Что значит избыток в химии в уравнения реакций

Что значит избыток в химии в уравнения реакций

Репетитор по химии и биологии

Богунова В.Г.

100 баллов ЕГЭ по химии!

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

РГМУ по химии 2010

Диплом II степени

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускница репетитора В.Богуновой

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

МГМСУ, лечебный факультет

выпускник репетитора В.Богуновой

МГМСУ, лечебный факультет

выпускница репетитора В. Богуновой

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

выпускница репетитора В.Богуновой

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускник репетитора В.Богуновой

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

выпускница репетитора В. Богуновой

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускник репетитора В.Богуновой

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

выпускник репетитора В.Богуновой

Секретная шпаргалка по химии

4.5 Избыток-недостаток, степень превращения, выход реакции в смеси газов

Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ и олимпиадам

Совсем немного прошло времени, а я уже соскучилась по своим читателям. Как вы там? Справляетесь с задачами, которые я вывалила на вас в большом количестве? Давайте, не подведите! Вы должны подготовиться к ЕГЭ фундаментально и сдать на 100 баллов! Хотите, чтобы ваше самое сокровенное желание исполнилось? Произнесите волшебное заклинание: «Трах-тибидох-тибидох!» и стукните правой ногой три раза по полу. Ждать исполнения желания осталось недолго. Как только решите все задачи, которые я для вас написала в статье, желание исполнится обязательно! Кстати, в конце статьи я даю рецепт колдовского кекса, который можно приготовить за 5 минут. И вкусно, и полезно, и волшебно! Читайте, решайте, готовьте, кушайте!

Однако, вернемся к основной теме. В статье «Секретная шпаргалка по химии. 4.3. Горение смеси газов» я рассказала о гипотетических (предполагаемых) алгоритмических приемах для 28 задания ЕГЭ и подробно описала первую фишку:

1) Расчеты по уравнениям реакции горения смеси газов, состав которой нужно определить предварительно

2) Определение объемного состав смеси по участникам процесса горения (задачи на систему уравнений с двумя неизвестными)

3) Определение состава смеси газообразных продуктов, если в условии избыток-недостаток, степень превращения, выход реакции

4) Задачи на изменение объема смеси газов в процессе реакции

В статье «Секретная шпаргалка по химии. 4.4. Смеси газов и уравнения с двумя неизвестными» я рассказала о второй предполагаемой фишке «Определение объемного состав смеси по участникам процесса горения (задачи на систему уравнений с двумя неизвестными)».

Сегодня речь пойдет о третьей предполагаемой фишке: «Оп ределение состава смеси продуктов-газов, если в условии избыток-недостаток, степень превращения, выход реакции» .

Это достаточно интересные задачи, в которых я покажу один из авторских приемов оформления и решения задач на газы. Рабочее название этого приема «До реакции — После реакции». Мы поучимся работать с таблицами — составлять таблицу, делать расчеты прямо в таблице, анализировать полученные результаты. Итак, поехали!

2 л метиламина смешали с 6 л кислорода (н.у.) и подожгли. Определить плотность и объем (н.у.) образовавшихся газов

Задачу решаем стандартно, по Четырем Заповедям

• Первая Заповедь . Выписать данные в разделе «Дано»

• Вторая Заповедь . Написать уравнение реакции.

При написании реакции, не забываем, что при обычном сжигании атомы элемента азота (в реагенте) превращаются в простой газ азот. Оксид азота образуется только при температуре выше 3000°С или при каталитическом окислении. Расстановку коэффициентов начинаем с азота. Для дальнейших расчетов сделаем отступ над реакцией.

• Третья Заповедь . Сделать предварительные расчеты.

Определяем избыток-недостаток. Расчеты по уравнению реакции проводим по недостатку. Выписываем рассчитанные значения в таблицу «До реакции — После реакции». В таблице хорошо видны все участники процесса, кроме того, по таблице удобно проводить различные расчеты.

• Четвертая запов едь. Составить алгоритм решения задачи.

Алгоритм решения составляем по вопросам задачи: «Определить плотность и объем (н.у.) образовавшейся газовой смеси». Объем смеси образовавшихся газов хорошо виден по таблице.

• Плотность газа (абсолютная) — определяется как отношение массы газа к его объему, единица измерения (г/л). Физический смысл абсолютной плотности газа — масса 1 л, поэтому молярный объем газа (22,4 л при н.у. t° = 0°C, P = 1 атм) имеет массу, численно равную молярной массе.

В указанной выше статье я также рассматривала понятие средней молярной массы. Напомню:

• Средняя молярная масса газа — рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей

В данной задаче плотность газа рассчитываем по средней молярной массе, которую определяем по формуле суммы произведений объемных долей каждого газа и их молярных масс.

Решим еще парочку задач на закрепление алгоритма.

Определить состав газовой смеси, образовавшейся при смешивании 60 мл СО, 40 мл NO и 120 мл воздуха.

Маленький комментарий. Монооксид азота реагирует с кислородом самопроизвольно, поэтому при смешивании газов, монооксид азота прореагировал с кислородам воздуха. Далее задачу решаем по аналогии с предыдущей. Кислород «извлекаем» из воздуха по формуле объемной доли. Мы должны помнить, что объемная доля кислорода в воздухе 20% (более точно, 21%).

Приготовили 2000 л (н.у.) эквимолярной смеси метана и углекислого газа и привели ее к условиям реакции. Степень превращения метана 15%. Определите объемные доли компонентов в образовавшейся смеси газов (н.у.)

Маленький комментарий. В более ранних статьях я рассказывала, как решать задачи на избыток-недостаток «Секретная шпаргалка по химии. 3.4 Избыток-недостаток» и выход реакции «Секретная шпаргалка по химии. 3.5 Выход реакции» Сегодня мы познакомимся с понятием Степень превращения.

Степень превращения — это доля реагента, вступившего в реакция, рассчитывается как отношение количества реагента, который вступил в реакцию, к его исходному количеству. Степень превращения может быть разная для разных реагентов!

Немного расскажу о самой реакции. Это, так называемая, углекислотная конверсия метана в синтез-газ (угарный газ + водород) — одна из важнейших химических реакций. Ее используют для получения водорода и для синтеза углеводородов (жидкое топливо).

Эквимолярное соотношение — равные количества веществ. Одинаковые количества вещества газов могут быть только в одинаковых объемах. Это следует из закона Авогадро:

В равных объемах различных газов, измеренных при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул.

Задача решается стандартно с учетом степени превращения.

После пропускания стехиометрической смеси водорода и азота через контактный аппарат определили, что прореагировало 12% азота. Рассчитайте степень превращения водорода и содержание компонентов в образовавшейся смеси.

Задача решается аналогично предыдущей. Стехиометрическое соотношение — количества веществ в соответствии с коэффициентами в уравнении реакции

Если вы решали задачи вместе со мной, для вас — замечательный рецепт Колдовского Кекса, который готовится за 5 минут в микроволновке. Если вы приготовите такой кекс и угостите им любимого учителя, он одарит вас особо эмоциональным объяснением новой темы. Хотя, вы не успеете угостить учителя, такой вкусный кекс вы съедите сами молниеносно!

Рецепт Колдовского Кекса (можно кушать только особо одаренным)

Масло растительное — 1,5-2 ст. л.

Разрыхлитель — 1/4 ч. л.

В небольшой миске смешать жидкие ингредиенты, затем добавить к ним сухие. Все тщательно перемешать. Кружку объемом 500 мл смазать растительным маслом. Вылить жидкое тесто в кружку и поставить в микроволновку на 1,5 минуты при высокой мощности. Достать и кушать. Можно полить сметаной или йогуртом. Отличный завтрак или полдник. Приятного аппетита!

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами.

Полный каталог статей репетитора Богуновой В.Г. вы найдете на странице сайта Статьи репетитора

Подписывайтесь на YouTube-канал Репетитор по химии и биологии. Ежедневно появляются новые вебинары, видео-уроки, видео-консультации, видео-решения заданий ЕГЭ.

Что значит избыток в химии в уравнения реакций

Ключевые слова конспекта: расчет массы, объема продукта реакции, если одно из реагирующих веществ дано в избытке; решение задач, когда одно из веществ в избытке.

Вещества реагируют друг с другом в строго определенных количествах. Однако исходные вещества для проведения реакции могут быть взяты в любых количествах. Таким образом, одно из реагирующих веществ может оказаться в избытке, а другое — в недостатке. В этом случае необходимо определить, какое из реагирующих веществ находится в избытке, а какое — в недостатке, и дальнейшие расчеты производить по веществу, находящемуся в недостатке. Это обусловлено тем, что вещество, находящееся в недостатке, прореагирует полностью, таким образом, количество вещества данного реагента нам будет точно известно.

Для того чтобы определить, какое из реагирующих веществ находится в избытке, а какое — в недостатке, необходимо вычислить количества вещества реагентов и сравнить их. Если количества вещества реагентов, участвующих в химической реакции, одинаковы, то в избытке будет то вещество, количество которого больше в соответствии с условиями задачи. Например, если в реакцию, уравнение которой Н₂ + Сl₂ = 2НСl, взять 0,2 моль водорода и 0,15 моль хлора, то в избытке будет водород, а в недостатке — хлор, так как v(H₂) > v(Cl₂). Расчет количества образовавшегося водорода в этом случае следует вести по количеству вещества хлора.

Если же вещества реагируют в неравных количествах, то для расчета избытка и недостатка следует учитывать коэффициенты в уравнении реакции. Например, для реакции, уравнение которой 2Н₂ + O₂ = 2Н₂O, отношение количества веществ водорода и кислорода, реагирующих друг с другом, имеет следующий вид:

При использовании количеств веществ, соответствующих условию задачи, это выражение превращается в неравенство, которое и показывает, какое из веществ взято в реакции в избытке. Например, если в рассматриваемой реакции использовать 0,2 моль водорода и 0,15 моль кислорода, в недостатке будет водород, несмотря на то что количество вещества его больше. Это следует из соотношения: 1 • v(H₂) Особые трудности возникают в тех случаях, когда в зависимости от того, какой из реагентов в избытке, образуются различные продукты реакции. Например, если углекислый газ взаимодействует с избытком гидроксида кальция, образуется средняя соль — карбонат кальция:
Са(ОН)₂ + СO₂ = CaCO₃ ↓ + Н₂O.

Если же в избытке углекислый газ, то в результате реакции образуется кислая соль — гидрокарбонат кальция:
Са(ОН)₂ + 2СO₂ = Са(НСO₃)₂.

Поэтому в ряде случаев определение избытка и недостатка следует проводить еще до составления уравнения химической реакции.

В некоторых случаях вещество, взятое в избытке, взаимодействует с одним из продуктов реакции, например при восстановлении магнием оксида кремния (IV) по реакции:

взятый в избытке магний будет взаимодействовать с образовавшимся кремнием:

Такие превращения нужно также учитывать при решении задач.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Сколько граммов поваренной соли образуется при сливании растворов, содержащих 24 г гидроксида натрия и 14,6 г хлороводорода?

Задача № 2. Вычислите массу хлорида железа (III), образующегося при взаимодействии 14 г железа и 5,6 л (н. у.) хлора.

Задача № 3. Водород, полученный при разложении 12,6 г гидрида кальция водой, пропустили над 40 г нагретого оксида меди (II). Определите массу образовавшегося металла.

Задача № 4. Газ, полученный при взаимодействии 19,8 г сульфата аммония и 32 г 25% -ного раствора гидроксида натрия, смешали с газом, полученным при разложении 24,5 г бертолетовой соли. Газовую смесь пропустили через 73г 5%-ного раствора соляной кислоты. Определите состав смеси газов после прохождения через раствор.

Задача № 5. Каков состав и какова масса соли, которая образуется при пропускании 26,88 л (н. у.) углекислого газа через 210 г раствора с массовой долей гидроксида калия 24% ?

Задача № 6. Смешали 200 г 14% -ного раствора гидроксида натрия и 392 г 10% -ного раствора серной кислоты. Определите массовые доли солей в образовавшемся растворе.

Задача № 7. Вычислите массу осадка, который образуется при прибавлении 280 г 20% -ного раствора гидроксида калия к 160,2 г 25%-ного раствора хлорида алюминия.

ЗАДАЧИ с КРАТКИМ ОТВЕТОМ

1. Сколько граммов осадка образуется при взаимодействии 340 г 17,5%-ного раствора нитрата серебра и 109,5 г 20% -ной соляной кислоты?

Ответ. m(AgCl) = 50,2 г.

1. 29,12 л аммиака (н. у.) пропустили через 160,17мл раствора 30%-ной азотной кислоты (р = 1,18 г/мл). Определите массу образовавшейся соли.

1. Сколько граммов воды образуется при сжигании смеси, содержащей 56 л водорода (н. у.) и 56 г кислорода?

1. Какой объем газа (н. у.) выделится при взаимодействии 24 г смеси алюминия с кремнием, массовая доля алюминия в которой 45%, с 506,1 мл 10% -ного раствора серной кислоты (р = 1,065 г/мл)?

1. К 280 г 10%-ного раствора гидроксида натрия добавили 75 г медного купороса. Выпавший осадок отделили и прокалили. Определите массу образовавшегося продукта и назовите его.

Ответ. m(CuO) = 24 г, оксид меди (II).

1. Через 68 г 4%-ного раствора сероводородной кислоты H2S пропустили газ, образовавшийся при сжигании 0,96 г серы в избытке кислорода. Какова масса образовавшегося осадка?

Ответ. m(S) = 2,88 г.

1. Нагрели смесь, содержащую 32,5 г цинка и 11,2 г серы. После этого смесь обработали избытком соляной кислоты. Определите объем выделившегося газа (н. у.).

Ответ. V(газа) = 11,2 л.

1. Газ, образовавшийся при обработке 19,2 г меди 22,79мл 94%-ной серной кислотой (р = 1,83 г/мл), пропустили через 1200 г бромной воды с массовой долей брома 4% . Будет ли раствор бесцветным после пропускания газа?

Ответ. Раствор останется окрашенным.

1. 10,8 г серебра обработали 72,41 мл 30%-ной азотной кислоты (р = 1,48 г/мл). К полученному раствору добавили 18,72 г 25%-ного раствора хлорида натрия. Найдите массу образовавшегося осадка.

Ответ. m(осадка) = 11,48 г.

1. Газ, полученный при обработке 26,4 г сульфида железа (II) 73 г 20%-ной соляной кислоты, пропустили через 198,6 г 25% -ного раствора нитрата свинца (II). Определите массу образовавшегося осадка.

Ответ. m(осадка) = 35,85 г.

1. Определите массу и состав соли, которая образуется при пропускании 15,68 л аммиака (н. у.) через 61,25 г 40% -ного раствора серной кислоты.

1. Какая соль образуется при сливании 177 мл 12%-ного раствора гидроксида натрия (р = 1,13 г/мл) и 194,44 мл 14%-ного раствора фосфорной кислоты (р = 1,08 г/мл)? Какова ее масса?

1. В 588 г раствора 10%-ной серной кислоты опустили кусочек цинка массой 52 г. Выделившийся водород пропустили при нагревании над 90 г оксида кобальта (II). Найдите массу образовавшегося металла.

Ответ. m(Со) 35,4 г.

1. Через 224 г 20%-ного раствора гидроксида калия пропустили 13,44 л (н. у.) оксида серы (IV). Вычислите массы солей в полученном растворе.

1. Какова масса осадка, выделившегося при пропускании 5,6 л (н. у.) углекислого газа через известковую воду, содержащую 11,1 г гидроксида кальция?

Ответ. m(осадка) = 5 г.

1. В 200 мл воды растворили 56,8 г оксида фосфора (V). К полученному раствору прибавили

76,9 мл раствора с массовой долей NaOH 40% (р = = 1,43 г/мл). Найдите массовые доли солей в полученном растворе.

1. Каковы объемные доли газов, образующихся при прокаливании 28,8 г углерода в присутствии 33,6 л кислорода (н. у.)?

1. После прокаливания смеси, содержащей 32,4 г алюминия и 64 г оксида железа (III), ее обработали избытком соляной кислоты. Определите объем выделившегося при этом газа (н. у.).

Ответ. V(газа) = 31,36 л.

1. Какую массу кремния можно получить, прокаливая 21 г оксида кремния (IV) с 32 г кальция?

Ответ. m(Si) = 8,4 г.

1. 32,5 г цинка растворили в 240 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. К полученному раствору добавили 204,4 г 25% -ной соляной кислоты. Определите массу полученного осадка.

Ответ. m(осадка) = 39,6 г.

Задачи на количества исходных веществ и продуктов реакции (ответы и решения). Выберите дальнейшие действия:

4.3.5. Расчеты массы (объема, количества вещества) продуктов реакции, если одно из веществ дано в избытке (имеет примеси).

Очень часто при проведении реакции между веществами оказывается, что один реагент прореагировал полностью, а другой нет. В таком случае говорят, что вещество, которое полностью израсходовалось, было в недостатке, а то вещество, которое осталось – в избытке. Поскольку избыток реагента не участвует в реакции, количество продукта зависит только от количества вещества, которое было в недостатке.

Предположим, что осуществляется реакция между веществами А и B, которая протекает в соответствии с уравнением:

Для осуществления этой реакции было взято количество вещества A, равное n_A, и количество вещества B, равное n_B. Определить то, какое вещество в избытке, а какое в недостатке, можно, сравнив выражения:

В зависимости от того, какое выражение окажется меньше, то вещество соответственно и будет в недостатке.

Примечание: распространенной ошибкой является то, что вместо выражений (1) сравнивают просто количества веществ. Так делать категорически не допускается! Если n(A) > n(B), то это еще не значит, что вещество A в избытке!

После того, как будет установлено то, какое вещество было в недостатке, расчеты ведутся по его количеству аналогично рассмотренным в главе 4.3.3.

Пример задачи на избыток и недостаток

Нагрели смесь 54 г алюминия и 80 г серы. Вычислите массу образовавшегося сульфида алюминия.

Решение

Запишем уравнение реакции:

Рассчитаем количества веществ алюминия и серы:

n(Al) = m(Al)/M(Al) = 54/27 = 2 моль;

n(S) = m(S)/M(S) = 80/32 = 2,5 моль

Для того чтобы выяснить, какое из исходных веществ в недостатке, разделим количества молей веществ на коэффициенты перед этими веществами в уравнении и сравним рассчитанные выражения:

и n(S)/k(S) = 2,5/3 ≈ 0,833

Значит сера в недостатке. Расчеты далее ведем по количеству вещества серы.

Исходя из уравнения реакции

следует, что количество прореагировавшей серы и образовавшегося в результате реакции сульфида алюминия связаны выражением:

где 3 и 1 – коэффициенты перед S и Al₂S₃ соответственно. Отсюда:

Следовательно, масса сульфида алюминия будет равна:

В случае, если в задаче дается масса реагента, содержащего примеси (m_{р-та с прим.}), прежде всего следует рассчитать массу чистого реагента без примесей (m_р-та ). Если дается масса реагента с примесями и указана массовая доля этого реагента ω_р-та , то масса чистого реагента рассчитывается по формуле:

В случае, если вместо массовой доли чистого вещества дается массовая доля примесей, то учитывая, что:

мы можем записать, что:

Пример задачи на расчет количества продукта, зная массу реагента с примесями

Какой объем углекислого газа (н.у.) выделится при действии избытка соляной кислоты на технический карбонат кальция массой 150 г, содержащий 10% некарбонатных примесей.

Решение:

Запишем уравнение взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой:

Массовая доля примесей в техническом карбонате кальция составляет 10%, значит массовая доля чистого карбоната кальция будет составлять:

ω(CaCO₃) = 100% — ω(прим.) = 100% — 10% = 90%.

Масса чистого карбоната кальция будет равна:

m(CaCO₃) = ω(CaCO₃) ∙ m(CaCO₃ техн.)/100% = 90% ∙ 150 г/100% = 135 г,

Следовательно, количество вещества карбоната кальция равно:

n(CaCO₃) = m(CaCO₃)/M(CaCO₃) = 135 г / 100 г/моль = 1,35 моль

В соответствии с уравнением реакции:

Количества веществ карбоната кальция и углекислого газа равны (одинаковые коэффициенты в уравнении), следовательно:

Тогда, зная, что один моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л, мы можем рассчитать объем выделившегося CO₂:

V(CO₂) = n(CO₂) ∙ V_m = 1,35 моль ∙ 22,4 л/моль = 30,24 л