Расчеты по уравнениям химических реакций

Для необратимой химической реакции, определяемой стехиометрическим уравнением

ν_АА + ν_ВВ + … = ν_СС + ν_DD + …

формульные количества веществ (вступивших в реакцию реагентов и образовавшихся продуктов) n_A, n_B, … , n_C, n_D, … , пропорциональны соответствующим стехиометрическим коэффициентам:

= = … = = = …

Если формульное количество одного из веществ (реагента или продукта) задано условием задачи, то вышеприведенное выражение позволяет рассчитать формульные количества (а следовательно, массы и объемы) участвующих в данной реакции всех остальных веществ в соответствии с ее стехиометрией.

Практическое решение типовой химической задачи складывается из нескольких этапов:

а) в соответствии с текстом задачи составляется уравнение реакции, а затем необходимые для расчета формулы веществ обозначаются буквами А, В, С, D, … (для одноатомных простых веществ используются непосредственно символы соответствующих элементов);

б) записывается краткое условие задачи; вначале указывают искомую величину, а затем заданную величину (или величины); все буквенные обозначения величин сопровождаются (в нижнем индексе) указанием, к каким веществам они относятся, например, m_A, n_B, M_C, V_D, m_Na, n_Al, M_S, V_Ar; для каждой заданной величины приводят ее значение по условию;

в) составляется (выводится) математическая формула для искомой величины, выраженной только через заданные величины и необходимые константы; проводится проверка расчетной формулы на соответствие единиц (при необходимости делается корректировка единиц в условии задачи);

г) условие задачи дополняется теми константами, которые вошли в расчетную формулу; при этом необходимые для решения табличные данные берутся из таблиц Приложения;

д) числовые значения величин подставляются в расчетную формулу, выполняется расчет значения искомой величины, указывается единица искомой величины;

е) записывается подробный ответ задачи.

Пример 1. Определите формульное количество вещества (моль) в оксиде хрома (III), затраченном на получение 21,4 г диоксохромата (III) натрия по реакции

Cr₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaCrO₂ + CO₂

Рассчитайте также объем (л, н. у.) выделившегося газа.

Решение

n_A = ? Cr₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaCrO₂ + CO₂

V_C = ? (A) (B) (C)

m_B = 21,4 г

n_A = = = = 0,1 моль;

ν_А = 1

ν_В = 2 V_C = V_M∙n_C = = = 2,24 л.

M_B = 106,98 г/моль

V_M = 2

V_C = 1

Ответ. В данной реакции участвует 0,1 моль Cr₂O₃ и образуется 2,24 л CO₂.

Пример 2. Рассчитайте объем (мл) воды, необходимый для проведения реакции

Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₂ + 3CH₄

если имеется 99,85 г трикарбида тетраалюминия. Плотность воды принять равной 0,9982 г/мл.

Решение

V_B =? Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₂ + 3CH₄

m_A = 99,85 г (A) (B)

ρ_B = 0,9982 г/мл

V_B = = = = = =

M_B = 18,02 г/моль =150,25 мл

ν_В = 12

ν_А = 1

М_А = 143,96 г/моль

Ответ. Для проведения данной реакции надо взять 150,25 мл Н₂О.

Пример 3. К 100 мл 0,05 М раствора Al₂(SO₄)₃ добавляют 0,25 М раствор NH₃∙H₂O до полного выпадения осадка гидроксида алюминия. Какой объем (мл) раствора гидрата аммиака затрачен на реакцию?

Решение

V_(p)B =? Al₂(SO₄)₃ + 6(NH₃∙H₂O) = 2Al(OH)₃ + 3(NH₄)₂SO₄

V_(p)A = 100 мл (A) (B)

c_A = 0,05 моль/л

c_B = 0,25 моль/л

V_(p)B = = = = = 120 мл

ν_В = 6

ν_А = 1

Ответ. На проведение реакции затрачено 120 мл раствора NH₃∙H₂O.