В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах - страница 5

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 

 

звідки                                                     m(A) = a M(A)

звідки )-^- =----------------------------------------- (3.7)

m(B)   b M(B)                                                               v '

Таким чином, відношення мас речовин, що беруть участь в реакції, дорівнює відношенню їх молярних мас, помножених на стехіометричні коефіцієнти.

Якщо в реакції беруть участь газоподібні речовини, то за рівнянням

(3.2)

/лч   V (A)                  V (B)

VV

m mПідставивши в рівняння (6), отримаємо:

V (A) Vm    a                        V (A) a

m = -    або     -±J- = - (3.8)

 

тобто відношення об'ємів газів, що беруть участь в реакції, дорівнює відношенню їх стехіометричних коефіцієнтів.

Якщо кількість однієї з речовин (А) задано масою, а іншої (В) -об'ємом, то аналогічним чином отримаємо:

m(A)_ a M(A)_ a M(A)

(за н.у.) (3.9)

V (B)   b    Vm     b 22,4

 

Контрольне питання. Виведіть стехіометричне співвідношення між речовинами А і В, що беруть участь в реакції, якщо їх кількості задані числом частинок.

Приклад 3.5. Який об'єм водню (н.у.) виділиться при повному розчиненні 10 г металевого цинку в соляній кислоті?

Розв'язання. З рівняння реакції

Zn + 2HC1 = ZnCl2 + H2

випливає, що на 1 моль цинку утворюється 1 моль молекулярного водню. Оскільки задані маса цинку і об'єм водню, застосовуємо рівняння (3.9):

m(Zn) = 1 M (Zn) VCH) " ~1 22,4

.                                                 V (H )   m(Zn) ■ 22,4   10^22,4   3 43

і отримуємо                                      Vo(H2) =      \                   =                  = 3,43 л

M(Zn) 65,37 Vo(H2) = 3,43 л.

 

Приклад 3.6. При спалюванні 3 г вугілля отримано 5,3 л СО2 (н.у.). Розрахуйте масову частку у відсотках вуглецю у вугіллі.

Розв язання. Масова частка виражається формулою (с.10):

w(C) = m(C)400, % m

де m - маса вугілля за умовами завдання. Отже, необхідно знайти масу вуглецю m(C), що бере участь в реакції

С + О2 = СО2

За рівнянням (3.9):m(C)   = 1 M (C) V0{CC2) " 1' 22,4

 

M (C)' V0(CC2)   12' 5,3 ...

звідки                           m(C) = ————-------- — =------- — = 2,84 г

v J                   22,4 22,4

Отже, знаходимо остаточно:

m(C)                 2 84

w(C) = m(C) '100 = 2844' 100 = 94,6% m 3

co(C) = 94,6%.

Приклад 3.7. Визначити об'єм ацетилену при температурі 27°С і тиску 800 мм. рт. ст., якщо його отримали взаємодією з водою 200 г карбіду кальцію, що містить 5% інертних домішок.

Розв язання. Рівняння хімічної реакції:

 

СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2.

Стехіометричне відношення запишемо згідно рівнянню (3.9):

m(CaC2) = 1 M (CaC2) V0{C2H2) = 1' 22,4

 

звідки                                                                        m(CaC2) 22,4

звідки                                                Vo(C2H2) =      \, (3.10)

M(CaC2)

Щоб обчислити об'єм ацетилену, необхідно знати масу карбіду кальцію т(СаС2), що вступив в реакцію. За умовами завдання заданий технічний продукт, що містить 5% домішок.

со(СаС2) + со(домішок) = 100%

 

со(СаС2) = 100 - ю(домішок) = 100 - 5 = 95%

За відомою масовою часткою знаходимо масу речовини:

 

„(CaC2) = m(CaC2) '100

т

де m - загальна маса технічного продукту (200 г). Звідси

т               =w(CaC2)m = 95:200 = г

v     2J        100 100

Повертаємося до рівняння (3.10) і знаходимо об'єм ацетилену, що виділився:= "(CaC2)22,4 = 190ІМ = 66,4 л 0   2  2       M(CaC2) 64,1

Проте, цей об'єм газу, так само як і молярний об'єм, відноситься до нормальних умов. Його необхідно привести до умов, вказаних в завданні: Т = (273+27) = З00 К і Р = 800 мм. рт. ст. За об'єднаним газовим законом

 

V P = ZiL

t0 t

 

де Уо = 66,4 л, Ро = 760 мм. рт. ст., То = 273 K. Звідси

V =                    = 66,4 760 •300 = 69,3 л

P To               800 • 273

 

^СН) = 69,3 л.

Приклад 3.8. 4 моля оксиду карбону СО змішали з 50 л кисню (н.у.) і суміш підпалили. Скільки грамів діоксиду карбону утворилося?

Розв'язання. Відповідно до рівняння реакції

 

2СО + О2 = 2СО2

стехіометричне співвідношення реагуючих речовин складає п(СО) : п(О2) = 2:1. Перш за все необхідно перевірити, чи відповідає фактично узяте співвідношення реагентів стехіометричному.

Число моль СО задано умовами завдання: п(СО) = 4 моль, а число моль кисню знайдемо за рівнянням (2): п(О2) = ^О2)/22,4 = 50/22,4 = 2,23 моль. Отже, фактичне молярне співвідношення реагентів складає п(СО): п(О2) = 4:2,23 = 1,79:1, тобто не відповідає стехіометричному (2:1). У таких випадках розрахунок кількостей речовин, що прореагували або утворилися, необхідно вести за тим компонентом, який узятий в недоліку за відношенням до стехіометрії.

Оскільки 1,79:1 < 2:1, СО узятий в недоліку, він повністю витратиться при перебігу реакції, тоді як частина іншого реагенту О2, узятого в надлишку проти стехіометрії, не прореагує й залишиться. Тому розрахунок кількості СО2, що утворився, проводимо за його стехіометричним співвідношенням з

СО:

n(CO) = 2                             = "(CO2)       n(CO) M (CO2) = 2 = 1

n(CO2)   2'                             M (CO2)'                     "(CO2) 2

 

Звідси "(CO2) = n(CO) M(CO2) = 4 • 44 = 176 г.Приклад 3.9. При взаємодії 15 моль водню з 5 моль азоту утворилося 4 моль аміаку NH3. Розрахуйте вихід аміаку у відсотках від теоретичного, тобто в припущенні, що реакція йде до кінця.

Розв язання. Вихід продукту розраховують за формулою:

 

B( х) =      100,% n

теор

де ппр - кількість речовини продукту x, що фактично утворився при перебігу реакції, моль; птеор - кількість речовини x, яка утворилася б, якщо б реакція перебігала до кінця, моль. В(х) < 100 % у тому випадку, коли реакція оборотня і тому не перебігає до кінця. За умовами завдання ппр = 4 моль. Для розрахунку В(х) необхідно знайти величину птеор.

З рівняння реакції 3Н2 + N2 ^ 2NH3 витікає, що стехіометричне співвідношення реагентів складає n(H2)/n(N2) = 3/1 = 3. Перш за все необхідно перевірити, чи відповідає фактично узяте співвідношення реагентів стехіометричному. За умовами завдання n(H2)/n(N2) = 15/5 = 3, тобто в даному випадку вихідні речовини (реагенти) взяті у стехіометричному співвідношенні і подальший розрахунок можна вести за будь-якою з них.

n(H2)/n(NH3) = 3/2. Звідси птеор = n(NH3) = (п(Н2>2)/3 = (15-2)/3 = 10 моль. Вихід аміаку за наведеною вище формулою складає:

4 ^ 10

B(NH3) =--------- = 40%

3 100

Приклад 3.10. Два сплави: а) алюмінію з міддю і б) алюмінію з цинком масою по 40 г обробили соляною кислотою, узятою в надлишку. В обох випадках виділилося по 19,3 л водню при температурі 37°С і тиску 200 кПа. Розрахуйте масовий відсотковий склад кожного сплаву.

Розв язання. Для розрахунку масового відсоткового складу необхідно знати маси компонентів сплаву. Останні знайдемо із стехіометрії реакцій їх взаємодії з соляною кислотою.

а) З компонентів цього сплаву з соляною кислотою реагує тільки алюміній (це витікає з положення Al і Cu в електрохімічному ряду напруг). Рівняння реакції:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 Відповідно до рівняння (3.9)m(Al) = 2 M(Al) VOCH) " 3 ' 22,4

Щоб скористатися останнім співвідношенням, приведемо заданий об'єм водню, що утворився F(H2) = 19,3 л, до нормальних умов: То = 273 К і Ро = 101,3 кПа (див. приклад 3.7).

V ^ P    V ^ P                           V ^ P ^ T     193 ^ 200 ^ 273

= —,  Vo(H2) =        T = 19,3 200        = 33,6 л
To        T                                Po T     101,3 ■ (273 + 37)

 

Тепер знаходимо:

 

= 2 ,M(Al) ^ Vo(H2) = 2 ^27 ^33,6 = 27 г
3        22,4                      3 ■ 22,4

 

Масову частку компонентів в сплаві знаходимо за формулою (с.10):

 

w( А) = 4а) 400, %

m

де m - маса сплаву, m = 40 г.

 

co(Al) = m(Al) -100 = 27 ■ 100 = 67,5%

m 40

co(Cu) = 100 - co(Al) = 100 - 67,5 = 32,5% б) в алюмоцинковому сплаві обидва компоненти реагують з HCl:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 (*)
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2                                                                (* *)

Загальний об'єм водню, що виділився, дорівнює сумі об'ємів Н2, що виділилися в реакції (*) і в реакції (**):

V,(H) = V,(H)* + V,(H)** = 33,6 л.

Використовуючи стехіометричні співвідношення реакцій (*) і (**), виразимо об'єми водню Vc(H2)* і Vc(H2)**, приведені до нормальних умов, через маси металів - компонентів сплаву.

Стехіометричне співвідношення за реакцією (*)

УЛЩ)* = 3 22,4 m(Al)     2 M(Al)

 

3 22,4 m(Al)  3 22,4 m(Al)

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 


Похожие статьи

В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах