Обчислення складу сумішей, якщо не всі компоненти вступають у хімічну реакцію

ОБЧИСЛЕННЯ КІЛЬКІСНОГО СКЛАДУ СУМІШЕЙ ЗА РІВНЯННЯМИ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ (ЯКЩО ОДИН КОМПОНЕНТ СУМІШІ БЕРЕ УЧАСТЬ В ХІМІЧНОМУ ПРОЦЕСІ).

Основні поняття: суміш, масова частка компоненту суміші, об’ємна частка компоненту суміші.

Задача 1. При дії на 10 г суміші заліза і ферум (ІІ) оксиду хлоридної кислоти виділилося 2,24 л газу. Визначте масову частку (%) заліза в суміші.

Дано: Допоміжні дані m (суміші) = 10 г

V (газу) = 2,24 л

VМ (газу) = 22,4 л/моль

M (Fe) = 56 г/моль.

Знайти: m (Fe) – ?

Розв’язання:

Крок 1. Записуємо рівняння хімічних реакцій, що відбуваються:

Fe + 2HCl= FeCl2 + H2↑ FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

Як бачимо з рівнянь водень виділяється лише в результаті взаємодії заліза з кислотою.

Крок 2. Обчислюємо масу заліза, що вступило в реакцію.

Варіант І. Обчислення за кількістю речовини.

а) Обчислюємо кількість речовини водню, що виділився за формулою: n (Н2) = 2,24 / 22,4 = 0,1 (моль).

б) Обчислюємо кількість речовини заліза, що вступило в реакцію. Співвідношення кількісті речовини водню і заліза за рівнянням хімічної реакції становить: Fe + 2HCl= FeCl2 + H2↑ 1 моль 1 моль n (Н2) : n (Fe) = 1 : 1.

Отже, кількість речовини заліза дорівнює кількості водню, а саме – 0,1 моль.

в) Обчислюємо масу заліза, що вступило в реакцію за формулою:

n = m / M , m = n ‧M. m (Fe) = 0,1 ‧56 = 5,6 (г).

Варіант ІІ. Обчислення за пропорцією.

а) Записуємо рівняння реакції і зазначаємо дані з умови задачі над рівнянням, а кількість речовини, і відповідно молярну масу і молярний обєм під річянням:

х г 2,24 л

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑

1 моль 1 моль

1 моль·М (Fe) = 56 г/моль

56 г

1 моль·VM = 22,4 л/моль

22,4 л

б) Складаємо пропорцію за рівнянням реакції і обчислюємо масу заліза, що вступило в реакцію:

х г / 56 г = 2,24 л / 22,4 л х = 56 ‧2,24 / 22,4 = 5,6 (г)

Крок 3. Обчислюємо масову частку (%) заліза в суміші. За формулою:

ω (компонента) = m (компонента) / m (суміші)

ω (Fe) = 5,6 / 10 = 0,56 (56%). Відповідь: 56 %.

Задача 2.

При згорянні аміну утворилася суміш азоту і вуглекислого газу об’ємом 14 л. Дану суміш пропустили крізь вапняну воду. В результаті виділився осад масою 50 г. Обчисліть об’єм вуглекислого газу в суміші.

Дано: Допоміжні дані m (осаду) = 50 г

V (N2, CO2) = 12,32 л

VМ (газу) = 22,4 л/моль

M (СаСО3) = 100 г/моль.

Знайти: φ (CO2) – ?

Розв’язання:

Крок 1. Записуємо рівняння можливих хімічних реакцій:

N2 + Ca(OH)2 ≠

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O

Як бачимо, у реакцію з вапняною водою вступає лише вуглекислий газ.

Крок 2. Обчислюємо кількість речовини кальцій карбонату, що утворився. За формулою: n = m / M . n (СаСО3) = 50 / 100 = 0,5 (моль).

Крок 3. Обчислюємо кількість речовини вуглекислого газу, що вступив в реакцію. Співвідношення кількісті речовини газу і кальцій карбонату за рівнянням хімічної реакції становить:

CO2 + Ca(OH)2 = H2O + CaCO3↓

1 моль 1 моль

n (СО2) : n (CaCO3) = 1 : 1.

Отже, кількість речовини заліза дорівнює кількості водню, а саме –0,5 моль.

Крок 4. Обчислюємо об’єм газу, що вступив у реакцію за формулою:

n = V / VM , V = n ‧VM. V (СО2) = 0,5 ‧22,4 = 11,2 (л).

Відповідь: 11,2 л.

ОБЧИСЛЕННЯ КІЛЬКІСНОГО СКЛАДУ СУМІШЕЙ ЗА РІВНЯННЯМИ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ (ЯКЩО ВСІ КОМПОНЕНТИ БЕРУТЬ УЧАСТЬ В ХІМІЧНОМУ ПРОЦЕСІ)

Основні поняття: суміш, масова частка компоненту суміші, об’ємна частка компоненту суміші.

Задача 1.

При дії на суміш алюмінію і заліза масою 22 г надлишком соляної кислоти виділилося 17,92 л газу (н.у.). Визначте маси (г) металів у суміші.

Дано: Допоміжні дані m (суміші) = 22 г

V (газу) = 17,92 л

М (Al) = 27 г/моль

M (Fe) = 56 г/моль

Знайти: m (Fe) – ? m (Al) – ?

Розв’язання:

У даній задачі взаємодію вступають обидва метали і газ водень виділяється в обох реакціях. Такі задачі зручно розв’язувати за допомогою системи рівнянь, прийнявши за x - кількість речовини одного з металів, а за y - число моль другого.

Крок 1. Обчислюємо кількість речовини водню, що виділився у результаті взаємодії суміші металів з кислотою. За формулою:

n (Н2) = 17,92 / 22,4 = 0,8 (моль).

Нехай кількість речовини алюмінію становить – x моль, а заліза – y моль.

Крок 2. Виражаємо кількість речовини водню, що виділився взаємодії алюмінію з кислотою. За рівнянням реакції:

х моль 1,5х моль

2Al + 6HCl → 2AlCl + 3H2

2 моль 3 моль

Виходячи з відношення кількості речовини алюмінію і водню:

n (Al) : n (H2) = 2: 3 = 1 : 1,5;

х моль металу відповідає 1,5х моль газу.

Крок 3. Виражаємо кількість речовини водню, що виділився в результаті взаємодії заліза з кислотою.

За рівнянням реакції:

у моль у моль

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

1 моль 1 моль

Виходячи з відношення кількості речовини заліза і водню:

n (Fe) : n (H2) = 1: 1, у моль металу відповідає у моль газу.

Крок 4. Складаємо перше рівняння в системі. Приймаємо кількість речовини водню, що виділився в результаті реакції з алюмінієм за 1,5х, а у реакції з залізом – за у: 1,5x + y = 0,8 (моль).

Крок 5. Виражаємо масу суміші металів через кількість речовини металів за формулою:

m = M ‧ n. m (Al) = 27х, m (Fe) = 56у, маса суміші (друге рівняння у системі):

27х + 56у = 22 (г).

Крок 6. Складаємо систему рівнянь і розв’язуємо її: Множимо перше рівняння на 18 (для того, щоб отримати число 27):

18‧1,5x + 18y = 18‧0,8

27х + 18у = 14,4

і віднімаємо його від другого рівняння:

27х – 27х + 56у – 18у = 22 – 14,4.

Розв’язуємо рівняння 38у = 7,6

у = 0,2 моль (Fe),

1,5х + 0,2 = 0,8

х = 0,6/1,5

х = 0,4 моль (Al).

Крок 7. Обчислюємо маси металів у суміші:

m (Al) = 27х = 27‧0,4 = 10,8 (г),

m (Fe) = 56у = 56‧0,2 = 11,2 (г).

Відповідь: m (Al) = 10,8 г, m (Fe) – 11,2 г.

Задача 2.

Доломіт – мінерал, що складається з карбонатів Кальцію і Магнію широко застосовується у будівельній промисловості. Для проходження повної реакції на доломіт масою 73 г необхідно подіяти хлоридною кислотою, що містить г НCl. Обчисліть маси (г) карбонатів в доломіті.

Дано: Допоміжні дані m (суміші) = 82 г

m (НCl) = 65,7 г

М (НCl) = 36,5 г/моль

M (СаСО3) = 100 г/моль

M (MgСО3) = 84 г/моль

Знайти: ω (СаСО3) – ? ω (MgСО3) – ?

Розв’язання:

У даній задачі у взаємодію вступають і магній карбонат і кальцій карбонат. Крок 1. Позначаємо невідоме. Нехай маса кальцій карбонату становить – x г, а магній карбонату – y г.

Крок 2. Виражаємо кількість речовини кислоти, що необхідно для взаємодії з кальцій карбонатом. За рівнянням реакції:

х г m1 г

СаСО3 + 2HCl → СаCl2+ СО2

1 моль 2 моль

100г 73 г

Виходячи з відношення:

m1 (HCl) = 73х/100 = 0,73х (г).

Крок 3. Виражаємо кількість речовини кислоти, що необхідно для взаємодії з магній карбонатом. За рівнянням реакції:

у г m2 г

MgСО3 + 2HCl → MgCl2+ СО2

1 моль 2 моль

84 г 73 г

Виходячи з відношення:

m2 (HCl) = 73у/84 ≈ 0,87у (г)

Крок 4. Складаємо перше рівняння в системі. Кількість речовини HCl, що вступив в реакцію з карбонатами:

0,73x + 0,87y = 65,7 (г).

Крок 5. Складаємо друге рівняння в системі. Маса суміші:

х + у = 82 (г).

Крок 6. Складаємо систему рівнянь і розв’язуємо її.

0,14х = 5,84 х = 41,7 ≈ 42 (г) (MgСО3).

Крок 7. Обчислюємо масу кальцій карбонату в суміші.

m (СаСО3) = 82 – 42 = 40 (г)

Відповідь: m (СаСО3) = 40 г, m (MgСО3) = 42 г.