|
Зверніть увагу, майже кожна хімічна задача може бути розв'язана кількома способами. Намагайтеся віднаходити різні варіанти розв'язування конкретної задачі, але обирайте той з них, який є найраціональнішим. Зеленим кольором даються пояснення. |
Завдання для засвоєння матеріалу
Вправа 1. Проаналізуйте рівняння реакції горіння метану подібно до того, як це зроблено в цьому параграфі для реакції горіння сірководню.
Розглянемо рівняння реакції горіння метану:
СН4 + 2O2 = СO2 + 2H2O
З нього видно, що один моль метану СН4 реагує із двома молями кисню О2 з утворенням одного моля вуглекислого газу СО2 і двох молей води Н2О.
Якщо в реакцію вступає x моль метану, то співвідношення реагентів і продуктів реакції виглядає так:
n(СН4):n(O2):n(СO2):n(H2O)=x : 2x : x : 2x=1 : 2 : 1 : 2
або n(СН4)/1=n(O2)/2=n(СO2)/1=n(H2O)/2
Вправа 2. У якому кількісному співвідношенні слід змішати залізо із сіркою для добування ферум (ІІ) сульфіду?
Розглянемо рівняння реакції добування ферум (ІІ) сульфіду:
Fe + S = FeS
З нього видно, що один моль заліза Fe реагує із одним молем сірки S з утворенням одного моля ферум (ІІ) сульфіду FeS.
Якщо в реакцію вступає x моль заліза, то співвідношення реагентів і продуктів реакції виглядає так:
n(Fe):n(S):n(FeS)=x : x : x=1 : 1 : 1 або n(Fe)/1= n(S)/1=n(FeS)/1
Вправа 3. Визначте співвідношення кількості речовини реагентів для добування купрум (ІІ) оксиду з простих речовин.
Розглянемо рівняння реакції добування купрум (ІІ) оксиду з простих речовин (кисню): 2Сu + O2 = 2CuO
З нього видно, що два моля міді Cu реагує із одним молем кисню O2 з утворенням двох молей купрум (ІІ) оксиду CuO.
Якщо в реакцію вступає x моль міді, то співвідношення реагентів і продуктів реакції виглядає так:
n(Cu):n(O2):n(CuO)=2x : x : 2x=2 : 1 : 2 або n(Cu)/2= n(O2)/1=n(CuO)/2
Вправа 4. Обчисліть кількість речовини фосфор (V) оксиду, що утвориться після згоряння фосфору кількістю речовини 2 моль. Яка кількість речовини кисню витрачається при цьому?
Відомо: n(Р)=2 моль
Знайти: n(Р2О5)-?, n(О2)-?
Розв'язування
Записуємо рівняння реакції: 4Р + 5О2 =2Р2О5
За рівнянням реакції n(P):n(P2O5)=4:2, звідси
n(P2О5)•4=2•n(P), тому
n(P2О5)=2•n(P):4=2•2 моль:4 моль=1 моль
За рівнянням реакції n(P):n(O2)=4:5, звідси
n(О2)•4=5•n(P), тому
n(О2)=5•n(P):4=5•2 моль:4 моль=2,5 моль
Відповідь: n(P2О5)=1 моль, n(О2)=2,5 моль
Вправа 5. Визначте кількість речовини кальцій гідроксиду, що утворюється внаслідок взаємодії води з:
а) 0,5 моль кальцій оксиду;
Відомо: n(СаО)=0,5 моль
Знайти: n(Са(ОН)2)-?
Розв'язування
Записуємо рівняння реакції: СаО + Н2О=Са(ОН)2
За рівнянням реакції n(СаО):n(Са(ОН)2)=1:1, кількості речовини однакові,
n(Са(ОН)2)=n(СаО)=0,5 моль
Відповідь: 0,5 моль
б) 8 г кальцій оксиду.
Відомо: m(СаО)=8 г
Знайти: n(Са(ОН)2)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини CaO масою 8 г за формулою n=m/M, де M=Mrг/моль
Mr(СаО)=Ar(Ca)+Ar(O)=40+16=56, тому М(СаО)=56 г/моль
n(СаО)=m(СаО)/M(CaO)=8 г : 56 г/моль=0,14 моль
2. Записуємо рівняння реакції: СаО + Н2О=Са(ОН)2
За рівнянням реакції n(СаО):n(Са(ОН)2)=1:1, кількості речовини однакові,
n(Са(ОН))2=n(СаО)=0,14 моль
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: СаО + Н2О =Са(ОН)2
За рівнянням реакції n(Са(ОН)2)/1=n(СаО)/1
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини кальцій оксиду на співвідношення мас.
n(Са(ОH)2)=m(СаО)/M(CaO)
Обчислюємо молярну масу СаО і підставляємо значення у формулу.
Mr(СаО)=Ar(Ca)+Ar(O)=40+16=56, тому М(СаО)=56 г/моль
n(Са(ОH)2)=8 г: 56 г/моль=0,14 моль
Відповідь: 0,14 моль
Вправа 6. Складіть рівняння реакції згоряння амоніаку NH3 у кисні з утворенням азоту й води. Обчисліть об’єм кисню (н. у.), що необхідний для спалювання амоніаку кількістю 24 моль. Який об’єм (н.у.) кожного з продуктів реакції при цьому утворюється?
Відомо: n(NH3)=24 моль
Знайти: V(О2)-?, V(N2)-?, V(H2O)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції: 4NH3 + 3О2=2N2 + 6H2O
За рівнянням реакції n(NH3)/4=n(О2)/3, звідси
n(О2)•4=3•n(NH3), тому
n(О2)=3•n(NH3):4=3•24 моль:4=18 моль
За рівнянням реакції n(NH3)/4=n(N2)/2, звідси
n(N2)•4=2•n(NH3), тому
n(N2)=2•n(NH3):4=2•24 моль:4=12 моль
За рівнянням реакції n(NH3)/4=n(Н2О)/6, звідси
n(Н2О)•4=6•n(NH3), тому
n(Н2О)=6•n(NH3):4=6•24 моль:4=36 моль
Обчислюємо об'єм заданої кількості речовини за формулою V=n•VM, де VM - постійна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль.
V(O2)=n(O2)•VM=18 моль•22,4 л/моль=403,2 л
V(N2)=n(N2)•VM=12 моль•22,4 л/моль=268,8 л
V(Н2О)=n(H2O)•VM=36 моль•22,4 л/моль=806,4 л
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: 4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6H2O
За рівнянням реакції n(NH3)/4=n(О2)/3
Замінюємо кількість речовини кисню на об'єм:
n(NH3)/4=V(О2)/(3•VM)
Звідси виражаємо об'єм кисню:
V(О2)•4=3•VM•n(NH3), тому
V(О2)=3•VM•n(NH3):4=3•22,4 л/моль•24 моль:4=403,2 л
За рівнянням реакції n(NH3)/4=n(N2)/2
Замінюємо кількість речовини азоту на об'єм:
n(NH3)/4=V(N2)/(2•VM)
Звідси виражаємо об'єм азоту:
V(N2)•4=2•VM•n(NH3), тому
V(N2)=2•VM•n(NH3):4=2•22,4л/моль•24 моль:4=268,8 л
За рівнянням реакції n(NH3)/4=n(Н2О)/6
Замінюємо кількість речовини води на об'єм:
n(NH3)/4=V(Н2О)/(6•VM)
Звідси виражаємо об'єм води:
V(Н2О)•4=6•VM•n(NH3), тому
V(Н2О)=6•VM•n(NH3):4=6•22,4 л/моль•24 моль:4=806,4 л
Відповідь: V(О2)=403,2 л; V(N2)=268,8 л; V(Н2О)=806,4 л
Вправа 7. Обчисліть масу кальцій карбонату, що утворюється внаслідок взаємодії карбон (IV) оксиду об’ємом 11,2 л (н. у.) з кальцій оксидом.
Відомо: V(CO2)=11,2 л
Знайти m(СаСО3)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини СО2 об'ємом 11,2 л за формулою n=V/VM
n(CO2)=V(CO2)/VM=11,2 л : 22,4 л/моль=0,5 моль
2. Записуємо рівняння реакції: СаО + СО2 = СаСО3
За рівнянням реакції n(CO2):n(CаСO3)=1:1, кількість речовини однакова,
n(СаCO3)=n(CO2)=0,5 моль
3. Обчислюємо масу CaCO3 кількістю речовини 0,5 моль за формулою m=n•M, де
М=Mrг/моль
Mr(СаСО3)=Ar(Ca)+Ar(C)+3•Ar(O)=40+12+3•16=100, М(СаСО3)=100 г/моль
m(СаCO3)=n(СаCО3)•M(CaСO3)=0,5 моль•100 г/моль=50 г
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: СаО + СО2 = СаСО3
За рівнянням реакції n(CaO)/1=n(CaCO3)/1
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини кальцій оксиду на співвідношення об’ємів, а кількість речовини кальцій карбонату — на співвідношення мас.
V(CaO)/VM=m(CaCO3)/M(CaCO3)
Звідси виражаємо масу кальцій карбонату:
m(CaCO3)•Vм=М(CaCO3)•V(CaO), тому
m(CaCO3)=М(CaCO3)•V(CaO):VM
Обчислюємо молярну масу СаСО3 і підставляємо значення у формулу.
Mr(СаСО3)=Ar(Ca)+Ar(C)+3•Ar(O)=40+12+3•16=100, тому М(СаСО3)=100 г/моль
m(CaCO3)=100 г/моль •11,2 л : 22,4 л/моль=50 г
Відповідь: 50 г
Вправа 8. Обчисліть масу сульфур (VІ) оксиду, необхідну для добування сульфатної кислоти масою 4,9 г.
Відомо: m(H2SO4)=4,9 г
Знайти m(SO3)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини сульфатної кислоти масою 4,9 г за формулою n=m/M, де
m=Mr г/моль
Mr(H2SO4)=2•Ar(H)+Ar(S)+4•Ar(O)=2•1+32+4•16=98, тому М(H2SO4)=98 г/моль
n(H2SO4)=m(H2SO4)/M(H2SO4)=4,9 г : 98 г/моль=0,05 моль
2. Записуємо рівняння реакції: SО3 + Н2О = Н2SО4
За рівнянням реакції n(SO3):n(Н2SO4)=1:1, кількості речовини однакові,
n(SO3)=n(H2SO4)=0,05 моль
3. Обчислюємо масу SO3 кількістю речовини 0,05 моль обчислюємо за формулою m=n•M
Mr(SО3)=Ar(S)+3•Ar(O)=32+3•16=80, тому М(SО3)=80 г/моль
m(SО3)=n(SО3)•M(SО3)=0,05 моль•80 г/моль=4 г
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: SО3 + Н2О = Н2SО4
За рівнянням реакції n(SO3)/1=n(Н2SO4)/1
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини сульфур (VІ) оксиду і сульфатної кислоти на співвідношення мас.
m(SO3)/М(SO3)=m(H2SO4)/M(H2SO4)
Звідси виражаємо масу сульфур (VІ) оксиду:
m(SО3)•М(H2SO4)=М(SО3)•m(H2SO4), тому
m(SO3)=М(SO3)•m(H2SO4):M(H2SO4)
Обчислюємо молярну масу речовин і підставляємо значення у формулу.
Mr(SО3)=Ar(S)+3•Ar(O)=32+3•16=80, тому М(SО3)=80 г/моль
Mr(H2SO4)=2•Ar(H)+Ar(S)+4•Ar(O)=2•1+32+4•16=98, тому М(H2SO4)=98 г/моль
m(SO3)=80 г/моль • 4,9 г : 98 г/моль=4 г
Відповідь: 4 г
Вправа 9. Обчисліть масу гідроген пероксиду, необхідну для добування кисню об’ємом 5,6 л (н. у.).
Відомо: V(O2)=5,6 л
Знайти m(Н2О2)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини кисню об'ємом 5,6 л.
n(O2)=V(O2)/VM=5,6 л : 22,4 л/моль=0,25 моль
2. Записуємо рівняння реакції: 2Н2О2 = О2 + 2Н2О
За рівнянням реакції n(Н2O2):n(O2)=2:1, кількість речовини Н2О2 удвічі більша від кількості речовини О2, тому n(Н2O2)=2•n(O2)=2•0,25 моль=0,5 моль
3. Масу Н2О2 кількістю речовини 0,5 моль обчислюємо за формули m=n•M, де М=Mrг/моль.
Mr(Н2О2)=2•Ar(Н)+2•Ar(O)=2•1+2•16=34, тому М(Н2О2)=34 г/моль
m(Н2O2)=n(Н2О2)•M(Н2O2)=0,5 моль•34 г/моль=17 г
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: 2Н2О2 = О2 + 2Н2О
За рівнянням реакції n(Н2O2)/2=n(O2)/1
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини кисню на співвідношення об’ємів, а кількість речовини гідроген пероксиду — на співвідношення мас.
m(H2O2)/(2•М(H2O2))=V(O2)/VM
Звідси виражаємо масу гідроген пероксиду:
m(Н2O2)•Vм=2•М(Н2O2)•V(O2), тому
m(Н2O2)=2•М(Н2O2)•V(O2):VM
Обчислюємо молярну масу Н2О2 і підставляємо значення у формулу.
Mr(Н2О2)=2•Ar(Н)+2•Ar(O)=2•1+2•16=34, М(Н2О2)=34 г/моль
m(Н2O2)=2•34 г/моль•5,6 л:22,4 л/моль=17 г
Відповідь: 17 г
Вправа 10. Карбон (ІV) оксид можна добути спалюванням вуглецю або метану. Обчисліть, якої речовини й у скільки разів більше (за масою) необхідно для добування карбон (ІV) оксиду об’ємом 28 л (н. у.).
Відомо: V(СO2)=28 л
Знайти: m(С)-?, m(СН4)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини СО2 об'ємом 28 л за формулою n=V/VM
n(СO2)=V(СO2)/VM=28 л : 22,4 л/моль=1,25 моль
2. Записуємо рівняння реакцій спалювання вуглецю і метану:
С + О2 = СО2 (1)
СН4 + 2О2= СО2 + 2Н2О (2)
За рівнянням реакції (1) n(С):n(CO2)=1:1, кількість речовини однакова,
n(C)=n(CO2)=1,25 моль
За рівнянням реакції (2) n(СН4):n(CO2)=1:1, кількість речовини однакова,
n(CН4)=n(CO2)=1,25 моль
3. Обчислюємо маси заданої кількості речовини обчислюємо за формули m=n•M, де
М=Mrг/моль
Mr(С)=Ar(С)=12, М(С)=12 г/моль
m(С)=n(С)•M(С)=1,25 моль•12 г/моль=15 г
Mr(СН4)=Ar(С)+4•Ar(Н)=12+4•1=16, М(СН4)=16 г/моль
m(СН4)=n(СН4)•M(СН4)=1,25 моль•16 г/моль=20 г
Визначимо у скільки разів більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю:
m(CH4):M(C)=20 г : 15 г =1,3 рази
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакцій спалювання метану і вуглецю:
С + О2 = СО2 (1)
СН4 + 2О2= СО2 + 2Н2О (2)
За рівнянням реакції (1) n(С)/1=n(СO2)/1
За рівнянням реакції (2) n(СН4)/1=n(СO2)/1
У цих співвідношеннях замінюємо кількість речовини карбон (IV) оксиду на співвідношення об’ємів, а кількість речовини вуглецю і метану — на співвідношення мас.
m(С)/М(С)=V(СO2)/VM (1)
звідси виражаємо масу вуглецю:
m(С)•Vм=М(С)•V(СO2), тому
m(С)=М(С)•V(СO2):VM
Обчислюємо молярну масу вуглецю і підставляємо значення у формулу.
Mr(С)=Ar(С)=12, тому М(С)=12 г/моль
m(С)=12 г/моль • 28 л : 22,4 л/моль=15 г
m(СН4)/М(СН4))=V(СO2)/VM (2),
звідси виражаємо масу метану:
m(СН4)•Vм=М(СН4)•V(СO2), тому
m(СН4)=М(СН4)•V(СO2):VM
Обчислюємо молярну масу метану і підставляємо значення у формулу.
Mr(СН4)=Ar(С)+4•Ar(Н)=12+4•1=16, тому М(СН4)=16 г/моль
m(СН4)=16 г/моль • 28 л : 22,4 л/моль=20 г
Визначимо у скільки разів більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю:
m(CH4):M(C)=20 г : 15 г =1,3 рази
Відповідь: у 1,3 рази більше необхідно маси метану, ніж маси вуглецю.
Вправа 11. Обчисліть масу ортофосфатної кислоти, що утворюється внаслідок взаємодії фосфор (V) оксиду масою 1 кг з водою.
Відомо: m(P2О5)=1 кг=1000 г
Знайти m(Н3PO4)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини Р2О5 масою 1 кг за формулою n=m/M, де
М=Mr кг/кмоль
Mr(P2О5)=2•Ar(P)+5•Ar(O)=2•31+5•16=142, тому М(P2О5)=142 г/моль
n(Р2O5)=m(P2O5)/M(P2O5)=1000 г : 142 г/моль=7,04 моль
2. Записуємо рівняння реакції: Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
За рівнянням реакції n(Р2O5):n(Н3РO4)=1:2, кількість речовини Н3РО4 удвічі більша від кількості речовини Р2О5, n(Н3РО4)=2•n(Р2O5)=2•7,04 моль=14,08 моль
3. Обчислюємо масу H3PO4 кількістю речовини 14,08 моль за формулою m=n•M
Mr(Н3РО4)=3•Ar(Н)+Ar(Р)+4•Ar(O)=3•1+31+4•16=98, М(Н3РО4)=98 г/моль
m(Н3РО4)=n(Н3РО4)•M(Н3РО4)=14,08 моль•98 г/моль=1380 г
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4
За рівнянням реакції n(Р2O5)/1=n(Н3РO4)/2
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини фосфор (V) оксиду і ортофосфатної кислоти на співвідношення мас.
m(Р2O5)/М(Р2O5)=m(H3PO4)/(2•M(H3PO4))
Звідси виражаємо масу ортофосфатної кислоти:
m(Н3РО4)•М(Р2О5)=2•М(Н3РО4)•m(P2O5), тому
m(Н3PO4)=2•М(Н3PO4)•m(P2O5):M(P2O5)
Обчислюємо молярну масу речовин і підставляємо значення у формулу.
Mr(P2О5)=2•Ar(P)+5•Ar(O)=2•31+5•16=142, тому М(P2О5)=142 г/моль
Mr(Н3РО4)=3•Ar(Н)+Ar(Р)+4•Ar(O)=3•1+31+4•16=98, тому М(Н3РО4)=98 г/моль
m(Н3PO4)=2•98 г/моль•1000 г:142 г/моль=1380 г
Відповідь: 1380 г
Вправа 12. Під час пропускання сульфур (ІV) оксиду крізь розчин барій гідроксиду утворилася сіль масою 43,4 г. Обчисліть об’єм (н.у.) витраченого газу.
Відомо: m(BaSO3)=43,4 г
Знайти: V(SO2)-?
Розв'язування
І спосіб
1. Обчислюємо кількість речовини BaSO3 масою 43,4 г за формулою n=m/M, де
М=Mr г/моль
Mr(BaSO3)=Ar(Ba)+Ar(S)+3•Ar(O)=137+32+3•16=217, M(BaSO3)=217 г/моль
n(BaSO3)=m(BaSO3)/M(BaSO3)=43,4 г : 217 г/моль=0,2 моль
2. Записуємо рівняння реакції: Ва(ОН)2 + SO2 = BaSО3 + H2O
За рівнянням реакції n(SO2):n(BaSO3)=1:1, кількість речовини однакова, тому
n(SO2)=n(BaSO3)=0,2 моль
3. Обчислюємо об'єм SO2 кількістю речовини 0,2 моль за формулою n=V/VM
V(SO2)=n(SO2)•VM=0,2 моль•22,4 л/моль=4,48 л
ІІ спосіб
Записуємо рівняння реакції: Ba(OH)2 + SO2 = BaSO3 + H2O
За рівнянням реакції n(SО2)/1=n(BaSO3)/1
У цьому співвідношенні замінюємо кількість речовини сульфур (IV) оксиду на співвідношення об’ємів, а кількість речовини cолі — на співвідношення мас.
V(SO2)/VM=m(BaSO3)/M(BaSO3)
Звідси виражаємо об'єм газу сульфур (IV) оксиду:
V(SO2)•М(BaSO3)=m(BaSO3)•VM, тому
V(SO2)=m(BaSO3)•VM:M(BaSO3)
Обчислюємо молярну масу BaSO3 і підставляємо значення у формулу.
Mr(BaSO3)=Ar(Ba)+Ar(S)+3•Ar(O)=137+32+3•16=217, M(BaSO3)=217 г/моль
V(SO2)=43,4 г • 22,4 л/моль : 217 г/моль=4,48 л
Відповідь: 4,48 л