Как найти объём выделившегося газа
В учебном курсе химии часто встречаются задачи, в которых требуется вычислить объем газа, выделившегося в результате химической реакции. Почти все задачи такого типа можно решить по следующему алгоритму.
Вам понадобится
- – таблица Менделеева;
- – ручка;
- – бумага для записей.
Инструкция
К примеру, вам требуется найти объем выделившегося водорода в результате реакции ортофосфорной кислоты и карбоната натрия. Самое главное для решения – правильно составить уравнение реакций. Если вы сомневаетесь, как реагируют данные в вашей задаче вещества, посмотрите в справочной литературе свойства химических веществ, участвующих в реакции.
Расставьте коэффициенты в уравнении, чтобы число атомов элементов в левой и правой части уравнения совпадали. Теперь вы видите, в каком соотношении реагируют вещества. По известному количеству любого из них вы можете определить количество молей выделившегося газа. Например, если в реакцию вступило 4 моля ортофосфорной кислоты, получится 6 молей углекислого газа.
Зная количество молей газа, найдите его объем. По закону Авогадро 1 моль любого газа в нормальных условиях занимает 22,4 литра объема. Объем 6 молей газа будет равен: 6*22,4 = 134,4 литра.
Если в условии не дано количество реагента или продукта реакции, найдите из его других данных. При известной массе одного из веществ вы вычислите его количество молей по формуле: v = m/M, где v – количество вещества, моль; m – масса вещества, г; M – молярная масса вещества, г/моль. Молярную массу вы получите, сложив атомные веса элементов, составляющих вещество, из таблицы Менделеева. Например, молярная масса H3PO4: М = 3*1+31+16*4 = 98 г/моль.
Массу или количество нетрудно рассчитать из концентрации вещества, если известен объем раствора. Из молярности определите количество молей растворенного вещества по уравнению: v = V*Cм, где V – объем раствора, л; См – молярная концентрация, моль/л. Нормальность раствора связана с молярностью выражением: Сн = z*Cм, г моль-экв/л, где z – эквивалент реагента, количество протонов водорода, которое он может принять или отдать. Например, эквивалент H3PO4 – 3.
Также массу растворенного вещества вы можете найти из титра раствора: m = T*V, где Т – титр раствора, г/л; V – объем раствора. Или из плотности: m = p*V, где р – плотность раствора, г/мл.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
4.3.3. Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ.
На данный момент задачи по этой теме кодификатора идут в КИМе ЕГЭ под номером 29.
Для их решения можно воспользоваться следующим алгоритмом:
1) записать уравнение реакции, о которой идет речь в задаче, и убедиться в правильности расставленных коэффициентов;
2) рассчитать количество молей вещества, масса или объем которого указаны в условии.
Если указана масса некого вещества A, то расчет количества вещества для него следует вести по формуле:
где mA – масса вещества А, а MA – молярная масса вещества А.
Если указан объем газообразного вещества А:
где VA – объем газообразного вещества А, а Vm – молярный объем, одинаковый для всех газов и при н.у. равный 22,4 л/моль.
Иногда вместо массы или объема вещества дается его количество вещества (моль). В таком случае действия по его нахождению не требуются.
3) далее от молей вещества А нужно перейти к молям вещества, массу или объем которого спрашивают в условии.
Допустим спрашивают объем или массу вещества B. Тогда для перехода от количества моль вещества А к количеству моль вещества B следует пользоваться тем правилом, что для любого вещества его количество, деленное на его коэффициент, в уравнении реакции одно и то же. Т.е. количества веществ А и В связаны друг с другом через коэффициенты в уравнении следующим образом:
где n(A) и n(B) – количества вещества А и В соответственно, а k(A) и k(B) – коэффициенты в уравнении перед этими веществами.
Из этого выражения следует, что количество вещества В равно:
4) далее, зная количество вещества B, мы можем найти его массу по формуле:
Если же вещество B является газом и спрашивают его объем, то рассчитать его можно следующим образом:
В общем, последовательность решения таких задач можно изобразить следующей схемой:
1) Зная массу или объем вещества A, рассчитываем его количество вещества.
2) Зная количество вещества A, рассчитываем количество вещества B по формуле:
где n(A) и n(B) – количества веществ А и В соответственно, а k(A) и k(B) – коэффициенты в уравнении перед этими веществами.
3) В зависимости от того, требуется найти массу вещества В или объем газа В, умножаем его количество либо на молярную массу, либо на молярный объем газа:
Пример
Какая масса сульфида алюминия потребуется для того, чтобы в результате его взаимодействия с избытком соляной кислоты образовался газ объемом 33,6 л (н.у.).
Решение:
1) Запишем уравнение реакции:
2) Рассчитываем количество вещества, для которого известна его масса или объем (в случае газа). Нам известен объем сероводорода, рассчитаем его количество вещества:
3) Отношение количества вещества любого фигуранта реакции к его коэффициенту в уравнении этой реакции всегда одно и то же. Т.е. для сульфида алюминия и сероводорода мы можем записать, что:
где k(Al2S3) и k(H2S) – коэффициенты перед Al2S3 и H2S соответственно.
Из этого выражения выразим n(Al2S3):
Подставим известные значения n(H2S) и коэффициентов перед H2S и Al2S3:
Тогда масса сульфида алюминия будет равна:
Задачи с реальных экзаменов ЕГЭ на тему «Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ» можно порешать здесь.
РАСЧЕТЫ ПО ХИМИЧЕСКИМ УРАВНЕНИЯМ, или Как вычислить массу вещества (или объем газа) по известному количеству вещества одного из вступающих в реакцию или образующихся в результате нее веществ
Расчеты по химическим уравнениям являются одними из самых широко используемых в химии.
Это самый простой тип расчетных задач, в основе которых лежит химическое уравнение.
Содержание
Особенности задач с расчетами по химическим уравнениям
Основной алгоритм расчетов с использованием химических уравнений
Расчеты по химическим уравнениям: примеры
Особенности задач с расчетами по химическим уравнениям
В задачах с расчетами по химическим уравнениям речь идет о каком-либо химическом превращении (например, разложении) одного какого-то вещества или химическом взаимодействии двух или нескольких веществ. Причем:
- Масса или объем одного из них известны. Требуется найти массу или объем продукта реакции – вещества (или одного из веществ), образующегося в результате взаимодействия.
- Либо, наоборот, известны масса или объем образовавшегося вещества, требуется найти массу или объем исходного вещества.
- Либо известны масса или объем одного из реагентов, необходимо вычислить массу или объем второго реагента.
Прежде, чем приступить к вычислениям, важно составить уравнение реакции взаимодействия и правильно расставить коэффициенты.
Необходимо помнить, что коэффициенты, стоящие перед формулами веществ в уравнении реакции, показывают, в каких эквивалентных (достаточных, необходимых, пропорциональных) количествах реагируют вещества. Эти количества называют «количествами вещества по уравнению реакции» и записывают под формулами соответствующих веществ в уравнении.
Те количества вещества, которые находят, используя данные задачи, называют «количествами вещества по условию задачи» и в уравнение не записывают.
В ходе решения сравнивают «количества вещества по уравнению реакции» для того, чтобы узнать, в каком соотношении находятся вещества, о которых идет речь в задаче. Используя данные об этом соотношении, определяют «количества вещества по условию задачи». А затем, применяя основную расчетную формулу, вычисляют искомые массу или объем вещества.
Основной алгоритм расчетов с использованием химических уравнений
Основные шаги, которые необходимо сделать при решении задач с использованием химических уравнений, можно отобразить в виде схемы:
Расчеты по химическим уравнениям: примеры
Приведем несколько примеров с расчетами по химическим уравнениям.
Пример 1. В избытке воды растворили 11,5 г металлического натрия. Какой объем водорода выделился при этом?
- Так как в задаче говорится о химическом процессе: натрий реагирует с водой, — то запишем уравнение реакции.
- Над формулами веществ в уравнении реакции расставим данные условия задачи.
- Под формулами веществ в уравнении реакции расставим количества вещества (они соответствуют коэффициентам, стоящим перед формулами веществ, это эквивалентные количества), молярную массу натрия (смотрим по таблице Менделеева) и молярный объем для водорода (так как требуется найти объем этого газа, а не массу).
- В условии говорится, что натрий реагирует с избытком воды. Это означает только то, что её будет достаточно для взаимодействия с металлом.
Пример 2. Кальций массой 2 г прореагировал с кислородом. Какая масса кислорода вступила в реакцию?
- Так как в задаче говорится о химическом процессе: кальций реагирует с кислородом, — то запишем уравнение реакции.
- Над формулами веществ в уравнении реакции расставим данные условия задачи.
- Под формулами веществ в уравнении реакции расставим количества вещества (они соответствуют коэффициентам, стоящим перед формулами веществ, это эквивалентные количества), молярные массы (смотрим и считаем по таблице Менделеева).
Пример 3. Смесь, состоящую из 3 г магния и 3,9 г цинка, сплавили с серой, которая находилась в избытке. Рассчитайте массу полученной смеси сульфидов металлов.
- В составе смеси два металла: магний и цинк. Однако каждый из них прореагирует с серой самостоятельно. Поэтому запишем два уравнения реакции и решим фактически две задачи в одной.
- Над формулами веществ в уравнениях реакций расставим данные условия задачи.
- Под формулами веществ в уравнениях реакций расставим количества веществ (они соответствуют коэффициентам, стоящим перед формулами веществ, это эквивалентные количества), молярные массы (смотрим и считаем по таблице Менделеева).
- Поскольку требуется найти массу смеси образовавшихся сульфидов, то рассчитаем массу каждого из них из соответствующего уравнения. Укажем это в уравнениях над формулами сульфидов.
- Избыток серы говорит только о том, что ее будет достаточно для полного реагирования как магния, так и цинка.
Итак, при расчетах по химическим уравнениям важно правильно записать уравнение реакции и расставить коэффициенты.
Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте.
Между количествами веществ, участвующих в химической реакции, существует прямо пропорциональная зависимость: чем большее количество одного из веществ принимает участие в данном превращении, тем большее количество других веществ в нём участвует, и наоборот.
Если в химической реакции участвуют вещества (A) и (B), то уравнение реакции имеет вид
(…aA) (+) (…bB), где (a) и (b) — коэффициенты, относящиеся к формулам соответствующих веществ.
Прямо пропорциональную зависимость, существующую между количествами веществ (A) и (B), можно выразить математически:
, отсюда:
n(A)=a⋅n(B)b
или
n(B)=b⋅n(A)a
.
Для того чтобы произвести простейший расчёт по уравнению химической реакции, следует, как правило, сделать четыре шага:
1. написать уравнение химической реакции, упомянутой в условии задачи: (…aA) (+) (…) (…bB).
2. Если в условии задачи не указано количество вещества ((A)), участвующего в превращении, следует, исходя из того, что дано, сделать такой расчёт:
а) если известна масса вещества, его количество можно рассчитать путём деления массы на его молярную массу:
n(A)=m(A)M(A)
.
б) Если известен объём газообразного вещества, измеренный при нормальных условиях (н. у.), количество вещества можно рассчитать путём деления объёма на молярный объём:
n(A)=V(A)Vm
, где
Vm=22,4
л/моль.
в) Если известно число частиц вещества (атомов, молекул или др.), принимающих участие в реакции, его количество можно рассчитать путём деления числа частиц на число Авогадро:
n(A)=N(A)NA
, где
NA=6,02⋅1023
1/моль.
3. Зная количество одного вещества ((A)), участвующего в реакции, можно рассчитать количество второго вещества ((B)), принимающего участие в этой реакции:
n(B)=b⋅n(A)a
.
4. Если требуется рассчитать не количество второго вещества ((B)), а численное значение другой физической величины (его массу, объём газа (н. у.) или др.), следует сделать такой расчёт:
а) чтобы рассчитать массу второго вещества, участвующего в реакции, следует его количество умножить на молярную массу данного вещества:
m(B)=n(B)⋅M(B)
.
б) Чтобы рассчитать объём газа (н. у.), участвующего в химической реакции, нужно его количество умножить на молярный объём:
V(B)=n(B)⋅Vm
.
в) Чтобы рассчитать число частиц (атомов, молекул или др.) второго вещества, принимающего участие в данной химической реакции, нужно его количество умножить на число Авогадро:
N(B)=n(B)⋅NA
.
г) Чтобы рассчитать молярную массу второго вещества, участвующего в химической реакции, следует его массу разделить на количество этого вещества:
M(B)=m(B)n(B)
.
Обрати внимание!
Все вышеупомянутые вычисления можно сделать, не пользуясь расчётными формулами, а составляя пропорции.
Пример:
для того чтобы рассчитать, какое количество вещества содержится в (4,9) г серной кислоты (её молярная масса равна (98) г/моль), следует составить такую пропорцию:
в (98) г серной кислоты содержится (1) моль этого вещества,
а в (4,9) г серной кислоты содержится (x) моль вещества;
.
Задача 6.
Определите объем газа (н.у.), который получится, если 8 г алюминия поместить в 200 г 8% -ного раствора соляной кислоты. Найдите массу раствора после реакции.
Дано:
Определение объема выделившегося газа в реакции, если одно вещество взято в избытке
Определение избытка-недостатка
Задача 6.
Определите объем газа (н.у.), который получится, если 8 г алюминия поместить в 200 г 8% -ного раствора соляной кислоты. Найдите массу раствора после реакции.
Дано:
масса алюминия: m(А1) = 8 г;
масса соляной кислоты: mр-ра(НС1) = 200 г;
массовая доля хлороводорода в соляной кислоте: (НС1) = 8% .
Найти:
объем выделившегося газа;
массу раствора после реакции.
Решение:
2А1 + 6НС1 – 2А1С13 + ЗН2↑
Сначала необходимо определить, какое вещество будет в недостатке. По нему можно рассчитать объем выделившегося водорода. Алгоритм вычисления массы конечного раствора
зависит от того, какое вещество окажется в избытке, поэтому отразить эту часть решения заранее невозможно. Алгоритм вычисления массы конечного раствора зависит от того, какое
вещество окажется в избытке. В большинстве задач на определение избытка-недостатка при растворении металла в растворе в недостатке оказывается именно металл. В этом случае
масса конечного раствора определяется очень просто:
mкон. р-ра = т(Ме) + mисх. р-ра – mгаза.
Если же металл окажется в избытке, то его излишек не будет входить в состав конечного раствора, а опустится на дно сосуда.
Поэтому отразить весь алгоритм решения заранее невозможно.
Схематично алгоритм первой части решения будет иметь вид:
1. Определяем массу НС1 в 200 г 8% -ного исходного раствора.
2. Определяем количество веществ НС1 и А1.
3. Выберем за основу алюминий, и определим по уравнению реакции количество вещества НС1, которое необходимо для полного растворения всего (0,296 моль) алюминия.
Составляем пропорцию:
на 0,296 моль А1 должно расходоваться х моль НС1 (по условию)
на 2 моль А1 полностью расходуется 6 моль НС1 (но уравнению)
НС1 должно расходоваться на 0,296 моль А1.
4 .Определим, какое вещество дано в недостатке.
Таблица
n(НС1) необходимо
n(НС1) дано по условию
0,888моль > 0,438 моль
В реакции участвует меньше НС1, чем необходимо для полного растворения А1, следовательно, НС1 дано в недостатке. В процессе реакции НС1 израсходуется полностью, а А1 расходуется не весь и часть его останется после реакции.
5. Рассчитаем по уравнению реакции объем (н.у.) выделившегося водорода. Для расчета используем НС1, т.к. это вещество взято в недостатке.
Составляем пропорцию:
0,438 моль НС1 дают х л Н2 (по условию)
6 моль НС1 дают 67,2 л Н2 (по уравнению)
выделится в процессе реакции.
6. Определим массу выделившегося Н2 по алгоритму:
7. Определяем массу раствора после реакции.
mкон. р-ра = m(HCl)р-ра + m(Al)растворившегося – m(H2)выделившегося
При определении массы конечного раствора нужно учитывать, что алюминий находился в избытке, и часть его осталась после реакции в неизменном виде. Не прореагировавший алюминий, очевидно, не входит в состав раствора и будет находиться на дне. Поэтому нам придется определить массу растворившегося А1. Это можно сделать по уравнению реакции, используя данные по НС1.
Составляем пропорцию:
х т А1 растворяются в 0,438 моль НС1 (по условию)
54 г А1 растворяются в 6 моль НС1 (по уравнению)
Теперь возможно определить массу конечного раствора:
mкон. р-ра = 200 + 3,95 – 0,44 = 203,51 г.
Ответ: объем выделившегося водорода — 4,9 л; масса конечного раствора 203,51 г.
Определение объема образовавшегося углекислого газа
Задача 7.
Определите объем выделившегося газа при взаимодействии 20,0 г карбоната кальция с избытком азотной кислоты.
Решение:
Несмотря на то, что в условии говориться об избытке азотной кислоты, данная задача не относится к типу «на определение избытка-недостатка». В условии указана масса только одного из участников реакции (СаСО3). Указание на избыток другого участника (НNO3) показывает, что карбонат кальция расходуется полностью и объем выделившегося газа необходимо считать именно по СаСО3.
Определим объем образовавшегося углекислого газа из пропорции:
20 г А1 дают х л СО2 (по условию)
100 г А1 дают 22,4 л СО2 (по уравнению)
Ответ: V(CO2) = 4,
Задачи на избыток-недостаток:
1. Определение избытка-недостатка
2 . Алгоритм определения избытка-недостатка
