Какой объем при н у займут продукты реакции

13.10.2020
0
Главная › Какой продукт › Какой объем при н у займут продукты реакции

Молекулы вступают в реакцию в определённых соотношениях, и это описывают химические реакции. Например, из этого уравнения

2Н2 + О2 = 2Н2О

видно, что в реакции приняли участие 2 молекулы водорода и 1 молекула кислорода, образовав при этом 2 молекулы воды. Но молекула так малы, что увидеть их невозможно, и уж тем более нельзя взять их в руки. Поэтому в учебнике химии и появляется понятие моль – количество вещества, в котором содержится число Авогадро частиц (6,02*10 в двадцать третьей степени). Рядом с этим понятием стоит другое – молярная масса, то есть масса 1 моля частиц. Молярная масса совпадает с атомной или молекулярной, рассчитывается по таблице Менделеева и выражается в граммах на моль (г/моль).

Фото: pixabay.com

Но мы прекрасно знаем, что не все вещества в обычных условиях находятся в твёрдом или жидком состоянии. Например, кислород, азот, хлор, неон – это газы. Резонно спросить: а как же их взвешивать? На этот случай химии для 8 класса припасено ещё одно понятие – молярный объём.

Что такое молярный объём

Тут следует запомнить, что в обычных условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объём. То есть молярный объём – это объём 1 моля любого газа. Сейчас советую на всякий случай вспомнить, что в 1 моле любого вещества (в том числе газа) содержится число Авогадро частиц. Старайтесь не забывать об этом факте.

Теперь надо обязательно упомянуть следующее. Все знают, что при изменении температуры и давления объём газов меняется. Так вот чтобы все расчёты вести правильно, то есть в одинаковых условиях, говорят о нормальных условиях: температуре 0 градусов Цельсия и давлении в 1 атмосферу (или 101,3 кПа). Это нужно просто запомнить:

нормальные условия в химии: температура – 0 градусов Цельсия, давление – 1 атм.

Экспериментально было доказано, что в нормальные условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 литра.

То есть молярный объём любого газа в н.у. составляет 22,4 л/моль.

И это число тоже нужно запомнить! Оно даже важнее, чем сами нормальные условия, потому используется это число в решениях по химии намного чаще, чем н.у. (нормальные условия).

Как найти молярный объём

Очень просто. Если молярную массу для каждого вещества нужно рассчитывать по таблице Менделеева, то

молярный объём для всех газов одинаков.

Пример 1.

Молярная масса воды Н2О 18 г/моль (2*1+16, всё берем из периодической таблицы), молярная масса оксида кальция СаО 56 г/моль (40+16), молярная масса серной кислоты Н2SO4 98 г/моль (2*1+32+4*16).

Зато в нормальных условиях молярный объём кислорода О2 22,4 л/моль, молярный объём фтора P2 22,4 л/моль, молярный объём ксенона 22,4 г/моль. Приятно, не правда ли?

Другое дело, если речь идёт о химических реакциях. Но для начала просто потренируемся с цифрами.

Пример 2.

Определите объём, который занимают 10 моль кислорода в н.у.

Решение:

Молярный объём кислорода 22,4 л/моль, то есть 1 моль занимает 22,4 л. Следовательно, 10 моль будут занимать в 10 раз больше 22,4*10=224 литра. Это и есть ответ: 10 моль кислорода займут объём 224 литра.

Пример 3.

Известно, что неон в н.у. занял объём 5,6 литра. В каком количестве взят неон (в молях)?

Решение:

1 моль занимает объём 22,4 литра, а вот неизвестное число моль заняло объём 5,6 литра. Можно составить пропорцию:

1 моль – 22,4 литра

Х моль – 5,6 литра

Отсюда Х=1*5,6/22,4=0,25. Значит ответ такой: неон взяли в количестве 0,25 моль.

Пример 4.

Это уже расчёт по химической реакции, поэтому будьте внимательны. Итак, хлор прореагировал с водородом с образованием хлорида водорода:

Н2 + Cl2 = 2HCl

Для реакции взяли 11,2 литра водорода. Сколько понадобилось хлора (н.у.)?

Решение:

Посмотрим, сколько нам дано водорода по условию задачи. 1 моль водорода занимает объём 22,4 литра. Но у нас всего 11,2 литра водорода, то есть Х моль. Составим пропорцию:

1 моль – 22,4 литра

Х моль – 11,2 литра

Отсюда Х=1*11,2/22,4=0,5 моль водорода. Значит, по условию задачи у нас водорода 0,5 моль.

Из уравнения химической реакции Н2 + Cl2 = 2HCl видно, что нам нужно по 1 молю водорода и хлора (об этом говорят коэффициенты в уравнении). То есть, 1 моль водорода реагирует с 1 молем хлора. Но нам дали всего 0,5 моль водорода, сколько нам нужно хлора? Составим ещё одну пропорцию:

1 моль водорода реагирует с 1 молем хлора

0,5 моль водорода реагирует с Х молями хлора.

Отсюда получаем: Х=0,5*1/1=0,5 моль. Таким образом, нам нужно 0,5 моль хлора. А это количество занимает объём 22,4*0,5=11,2 литра.

Ответ: понадобилось 11,2 литра хлора.

В следующий раз мы научимся делать расчёты по реакциям, в которых участвуют и твёрдые вещества, и газы, то есть одновременно будем использовать молярную массу и молярный объём.

Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

Источник

Источник

Стехиометрия – основа химических расчётов

Невозможно произвести даже простейшие расчёты в химической науке без знания законов стехиометрии. Под стехиометрией (от др. греческого στοιχεῖον – «элемент» +μετρέω «измерять») понимают правила и терминологию, с помощью которых рассчитывают количественные соотношения веществ в хим. взаимодействиях. Эта система позволяет найти химические формулы и составить уравнения реакций.

Стехиометрические законы выражают такие физико-химические явления, как:

  • сохранение массы;
  • постоянство состава;
  • кратность отношений;
  • объёмные отношения (з-н Гей-Люссака);
  • число Авогадро (следствие из одноимённого закона);
  • взаимодействия в эквивалентных отношениях.

I. Применение в расчётах представлений о массовой доле вещества в растворе

Понятийный словарь: 

  • Раствор (р-р) – гомогенная смесь 2-х или нескольких компонентов;
  • Компоненты – ингредиенты (составные части) раствора;
  • Растворённое вещество (р.в.) и растворитель (р-ль) – две обязательных части раствора. Растворяемых веществ может быть несколько.
  • Массовая доля вещества в р-ре (м.д.в. в р-ре) – количественный показатель, равный отношению массы растворенного вещества к массе содержащего его раствора. Другое название этого показателя – концентрация раствора. Эта характеристика обозначается буквой ωи вычисляется по формуле:

ω(в-ва) =   m(в-ва) : m(р-ра) (1)

здесь:

  • ω(в-ва) – м.д.в., находящегося в р-ре (г),
  • m(в-ва) – масса в-ва,находящегося в р-ре (г), 
  • m(р-ра) – масса всего р-ра (г).

По формуле (1) м.д.в. принимает значения от 0 до 1.

В практических расчётах м.д.в. чаще выражают в процентах, используя видоизмененную формулу (2):

ω(в-ва) = (m(в-ва) : m(р-ра)) ·100%    (2)

Если раствор является 2-х компонентным, то можно рассчитать м.д.в. растворённого в-ва ω (р.в.), а также м.д.в. растворителя  ω (р-ля). В этом случае сумма этих долей всегда будет равна 100%.

Масса р-ра равна сумме масс растворённого в-ва и р-ля:

m(р-ра) = m(р.в.) + m(р-ля)      (3)

Пример 
Условие Сделать расчёт массовой доли азотнокислого натрия в растворе, который получен при смешении 10 грамм соли и 40 грамм воды.
Решение

Здесь: NaNO3 – растворённое в-во, H2O – р-тель. Формулы 2 и 3 примут вид:

ω(NaNO3) = m(NaNO3)/m(р-ра),

m(р-ра) =  m(Na NO3) + m(H2O)

Из условий задачи:

m(р-ра) = 10 г + 40 г =50 г,

ω(NaNO3) = ·100% = 20%

Ответω(NaNO3) = 20%

II.Применение в расчётах представлений об объёмных отношениях газов в химических взаимодействиях

В основе этих вычислений лежат следствия из закона Авогадро.

Согласно им отношения объёмов взаимодействующих между собой газов равно отношению коэффициентов перед формулами этих газов, записанных в уравнении, то есть объёмные соотношения реагентов и продуктов реакции соответствуют стехиометрическим соотношениям, отраженных в уравнении этой реакции.

Например, в реакци N2 + 3H2 = 2NH3,в объёмы всех записанных в уравнении в-в соотносятся как их стехиометрические коэффициенты:

V(N2) : V(H2): V(NH3) = k(N2) : k(H2): k(NH3) = 1 : 3 :2

Одним молем любого газообразного вещества в одинаковых условиях заполняется всегда один и тот же объём. Если 1 моль газа измерен при нормальных условиях (н.у.), то занимаемый им объём называется молярным объёмом. Он обозначается Vm .

Это понятие позволяет вычислить количество газа:

n = V : Vm,

здесь

  • n – кол-во газа,
  • V – его объём.

Исходя из этого Vm = V : n , т.е. молярным объёмом определяется отношением объёма вещества к его количеству. 

Vm  измеряется в л/моль и равен 22,4 л/моль. 

Пример 
Условие Сколько нужно водорода для синтеза 50 литров аммиака? Объёмы этих газов определены в одинаковых условиях.
Решение

Записать уравнение хим. реакции:

N2 + 3H2 = 2NH3

Все газы – реагенты находятся в одинаковых условиях. Значит, объёмное количество водорода находится с объёмным количеством получившегося аммиака в том же отношении, что и их стехиометрические коэффициенты:

V(H2)/V(NH3) = k(H2)/k(NH3), отсюда

V(H2) = k(H2)/k(NH3)· V(NH3) = ·50 л = 75 л

Ответпотребуется 75 литров водорода.

III.Расчёт количества в-ва (объёма или массы) по определённой величине объёма или массы в-ва, участвующего в химическом процессе

В подобных вычислениях нужно применить следующий алгоритм:

а) сделать запись уравнения соответствующей условию задачи реакции. Расставить правильно стехиометрические коэффициенты;

б) сделать расчёт числа молей в-ва, количество которого указано в задаче. Если речь идёт о массе какого-то в-ва (А), то применить формулу:

nA = mA/MA       

здесь

  • mA – масса в-ва A;
  • MA – молярная масса в-ва.

Если указаны объёмы газа, то вычислять по формуле:

nA = VA/Vm,       

 здесь

  • VA – объём газа A; 
  • Vm – молярный объём, равный для всех газообразных в-в при н.у. 22,4 л/моль.

Примечание. Если кол-во вещества даётся в молях, то его находить уже не требуется.

в) затем определить моли искомого в-ва (В), используя следствия из закона Авогадро –

nA/kA = nB/kB  

  • nA и nB – кол-во веществ А и В,
  • kA и kB – коэффициенты перед ними в уравнении.

=> преобразовав формулу: nB = nA/kA· kB

г) определив количество в-ва В, найти его массу:

mB = MB· nB

для газообразного в-ва В использовать соответствующую формулу:

VB = Vm·nB = 22,4 л/моль · nB

Пример 
Условие Сколько грамм Al2S3 нужно, чтобы при его реагировании с избытком HCl выделился газ (H2S) в объёме 33,6 литра (при н.у.).
Решение
  • согласно алгоритму составить реакцию:

    Al2S3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2S↑

  • сделать расчёт кол-ва сероводорода, т.к. из условия известен его объём:

    n(H2S) = V(H2S)/Vm = 33,6л/22,4л/моль = 1,5 моль 

  • используя принцип одинаковости отношений кол-ва вещества к его стехиометрическому коэффициенту в данной реакции n(Al2S3)/k(Al2S3) = n(H2S)/k(H2S),

    вычислить необходимое для реакции количество молей сульфида аллюминия:
    n(Al2S3) = n(H2S)· k(Al2S3)/ k(H2S) = 1,5 моль ·1/3 = 0,5 моль

    осталось определить массу
    Al2S3, нужного для  реакции: m(Al2S3) = M(Al2S3)·n(Al2S3) = 150 г/моль·0,5 моль = 75 г

Ответпотребуется 75 грамм сульфида алюминия.
Читайте также:  Какие продукты нужны во время поста

IV. Вычисления с определением теплового эффекта реакций

Общие понятия

Все химические реакции идут либо с выделением тепла –экзотермические реакции (+Q), либо с его поглощением – эндотермические реакции (-Q).

Величина теплоты, выделенной или поглощённой в ходе химического процесса – есть тепловой эффект реакции и обозначается Q.

Уравнения реакций с обозначенным тепловым эффектом Q называются термохимическими.

Примечание. В термохимических уравнениях обязательно указывается агрегатное состояние реагирующих веществ, влияющее на значение Q.

Образец термохимического уравнения: CH4(г) +2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(ж) + 890кДж

Пример 1(типичная задача вычисления Q)
Условие 

45 г глюкозы взаимодействуют с избытком кислорода по уравнению:

C6H12O6(тв.) + 6O2(г) = 6CO2(г) + 6H2O(г) + Q

Рассчитать тепловой эффект реакции, если в ходе её выделилось 700 кДж теплоты.

Решение
  • согласно алгоритму составить реакцию:

    Al2S3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2S↑

  • сделать расчёт кол-ва сероводорода, т.к. из условия известен его объём:

    n(H2S) = V(H2S)/Vm = 33,6л/22,4л/моль = 1,5 моль 

  • используя принцип одинаковости отношений кол-ва вещества к его стехиометрическому коэффициенту в данной реакции

    n(Al2S3)/k(Al2S3) = n(H2S)/k(H2S),

    вычислить необходимое для реакции количество молей сульфида аллюминия:

    n(Al2S3) = n(H2S)· k(Al2S3)/ k(H2S) = 1,5 моль ·1/3 = 0,5 моль осталось определить массу Al2S3, нужного для  реакции: m(Al2S3) = M(Al2S3)·n(Al2S3) = 150 г/моль·0,5 моль = 75 г

Ответ

Q = 2800 кДж

Пример 2 (полного термохимического уравнения)
Условие 

В итоге реакции, изображённой термохимическим уравнением

3Fe3O4(тв.) + 8Al(тв.) = 9Fe(тв.) + 4Al2O3(тв.) + 3330 кДж

 получено 68 г окисла Al. Сколько выделилось тепла в этом процессе?

Решение
  • Сосчитать кол-во оксида алюминия:

    n(Al2O3) = m(Al2O3) / M(Al2O3) = 68 г / 102 г/моль = 0,667 моль

  • составить пропорцию:

    4 моль Al2O3 — 3330 кДж
    0,667 моль Al2O3 — x кДж 

  • из пропорции вывести уравнение;

    4/0,667 = 333 /x → х = (3330 *0,667) / 4 =555 кД

Ответ

при получении 68 г Al2O3 выделится теплоты 555 кДж.

V. Расчёт количества (объёмов, массы) продуктов химических взаимодействий при избытке одного из реагентов (наличие примесей)

Общие положения

Зачастую химические процессы заканчиваются полным расходом одного вступающего в реакцию реагента, в то время как другой реагент расходуется не полностью.

Значит, первое вещество находится в недостатке, а второе с непрореагировавшими остатками – в избыточном количестве. Избыток в-ва не участвует в процессе.

Вывод.Количественный выход продукта взаимодействия зависит лишь от кол-ва реагента, бывшего в недостатке.

Какое в-во в недостатке определяется сравнением отношений кол-ва реагента к стехиометрическим коэффициентам.

Например, для реакции идущей в соответствии с уравнением aA + bB = cC + dD

Реагент А взят в кол-ве nA, а реагент В – в кол-ве nB.

При сравнении отношений n(A)/a и n(B)/b нужно определить меньшее из них. Оно укажет на вещество, находящееся в недостатке. 

Далее расчёты ведутся как в п.III

Пример 1
Условие 

Определить массу Al2S3, образующегося при нагреве смеси 54 грамм Al и 80 грамм S.

Решение
  • записать реакцию в виде уравнения

    2Al + 3S = Al2S3

  • рассчитать кол-ва в молях Al и S:

    n(Al) = m(Al)/M(Al) = 54/27 = 2 моль;
    n(S) = m(S)/M(S) = 80/32 = 2,5 моль

  • выяснить, какой исходный реагент в недостатке. Для этого разделить число молей на стехиометрические коэффициенты: n(Al)/k(Al) = 2/2= 1 и  n(S)/k(S) =2,5/3 ≈ 0,833

    Сера находится в недостатке, вычисления ведутся по её кол-ву.

  • по уравнению 2Al + 3S = Al2S3 вступившая в реакцию сера и сульфид алюминия взаимосвязаны отношением:

    n(S)/3 = n(Al2S3)/1  здесь 3 и 1 – коэффициенты в уравнении. Тогда кол-во сульфида Al в молях будет:

    n(Al2S3) = n(S)/3 = 2,5/3 ≈ 0,8333 моль

    Масса Al2S3 будет:

    m(Al2S3) = M(Al2S3) ∙ n(Al2S3) = 150 ∙ 0,8333 = 125 г

Ответ

получится 125 грамм Al2S3.

Продолжение общих положений

В данном типе расчётов могут встретиться задачи, где по условию в реагенте находятся примеси (mр-та с прим.). Тогда первым действием в решении будет вычисление массы чистого реагирующего в-ва без каких-либо добавок (mр-та).

Если в задаче указывают массу нечистого реагента и его массовую долю ωр-та , то массу чистого в-ва считать по формуле:

mр-та = ωр-та·mр-та с прим /100%

если в задаче указывают массовую долю примеси, то приняв во внимание, что ωр-та + ωприм. = 100%, расчёт ведут по формуле:

mр-та = (100 – ωприм)·mр-та с прим /100%

Пример 2 (с учётом примесей)
Условие 

Определить объём CO2 (при н.у.), образовавшегося под действием избытка HCl на 150 грамм технического CaCO3 с 10% примесей.

Решение
  • записать уравнение:

    CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O

  • найти массовую долю чистого CaCO3:

     ω(CaCO3) = 100% — ω(прим.) = 100% — 10% = 90%.

  • вычислить массу чистого CaCO3: 

    m(CaCO3) = ω(CaCO3) ∙ m(CaCO3 техн.)/100% = 90% ∙ 150 г/100% = 135 г 

  • тогда количество в-ва CaCO3 в молях будет: 

    n(CaCO3) = m(CaCO3)/M(CaCO3) = 135 г / 100 г/моль = 1,35 моль

  • из уравнения видно, что кол-ва веществ CaCO3 и CO2 равны, т.к.коэффициенты у них одинаковые: 

    n(CO2) = n(CaCO3) = 1,35 моль

  • Поскольку 1 моль любого газообразного в-ва занимает объём 22,4 литра, определить объём образовавшегося углекислого газа

    V(CO2) = n(CO2) ∙ Vm = 1,35 моль ∙  22,4 л/моль = 30,24 л

Ответ

получится 125 грамм Al2S3.

VI. Вычисления количественных характеристик продуктов реакций (масса, объём, моль) в случаях, когда одно вещество находится в растворённом виде и имеет определённую массовую долю

Алгоритм данного вида расчётов следующий:

  1. Нахождение массы растворённого в-ва. В зависимости от условий задачи расчёт может вестись или 
    • по формуле: m(р.в.) = m(р-ра)·ω(р.в.) /100% с известными массовыми долями р-ра и растворённого в-ва;
    • по формуле m(р-ра) = p(р-ра)·V(р-ра) с известными объёмом р-ра, его плотностью, массовой долей растворённого в-ва. Затем вычисляется масса растворённого в-ва как в подпункте а).

  2. Определить кол-во молей в-ва, чью массу сосчитали в п.1: n(в-ва) = m(в-ва)/M(в-ва),    здесь M –молярная масса в-ва.

  3. Составить уравнение хим. реакции с правильно расставленными коэффициентами.

  4. На основе принципа равенства отношений количеств участников химического взаимодействия к своим коэффициентам сделать расчёт кол-ва молей, нужного для ответа на вопрос задачи вещества: n(А)/n(B) = k(А)/k(В)

  5. По найденному кол-ву в-ва при необходимости вычислить массу: m = M·n Применительно к газообразным в-вам использовать формулу: V(газа) = Vm·n(газа) = n(газа)·22,4 л/моль
Пример
Условие 

Определить, какая масса осадка выпадет, если избыток р-ра Ba(NO3)2 долить к 147 граммам 20 – процентной H2SO4.

Решение
  • вычислить массу чистой H2SO4:

    m(H2SO4) = w(H2SO4) ∙ m(р-ра H2SO4)/100% = 147 г ∙ 20% /100% = 29,4 г

  • Определить число молей H2SO4:

    n(H2SO4) = m(H2SO4) / M(H2SO4) = 29,4 г/98 г/моль = 0,3 моль.

  • Составить уравнение данной реакции:

    H2SO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓ + 2HNO3

  • Исходя из равенства отношений количеств H2SO4 и BaSO4 к своим коэффициентам и преобразовав пропорцию, определить кол-во осаждённого BaSO4 в молях:

    n(BaSO4) = n(H2SO4) ∙ k(H2SO4)/k(BaSO4) = 0,3 моль ∙ 1/1 = 0,3 моль

  • Вычислить массу осадка:

     m(BaSO4) = M(BaSO4) ∙ n(BaSO4) = 233 г/моль ∙ 0,3 моль = 69,9 г

Ответ

масса выпавшего осадка BaSO4 равна 69,9 г

VII. Определение молекулярной и структурной формул веществ

Способы решения таких заданий могут быть разными: с учётом массовых долей, продуктов сгорания или по химических свойств.

Определение хим. формул по массовым долям в-в, составляющих молекулу.

  • Прежде всего нужно установить численную взаимосвязь молей элементов в в-ве, которое согласуется с его упрощённой формулой. К примеру, в веществе AxBy количества в-в A и B соотносятся как число их атомов в молекуле, т.е. х : у = n(A) : n(B);
  • истинная формула далее находится на основе молярной массы в-ва.
Пример
Условие 

Найти формулу химического в-ва с относительной плотностью по воздуху 3,93 и содержащего 84,21% С и 15,79% Н.

Справка:Относительной плотностью по воздуху Dпо возд. считают величину, показывающую во сколько раз некий газ тяжелее воздуха. Средняя молярная масса воздуха принята равной 29. Поэтому: Dпо возд. = М(газа Х) / 29

Решение
  • Принять массу неизвестного в-ва равной 100 граммам Из условия задания углерод будет иметь массу 84,21 г, а водород – 15,79 г.

  • Определить кол-во молей обоих элементов:

    n(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,
    n(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.

  • записать соотношен?
    Предыдущая статья
    Гипотиреоз какие продукты употреблять
    Следующая статья
    Какими свойствами обладает клетка из каких процессов ...
    © А какой продукт?