 330°С

γ=2


Найти: ν2=?

Решение:

1) Запишем выражение зависимости скорости реакции от температуры:

υ2=υ1·γ (t2-t1) /10

2) Подставим данные в формулу и производим вычисления:

υ 350=υ300·2 (330-300) /10= 2³=8

Ответ: скорость реакции возросла в 8 раз.


Задачи для самоконтроля:

1. Как изменится скорость реакции 2Fe + 3Cl2 2FeCl3, если давление системы увеличить в 5 раз?

2. Скорость реакции при охлаждении от 80 до 60 °С уменьшилась в 4 раза. Найти температурный коэффициент скорости реакции.

3. Реакция при 50 °С протекает за 2 мин 15 с. За какое время закончится эта реакция при t = 70 °C, если температурный коэффициент равен 3?



Решение задач на избыток и недостаток.
Вычисление количества продукта реакции при известных количествах двух исходных веществ, одно из которых взято в избытке.

Помните:


1. Задача состоит из 3-ёх частей:

I - химическая – краткая запись данных, составление уравнения реакции;

II - аналитическая – анализ данных в условии и уравнения реакции;

III - математическая – расчеты по уравнению реакции.

2. Данный тип задач предполагает дополнительное действие: определение реагента, который взят в избытке.

3. Массу (количество, объем) продукта определяют по веществу, полностью израсходованному в реакции.

Запомни: Если даны вещества, то одно из них полностью расходуется, а другое дано в избытке.

Схема решения задач


Порядок решения задач

1. Запишите кратко условие задачи.

2. Запишите уравнение реакции.

3. Над формулами веществ запишите данные по условию, приняв одно из известных за неизвестное.

4. Найдите, какое из данных веществ расходуется полностью.

5. По полностью израсходованному веществу найдите продукт реакции.

6. Запишите ответ.



Пример решения:

Задача №1: Сколько образуется оксида серы (IV) при взаимодействии 71 г сульфита натрия с 0,5 моль серной кислоты?

Дано:

m (Na2SO3) = 71г

n (H2SO4) = 0,5моль

Найти: V(SO2)

Решение:

1.Запишите краткое условие задачи и уравнение химической реакции, подчеркните вещества, о которых идет речь в задаче. Данные из условия задачи запишите над формулами соответствующих веществ в уравнении.

71г 0,5 моль Х

Na2SO3 + H2SO4 = Na2 SO4 + SO2 + Н2О

Чтобы решить, по какому из реагентов можно определить продукт, обозначьте один из них переменной (например, Х) и составьте пропорцию относительно него.

М (H2SO4) = 106г/моль

m(H2SO4) = M (H2SO4)/n (H2SO4)=106г/моль/1 моль=106г

71г 106


Na2SO3 + H2SO4 = Na2 SO4 + SO2 + Н2О

n = 1 моль Х моль



Помните: единицы измерения количеств веществ по условию и по уравнению должны совпадать!

2. Составим и решим пропорцию: 71г: Х моль = 106г: 1 моль

Х = 71г * 1 моль / 106г Х = 0,67 моль

Сравните полученный результат с данным по условию задачи:

если Х <, чем дано в условии, то этот реагент дан в избытке

если Х>, чем дано в условии, то этот реагент дан в недостатке.

Расчет ведём по веществу, данному в недостатке!

Для реакции необходимо 0, 67 моль H2SO4, а по условию её 0,5 моль, следовательно, она расходуется полностью и дальнейший расчет ведем по H2SO4:

3. 71г Хл

Na2SO3 + H2SO4 = Na2 SO4 + SO2 + Н2О

n = 1 моль n = 1 моль

М = 106г/моль Vm = 22,4 л/моль

m = 106 г V = 22,4 л

4. Составим и решим пропорцию: 71г: 106г = Х л : 22,4л

Х = 71 * 22, 4 / 106 Х = 15,08л

5. Запишем ответ: 15,08 л SO2



Задача№2: Определите массу сульфата бария, полученного при сливании 20мл 60-процентной серной кислоты (плотность 1,14) с раствором, содержащим 29,03 хлорида бария.

Дано: V(H2SO4) = 20 мл, W(H2SO4) = 60% = 0,6

ρ((H2SO4) = 1.14 г/мл m(BaCl2) = 29,03 г



Найти: m(BaSO4)

Решение:

1. Найдем массу раствора H2SO4:

m (р-ра H2SO4) = ρ * V = 1,14 г/мл *20 мл = 22,8 г

2. Найдем массу химически чистой H2SO4:

m(H2SO4) = 22,8 г * 0,6 = 13,68 г

3. Запишем уравнение реакции:



H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2НСl

4. Найдем вещество, расходованное полностью:

13,68 г Х г

H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2НСl

n = 1 моль n = 1 моль

M=98г/моль M=208г/моль

m = 98 г m = 208 г

5. Составим и решим пропорцию: 13,68 г: 98 г = Х: 208 г Х = 29,035 г

Для реакции с 13,68 г H2SO4 необходимо 29,035 г BaCl2, а по условию его всего 29,03 г, следовательно, это вещество расходуется полностью. Дальнейший расчет ведем по нему.

6. 29,03 г Х г

H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2НСl

n = 1 моль n = 1 моль

M=208г/моль M=233г/моль

m = 208 г m = 233 г

Составляем и решаем пропорцию: 29,03 г: 208 г = Х: 233 г Х = 32,5 г

7. Запишем ответ: m(BaSO4) = 32,5 г



Задача№3. Сколько нитробензола образуется при взаимодействии бензола массой 15,6 г и 200 г раствора азотной кислоты с массовой долей вещества 0,35 (35%)?

Дано:

m (С6Н6) =15, 6 г

m(HN03) =200 г

w(HN03) =35%



Найти:

m(С6Н5N02) -?



Решение:

1) Найдем массу раствора HN03:

m (HN03) =200 • 35%/100%=70 (г)

2) Запишем уравнение реакции:

15,6 г 70 г х г

C6H6 + HONO = C6H5NO2 + НСO г

1 моль I моль 1 моль

78 г/моль 63 г/моль 123 г/моль



  1. 63 г 123 г

3) Найдем избыток и недостаток. Для этого найдем количество вещества C6H6, HN03

v(C6H6) =15.6 г/78г/моль=0,2 моль

v(HN03) =70 г/63 г/моль=l, l моль

Следовательно, HNO3 — в избытке, расчет ведем по С6Н6:

15,6/78=x/123

Х= 15.6г*123г/78г=24.6 г

Ответ: w(C6H5N02) =24,6 г.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Смешали 7,3 г хлороводорода с 4 г аммиака. Какая масса соли при этом образуется?

Ответ. 10,7 г.

2. К 250 г 12%-го раствора нитрата серебра добавили 300 г 4%-го раствора хлорида натрия. Вычислить массу образовавшегося осадка.

Ответ. 25,3 г.

3. Раствор, содержащий 26,1 г нитрата бария, смешали с 52 мл 26%-го раствора сульфата натрия (= 1,3 г/мл). Какие вещества и в каких количествах остались в растворе после того, как осадок был отфильтрован?

Ответ. 0,2 моль NaNO3 и 0,02 моль Na2SO4.

4. Смешали 100 мл 20%-го раствора серной кислоты (= 1,14 г/мл) и 400 г 5,2%-го раствора хлорида бария. Определить количество осадка и концентрации веществ, находящихся в растворе после отделения осадка.

Ответ. 0,1 моль BaSO4; 2,6%-й р-р Н2SO4 и 1,5%-й р-р HCl.

Решение расчетных задач на определение объемной доли газа, массовой доли примесей




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница