Вычисление количества вещества, массы или объема вещества по количеству веществ, массе или объему одного из реагентов или продуктов реакции
Основой для проведения количественных расчётов в химии является закон сохранения массы. Согласно этому закону масса реагентов равна массе продуктов реакции.
Отсюда следует, что для любой химической реакции массы реагентов и продуктов реакции относятся между собой как молярные массы веществ, умноженные на их стехиометрические коэффициенты.
Для расчёта по химическим уравнениям можно использовать два эквивалентных способа: через количество вещества или через пропорцию. Подчеркнём ещё раз: официального запрета на использование метода пропорций при решении задач на ОГЭ и ЕГЭ нет!
Для определения массы (или количества вещества) продуктов реакции или исходных веществ по уравнениям химических реакций вначале составляют уравнение химической реакции и устанавливают стехиометрические коэффициенты; затем определяют молярную массу, массу и количество вещества известных реагентов химической реакции; составляют и решают пропорцию, в которую в зависимости от условий задачи вводят числовые значение величин: молярные массы, массы, количества веществ или их объёмы (для газов).
При этом в одном столбце пропорций должны находиться одинаковые характеристики вещества с одной и той же размерностью.
Пример 1. Масса железа, вступившего в реакцию с 6 моль хлора, равна _________ г. (Ответ запишите с точностью до целого числа.)
Решение. Составляем уравнение химической реакции:
Из этого уравнения следует, что 3 моль Cl2 реагируют с 2 моль Fe, т. е.:
Определяем массу железа:
Пример 2. Масса нитрида лития, образовавшегося в результате его реакции с азотом объёмом 8,96 л, равна_______________ г.
Решение. Составляем уравнение химической реакции:
Определяем количество вещества азота, вступившего в реакцию:
Из уравнения реакции следует, что из 1 моль N2 образуется 2 моль Li3N, т. е.:
Определим массу Li3N:
Пример 3. Объём углекислого газа, образовавшегося в результате разложения карбоната магния количеством вещества 4 моль избытком соляной кислоты, равен________ л.
Решение. Составляем уравнение химической реакции:
Из этого уравнения следует, что количество вещества углекислого газа и карбоната магния равны между собой, т. е. n(CO2) = 4 моль.
Определим V(CO2):
Пример 4. Объём водорода, который выделится при растворении 16,8 г железа в избытке разбавленной соляной кислоты, равен _________ л.
Решение. Составляем уравнение химической реакции:
Определим количество вещества железа:
Количество вещества железа и водорода в данном уравнении реакции равны между собой. Следовательно, количество вещества водорода также равно 0,3 моль.
Вычислим объём водорода:
Пример 5. Масса осадка, который образуется в результате взаимодействия 40,0 г хлорида кальция с избытком карбоната натрия, равна _________г.
Решение. Составляем уравнение реакции:
Согласно уравнению химической реакции составим пропорцию и решим её:
Пример 6. 250 г раствора нитрата серебра смешали с избытком раствора йодида калия. Выпал осадок массой 11,75 г. Вычислите массовую долю нитрата серебра в исходном растворе.
Элементы ответа (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)
1) Составлено уравнение химической реакции:
2) По массе осадка йодида серебра рассчитано его количество вещества, а затем в соответствии с уравнением реакции — количество вещества и масса нитрата серебра, содержащегося в исходном растворе:
Из уравнения реакции следует, что n(AgI) = n(AgNO3) = 0,05 моль, тогда:
3) Вычислена массовая доля нитрата серебра в исходном растворе:
| Критерии оценивания | Баллы |
| Ответ правильный и полный, включает все названные элементы | 3 |
| Правильно записаны два первых элемента из названных выше | 2 |
| Правильно записан один из названных выше элементов (1-й или 2-й) | 1 |
| Все элементы ответа записаны неверно | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Тренировочные задания
1. К 300 г раствора нитрата бария прибавили избыток раствора сульфата натрия. Масса выпавшего осадка составила 23,3 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
2. К 150 г раствора сульфата натрия прибавили избыток раствора хлорида бария. Масса выпавшего осадка составила 23,3 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
3. К 300 г раствора силиката натрия прибавили избыток раствора нитрата кальция. Масса выпавшего осадка составила 12,0 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
4. К 150 г раствора карбоната калия прибавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделился газ объёмом 3,36 л (н. у.). Определите концентрацию соли в исходном растворе.
5. К 250 г раствора гидрокарбоната натрия прибавили избыток раствора бромоводородной кислоты. При этом выделился газ объёмом 5,6 л. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
6. К 50 г раствора карбоната натрия прибавили избыток раствора хлорида бария. Масса выпавшего осадка составила 7,88 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
7. К 200 г раствора хлорида бария прибавили избыток раствора карбоната калия. Масса выпавшего осадка составила 7,88 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
8. К 200 г раствора хлорида железа (II) прибавили избыток раствора гидроксида калия. Масса выпавшего осадка составила 18,0 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
9. К 400 г раствора нитрата свинца прибавили избыток раствора йодида натрия. Масса выпавшего осадка составила 23,05 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
10. К 300 г раствора йодида натрия прибавили избыток раствора нитрата свинца. Масса выпавшего осадка составила 23,05 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.
11. Определите массу осадка, который выпадет при взаимодействии 150 г 14,8%-ного раствора хлорида кальция с избытком раствора карбоната натрия.
12. Определите объём газа (н. у.), который выделится при взаимодействии 120 г 8,8%-ного раствора карбоната натрия с избытком раствора соляной кислоты.
13. Определите массу соли, которая выпадет в осадок при взаимодействии 140 г 13,5%-ного раствора нитрата цинка с избытком раствора сульфида натрия.
14. Определите массу осадка, который выделится при взаимодействии 200 г 18,8%-ного раствора нитрата меди с избытком раствора сульфида натрия.
15. Определите массу осадка, который выпадет при взаимодействии 200 г 6,1%-ного раствора силиката натрия с избытком раствора хлорида цинка.
16. Определите массу осадка, который выделится при взаимодействии 200 г 12,7%-ного раствора хлорида железа (II) с избытком раствора сульфида натрия.
17. Определите массу осадка, который выделится при взаимодействии 50 г 17%-ного раствора нитрата серебра с избытком раствора бромида калия.
18. Определите массу осадка, который образуется при взаимодействии 200 г 6,1%-ного раствора силиката натрия с избытком раствора нитрата кальция.
19. Определите массу осадка, который образуется при взаимодействии 50 г 5,8%-ного раствора хлорида магния с избытком раствора фосфата натрия.
20. Определите объём газа, который выделится при взаимодействии 200 г 6,9%-ного раствора карбоната калия с избытком раствора соляной кислоты.
21. Оксид фосфора (V) массой 21,3 г растворили в растворе гидроксида калия, в результате чего был получен раствор средней соли массой 500 г. Определите концентрацию фосфата калия в конечном растворе.
22. Раствор хлорида железа (II) полностью прореагировал со 120 г раствора гидроксида натрия, в результате чего образовалось 6,0 г осадка. Определите массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе.
23. Какой объём аммиака (н. у.) может полностью прореагировать со 150 г 20%-ного раствора серной кислоты с образованием средней соли?
24. В 200 г 20%-ного раствора соляной кислоты растворили магний до прекращения выделения газа. Определите объём выделившегося при этом водорода (н. у.).
25. Аммиак объёмом 10 л (н. у.) пропустили через раствор серной кислоты с массовой долей 8% до образования средней соли. Определите массу исходного раствора.
26. Определите объём сероводорода (н. у.), который необходимо пропустить через 130 г 6%-ного раствора хлорида меди (II) до полного осаждения сульфида меди (II).
27. Сероводород объёмом 3,36 л (н. у.) пропустили через раствор гидроксида натрия, в результате чего получили 180 г раствора сульфида натрия. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
28. Алюминий массой 8,1 г может нацело прореагировать с 250 г раствора серной кислоты. Определите массовую долю серной кислоты в исходном растворе.
29. К 250 г раствора нитрата серебра добавили раствор хлорида калия до прекращения выделения осадка, масса которого составила 14,35 г. Определите массовую долю нитрата серебра в исходном растворе.
30. К 300 г 5%-ного раствора хлорида магния добавили избыток раствора фосфата калия. Вычислите массу выпавшего при этом осадка.
Ответы
Алгоритм 1
Вычисление массы вещества по известной массе другого
вещества, участвующего в реакции
Пример. Вычислите массу кислорода, выделившегося в результате разложения
порции воды массой 9 г.
Последовательность выполнения действий
С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи, найдем молярные массы веществ, о которых идет речь в условии задачи
Дано:
m(Н20) = 9г
m(О2) = ? г
М(Н2О) = 18 г/моль
М(О2) = 32 г/моль
Найдем количество вещества, масса которого дана в условии задачи
Решение:
n=
= 0.5 моль
Запишем уравнение реакции. Расставим коэффициенты
2Н2О = 2Н2?+ О2?
Над формулой в уравнении реакции запишем найденное значение количества вещества, а под формулами веществ — стехиометрические соотношения, отображаемые химическим уравнением
0,5 моль ? моль
2Н2О = 2Н2 + О2
2 моль 1 моль
Вычислим количество вещества, массу которого требуется найти. Для этого составляем пропорцию
=
, откуда х = 0,25 моль.
Следовательно, n(O2) = 0,25 моль
Найдем массу вещества, которую требуется вычислить
m(O2)= n(O2)·M(O2)
m(O2) = 0,25 моль • 32 г/моль = 8 г
Запишем ответ
Ответ: m(О2) = 8 г
Решение расчетных задач на вычисление массы или количества продукта реакции, если один из реагентов взят в избытке
В условиях задач такого типа указаны массы или объёмы двух реагирующих веществ, одно из которых дано в избытке, поэтому при решении таких задач нужно определить, какое вещество взято в избытке. Расчёт массы или объёма продукта реакции ведётся по данным вещества взятого в недостатке.
I. Алгоритм решения задачи: “Вычисление массы или количества продукта реакции, если один из реагентов взят в избытке”
Пример 1. Смешали два раствора, содержащих соответственно 33,3г хлорида кальция и 16,4г фосфата натрия. Вычислите массу осадка.
|
Последовательность выполнения действий |
Оформление решения задачи |
|
1. Записываем условие задачи |
Дано: m(CaCl2)=33,3г m(Na3PO4)=16,4г _______________ Найти: m(Ca3(PO4)2) =? |
|
2. Вычислим молярные массы для формул, записанных вдано |
M(CaCl2)=111г/моль M(Na3PO4)=164г/моль M(Ca3(PO4)2) =310г/моль |
|
3. Вычислим количества веществ, масса которых дана в условии |
ν(CaCl2)=m/M=33,3г/111г/моль=0,3моль ν(Na3PO4)=16,4г/164г/моль=0,1моль |
|
4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
|
|
5. Определим, какой из реагентов взят в избытке. Для этого сравним дроби. |
CaCl2 – взят в избытке, расчёт ведём по недостатку, т.е. поNa3PO4. |
|
6. Вычислим количество вещества, массу которого нужно найт |
По УХР: ν(Ca3(PO4)2)= (0,1моль∙1моль)/2моль=0,05моль |
|
7.Вычислим искомую массу |
m(Ca3(PO4)2)= ν(Ca3(PO4)2 )∙ M(Ca3(PO4)2) = 0,05моль ∙ 310г/моль =15,5г |
|
8. Запишем ответ |
Ответ: m(Ca3(PO4)2) =15,5г |
Пример 2. Вычислите объём водорода (н.у.), который образуется при взаимодействии 6,5 г цинка с соляной кислотой массой 7,5 г.
|
Последовательность выполнения действий |
Оформление решения задачи |
|
1. Записываем условие задачи |
Дано: m(Zn)=6,5г m(HCl)=7,5г Vm=22,4л/моль _______________ Найти: V(H2) =? |
|
2. Вычислим молярные массы для веществ с известной массой, записанных в дано |
M(Zn)=65г/моль M(HCl)=36,5г/моль |
|
3. Вычислим количества веществ, масса которых дана в условии |
ν(Zn) = m/M= 6,5/65г/моль=0,1моль ν(HCl)=7,5г/36,5г/моль=0,205моль |
|
4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
|
|
5. Определим, какой из реагентов взят в избытке. Для этого сравним дроби. |
НCl – взят в избытке, расчёт ведём по недостатку, т.е. по Zn. |
|
6. Вычислим количество вещества, объём которого нужно найти |
По УХР: ν(H2) = ν(Zn)=0,1моль |
|
7.Вычислим искомый объём |
V(H2)= ν(H2)∙ Vm = 0,1моль ∙ 22,4л/моль =2,24л |
|
8. Запишем ответ |
Ответ: V(H2)= 2,24л |
II. Алгоритм решения задач на “Избыток – недостаток” (в общем виде)
Расчёты по уравнению реакции, если один из реагентов взят в избытке
Дано: m (ν, V, W) реагентов
Найти: m (ν, V, W) продукта
Решение:
1. Составляем уравнение реакции
2. Нахождение количества вещества реагентов ν(А) и ν(В):
ν = m/M;
ν = V/Vm;
Wвещества = (mвещества •100%)/mраствора;
mвещества= (Wвещества• mраствора)/100%
3. Сравнение дробей – нахождение недостатка:
Если, ν(А)/a > ν(В)/b, то вещество В в недостатке, расчёт ν(С) ведём по ν(В)
Если, ν(А)/a < ν(В)/b, то вещество А в недостатке, расчёт ν(С) ведём по ν(А)
Если, ν(А)/a = ν(В)/b, то расчёт ν(С) ведём по ν(В) или ν(А)
4. Определение ν(С) по УХР путём составления и решения пропорции:
ν(В)/b = ν(С)/с или ν(А)/a = ν(С)/с
5. Нахождение величин, требуемых по условию:
m = ν•M;
V = ν• Vm;
Wвещества = (mвещества •100%)/mраствора
Здесь,
m – масса вещества (г)
ν – количество вещества (моль)
V – объём (л)
W – массовая доля вещества (%)
III. Решите следующие задачи
- Вычислите массу осадка, образующегося при взаимодействии 160 г сульфата железа (III) и 41,6 г хлорида бария.
- Вычислите объем углекислого газа, который можно получить при взаимодействии карбоната кальция массой 7 г с соляной кислоты массой 6 г.
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.
Как найти массу вещества
Массу вещества требуется найти во многих задачах. Это можно сделать с помощью специальных формул. Обычно в условии задачи присутствует реакция, с помощью которой находятся некоторые величины.
Инструкция
При данном в условии задачи объеме и плотности вычисляйте массу следующим образом: m = V*p, где m – масса, V – объем, p – плотность.
В других случаях рассчитывайте массу так: m = n*M, где m – масса, n – количество вещества, M – молярная масса. Молярную массу не трудно подсчитать, для этого нужно сложить все атомные массы простых веществ, входящих в состав сложного (атомные массы указаны в таблице Д.И. Менделеева по обозначение элемента).
Выражайте значение массы из формулы массовой доли вещества: w = m(x)*100%/m, где w – массовая доля вещества, m(x) – масса вещества, m – масса раствора, в котором растворено данное вещество. Чтобы найти массу вещества необходимо: m(x) = w*m/100%.
Из формулы выхода продукта вычисляйте нужную вам массу: выход продукта = mp(x)*100%/m(x), где mp(x) – масса продукта x, полученного в реальном процессе, m(x) – рассчитанная масса вещества x. Выводите: mp(x ) = выход продукта* m(x)/100% или m(x) = mp(x)*100%/ выход продукта. При данном в условии задачи выходе продукта эта формула будет необходима. Если выход продукта не дан, то следует считать, что он равен 100%.
Если в условии присутствует уравнение реакции, то решайте задачу по нему. Для этого сначала составьте уравнение реакции, затем вычислите из него количества вещества полученного или затраченного для данной реакции и уже это количество вещества подставьте в нужные формулы. Например, Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2NaCl. Известно, что масса BaCl2 равна 10,4 г, нужно найти массу NaCl. Рассчитайте количество вещества хлорида бария: n = m/M. M (BaCl2) = 208 г/моль. n(BaCl2) = 10,4/208 = 0,05 моль. Из уравнения реакции следует, что из 1 моля BaCl2 образовалось 2 моль NaCl. Вычислите какое количество вещества образуется из 0,05 моль BaCl2. n(NaCl) = 0,05*2/1 = 0,1 моль. В задаче же требовалось найти массу хлорида натрия, найдите, предварительно рассчитав молярную массу хлорида натрия. M(NaCl) = 23+35,5 = 58,5 г/моль. m(NaCl) = 0,1*58,5 = 5,85 г. Задача решена.
Обратите внимание
Единицами измерения массы могут быть миллиграммы, граммы, килограммы.
Источники:
- “Пособие по химии”, Г.П. Хомченко, 2005.
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.
