|
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. |
Перевірте себе
1. На основі якого закону складають хімічні рівняння? Хімічні рівняння складають на основі закону збереження маси речовин: маса речовин, що вступили у реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися після реакції.
2. Що показують коефіцієнти в хімічному рівнянні? Коефіцієнти в хімічному рівнянні показують кількісні співвідношення речовин, які беруть участь в хімічній реакції та утворюються внаслідок її перебігу.
Застосуйте свої знання й уміння
Вправа 1
На шальки терезів помістили дві колби з хлоридною кислотою. На шийку кожної з двох колб надягли по гумовій повітряній кульці. В одній кульці – натрій карбонат, у другій – кальцій карбонат. Терези зрівноважили. Потім підняли одну з кульок так, щоб натрій карбонат потрапив у кислоту. Поясніть явище, яке відбулося внаслідок цієї дії (рис. 21.4). Відбулася хімічна реакція: натрій карбонат прореагував з хлоридною кислотою з утворенням газу, який "надув" кульку. Поміркуйте й поясніть, чому терези залишилися зрівноваженими. Є експериментальним підтвердженням закону збереження мас речовин.
Спрогнозуйте, чи вийдуть терези з рівноваги, якщо кальцій карбонат з другої кульки пересипати в колбу з кислотою. Ні, не вийдуть терези з рівноваги.
Вправа 2
Обчисліть кількість речовини (моль) кальцій гідроксиду, який утвориться в результаті реакції кальцій оксиду кількістю речовини:
а) 0,5 моль; б) 3 моль; в) 6 моль з водою.
Відомо: a) n(СaO)=0,5 моль; б) n(СaO)=3 моль; в) n(СaO)=6 моль
Знайти: n(Сa(OH)2)-?
Розв'язання
І спосіб
Записуємо хімічне рівняння: CaO + H2O = Ca(OH)2
На кількісні співвідношення речовин вказують коефіцієнти рівняння. Беручи до уваги те, що прореагувало 1 моль кальцій оксиду з утворенням 1 моль кальцій гідроксиду, записуємо співвідношення речовин: n(CaO):n(Ca(OH)2)=1:1. Виражаємо кількість речовини кальцій гідроксиду через кількість речовини кальцій оксиду та обчислюємо її:
a) n(Ca(OH)2)=n(CaO)=0,5 моль;
б) n(Ca(OH)2)=n(CaO)=3 моль;
в) n(Ca(OH)2)=n(CaO)=6 моль.
ІІ спосіб
Цю задачу можна розв'язати в інший спосіб – складанням пропорції.
а) Записуємо хімічне рівняння:
0,5 моль х моль
CaO + H2O = Ca(OH)2
1 моль 1 моль
Під формулами сполук СаО і Са(ОН)2 записуємо їх кількості речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні (1 моль й 1 моль відповідно), а над формулами - наведену в умові задачі кількість речовини кальцій оксиду (0,5 моль) і невідому кількість речовини кальцій гідроксиду (х моль).
Складаємо пропорцію й розв'язуємо її:
за рівнянням реакції з 1 моль СаО утворюється 1 моль Са(ОН)2,
за умовою задачі з 0,5 моль СаО ― х моль Са(ОН)2.
1 моль / 0,5 моль = 1 моль / х моль, х моль • 1 моль = 0,5 моль • 1 моль
х = 0,5 моль • 1 моль : 1 моль=0,5 моль
Аналогічно розв'язуємо б) і в).
Відповідь: а) 0,5 моль; б) 3 моль; в) 6 моль.
Вправа 3
Обчисліть масу (г) сульфур (ІV) оксиду, який прореагував з водою, якщо продуктом реакції є сульфітна кислота кількістю речовини:
а) 2,5 моль; б) 4 моль; в) 0,5 моль.
Відомо: a) n(H2SO3)=2,5 моль; б) n(H2SO3)=4 моль; в) n(H2SO3)=0,5 моль
Знайти: m(SO2)-?
Розв'язування.
І спосіб
Записуємо хімічне рівняння: SO2 + H2O = H2SO3
На кількісні співвідношення речовин вказують коефіцієнти рівняння. Беручи до уваги те, що прореагувало 1 моль сульфур (IV) оксиду з утворенням 1 моль сульфітної кислоти, записуємо співвідношення речовин n(SO2):n(H2SO3)=1:1. Виражаємо кількість речовини сульфур (IV) оксиду через кількість речовини сульфітної кислоти та обчислюємо її:
a) n(SO2)=n(H2SO3)=2,5 моль;
б) n(SO2)=n(H2SO3)=4 моль;
в) n(SO2)=n(H2SO3)=0,5 моль;
Масу заданої кількості речовини обчислюємо за формулою: m=n●M, де M=Mr г/моль.
Mr(SO2)=Ar(S)+2•Ar(O)=32+2•16=64, тому M(SO2)=64 г/моль.
a) m(SO2)=n(SO2)•M(SO2)=2,5 моль•64 г/моль = 160 г;
б) m(SO2)=n(SO2)•M(SO2)=4 моль•64 г/моль = 254 г;
в) m(SO2)=n(SO2)•M(SO2)=0,5 моль•64 г/моль = 32 г.
ІІ спосіб
Цю задачу можна розв'язати в інший спосіб – складанням пропорції.
а) Записуємо хімічне рівняння:
х г 2,5 моль
SO2 + H2O = H2SO3
64 г 1 моль
Над формулами сполук H2SO3 і SO2 записуємо наведену в умові задачі кількість речовини кислоти (2,5 моль) і невідому масу оксиду (х г), а під формулами сполук ― кількість речовини і масу відповідної кількості речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні. Для цього обчислюємо молярну масу (M=Mrг/моль) оксиду й, відповідно, масу 1 моль, бо прореагувало 1 моль сульфур (IV) оксиду SO2 з утвореннм 1 моль сульфітної кислоти H2SO3.
Mr(SO2)=Ar(S)+2•Ar(O)=32+2•16=64, тому M(SO2)=64 г/моль.
Маса 1 моль = 64 г.
Складаємо пропорцію й розв'язуємо її:
за рівнянням реакції 1 моль H2SO3 утворюється з 64 г SO2,
за умовою задачі 2,5 моль H2SO3 ― з х г SO2.
1 моль / 2,5 моль = 64 г / х г, звідси х г • 1 моль = 2,5 моль • 64 г
х = 2,5 моль • 64 : 1 моль=160 г
Аналогічно розв'язуємо б) і в).
Відповідь: а) 160 г; б) 254 г; в) 32 г.
Вправа 4
Обчисліть масу (г) брому, який прореагував з воднем, якщо продуктом реакції є гідроген бромід (бромоводень) об’ємом (н.у.):
а) 11,2 л; б) 56 л; в) 0,224 л.
Відомо: a) V(HBr)=11,2 л; б) V(HBr)=56 л; в) V(HBr)=0,224 л
Знайти: m(Br2)-?
Розв'язування.
Кількість речовини заданого об'єму обчислюємо за формулою: n=V/Vm, де Vm ― постійна величина і за н.у. чисельно доравнює 22,4 л/моль.
a) n(HBr)=V(HBr)/Vm=11,2 л : 22,4 л/моль = 0,5 моль;
б) n(HBr)=V(HBr)/Vm=56 л : 22,4 л/моль = 2,5 моль;
в) n(HBr)=V(HBr)/Vm=0,224 л : 22,4 л/моль = 0,01 моль;
Записуємо хімічне рівняння: Br2 + H2 = 2HBr
На кількісні співвідношення речовин вказують коефіцієнти рівняння. Беручи до уваги те, що прореагувало 1 моль брому з утворенням 2 моль бромоводню, записуємо співвідношення речовин n(Br2):n(HBr)=1:2. Виражаємо кількість речовини брому через кількість речовини бромоводню та обчислюємо її:
a) n(Br2)=n(HBr):2=0,5 моль:2=0,25 моль;
б) n(Br2)=n(HBr):2=2,5 моль:2=1,25 моль;
в) n(Br2)=n(HBr):2=0,01 моль:2=0,005 моль;
Масу заданої кількості речовини обчислюємо за формулою: m=n●M, де M=Mrг/моль.
Mr(Br2)=2•Ar(Br)=2•80=160, тому M(Br2)=160 г/моль.
a) m(Br2)=n(Br2)•M(Br2)=0,25 моль•160 г/моль = 40 г;
б) m(Br2)=n(Br2)•M(Br2)=1,25 моль•160 г/моль = 200 г;
в) m(Br2)=n(Br2)•M(Br2)=0,005 моль•160 г/моль = 0,8 г.
ІІ спосіб
Цю задачу можна розв'язати в інший спосіб – складанням пропорції.
а) Записуємо хімічне рівняння:
х г 11,2 л
Br2 + H2 = 2HBr
160 г 44,8 л
Над формулами сполук HBr і Br2 записуємо наведений в умові задачі об'єм газу бромоводню (11,2 л) і невідому масу брому (х г), а під формулами сполук - об'єм і масу відповідної кількості речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні. Для цього обчислюємо молярну масу (M=Mr г/моль) брому й, відповідно, масу 1 моль, бо прореагувало 1 моль брому Br2 з утвореннм 2 моль бромоводню HBr (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 л, а 2 моль газу займуть удвічі більший об'єм, тобто 44,8 л).
Mr(Br2)=2•Ar(Br)=2•80=160, тому M(Br2)=160 г/моль.
Маса 1 моль = 160 г.
Складаємо пропорцію й розв'язуємо її:
за рівнянням реакції 44,8 л HBr утворюється з 160 г Br2,
за умовою задачі 11,2 л HBr ― з х г Br2.
44,8 л / 11,2 л = 160 г / х г, звідси х г • 44,8 л = 11,2 л • 160 г
х = 11,2 л • 160 г : 44,8 л=40 г
Аналогічно розв'язуємо б) і в).
Відповідь: а) 40 г; б) 200 г; в) 0,8 г.
Вправа 5. *50-літровий балон містить скраплений пропан С3Н8 масою 20 кг, 27-літровий – пропан масою 11 кг, 5-літровий – пропан масою 3 кг. Обчисліть масу води та об’єм (н. у.) карбон(IV) оксиду – продуктів повного згоряння пропану з кожного балона.
Відомо: m1(C3H8)=20000 г; m2(C3H8)=11000 г; m3(C3H8)=3000 г
Знайти: m1(H2O)-?, m2(H2O)-?, m3(H2O)-?
V1(CO2)-?, V2(CO2)-?, V3(CO2)-?
Розв'язування.
І спосіб
Кількість речовини заданої маси обчислюємо за формулою: n=m/M, де M=Mr г/моль.
Mr(C3H8)=3•Ar(C)+8•Ar(H)=3•12+8•1=44, тому M(C3H8)=44 г/моль
n1(C3H8)=m1(C3H8)/M(C3H8)=20000 г: 44 г/моль = 454,55 моль
n2(C3H8)=m2(C3H8)/M(C3H8)=11000 г: 44 г/моль = 250 моль
n3(C3H8)=m3(C3H8)/M(C3H8)=3000 г: 44 г/моль = 68,18 моль
Записуємо хімічне рівняння: С3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
На кількісні співвідношення речовин вказують коефіцієнти рівняння.
Беручи до уваги те, що прореагувало 1 моль пропану з утворенням 3 моль карбон (IV) оксиду, записуємо перше співвідношення речовин n(C3H8):n(CO2)=1:3. Виражаємо кількість речовини карбон (IV) оксиду через кількість речовини пропану та обчислюємо її:
a) n(CO2)=3•n(C3H8)=3•454,55 моль=1363,65 моль
б) n(CO2)=3•n(C3H8)=3•250 моль=750 моль
в) n(CO2)=3•n(C3H8)=3•68,18 моль=204,54 моль
Беручи до уваги те, що прореагувало 1 моль пропану з утворенням 4 моль води, записуємо друге співвідношення речовин n(C3H8):n(Н2О)=1:4. Виражаємо кількість речовини води через кількість речовини пропану та обчислюємо її:
a) n(H2O)=4•n(C3H8)=4•454,55 моль=1818,2 моль
б) n(H2O)=4•n(C3H8)=4•250 моль=1000 моль
в) n(H2O)=4•n(C3H8)=4•68,18 моль=272,72 моль
Масу заданої кількості речовини обчислюємо за формулою: m=n●M, де M=Mr г/моль.
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18, тому M(H2O)=18 г/моль.
a) m(H2O)=n(H2O)•M(H2O)=1818,2 моль•18 г/моль = 32727,6 г=32,7 кг;
б) m(H2O)=n(H2O)•M(H2O)=1000 моль•18 г/моль = 18000 г=18 кг;
в) m(H2O)=n(H2O)•M(H2O)=272,72 моль•18 г/моль = 4909 г=4,9 кг.
Об'єм заданої кількості речовини обчислюємо за формулою: V=n●Vm, де Vm -постівна величина і за н.у. чисельно дорівнює 22,4 л/моль .
a) V(CO2)=n(CO2)•Vm=1363,65 моль•22,4 л/моль=30545 л;
б) V(CO2)=n(CO2)•Vm=750 моль•22,4 л/моль=16800 л;
в) V(CO2)=n(CO2)•Vm=204,54 моль•22,4 л/моль=4582 л.
ІІ спосіб
Цю задачу можна розв'язати в інший спосіб – складанням пропорції.
а) Записуємо хімічне рівняння:
20000 г х л у г
С3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
44 г 67,2 л 72 г
Над формулами сполук С2H8, CO2 i H2O записуємо наведену в умові задачі масу пропану (20000 г) та невідомі об'єм карбон (IV) оксиду (х л) і масу води (у г), а під формулами сполук ― об'єм і масу відповідної кількості речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні. Для цього обчислюємо молярну масу (M=Mrг/моль) пропану і води й, відповідно, масу 1 моль пропану й 4 моль води, бо прореагувало 1 моль пропану С3Н8 з утворенням 4 моль води й виділенням 3 моль газу карбон (IV) оксиду СO2 (1 моль газу за н.у. займає об'єм 22,4 кл, а 3 моль газу займуть утричі більший об'єм, тобто 67,2 л).
Mr(C3H8)=3•Ar(C)+8•Ar(H)=3•12+8•1=44, тому M(C3H8)=44 г/моль
Маса 1 моль = 44 г
Mr(H2O)=2•Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18, тому M(H2O)=18 г/моль
Маса 1 моль = 18 г, а маса 4 моль=72 г
Складаємо дві пропорції й розв'язуємо їх.
Пропорція для обчислення об'єму карбон (IV) оксиду:
за рівнянням реакції з 44 г С3H8 утворюється 67,2 л СO2,
за умовою задачі з 20000 г С3Н8 ― х л СO2.
44 г / 20000 г = 67,2 л / х л, звідси х л • 44 г = 67,2 л • 20000 г
х = 67,2 л • 20000 г : 44 г=30545 л
Пропорція для обчислення маси води:
за рівнянням реакції з 44 г С3H8 утворюється 72 г Н2О,
за умовою задачі з 20000 г С3Н8 ― у г Н2О.
44 г / 20000 г = 72 г / у г, звідси у г • 44 г = 72 г • 20000 г
у = 72 г • 20000 г : 44 г=32727 г=32,7 кг
Аналогічно розв'язуємо б) і в).
Відповідь: а) маса 32,7 кг і об'єм 30545 л; б) маса 18 кг і об'єм 16800 л; в) маса 4,9 кг і об'єм 4582 л.