Газ в уравнении химической реакции

Стехиометрические расчёты

Содержание:

Одним из важнейших химических понятий, на котором основываются стехио­метрические расчёты, является химическое количество вещества. Количество некоторого вещества X обозначается n(X). Единицей измерения количества вещества является моль.

Моль – это количество вещества, в котором содержится 6,02·10 23 молекул, атомов, ионов или других структурных единиц, из которых состоит вещество.

На странице -> решение задач по химии собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам химии.

Стехиометрические расчёты

Стехиометрическими расчетами называют нахождение значений количества, масс и объемов веществ (реагентов и продуктов), участвующих в химических реакциях. Формульное количество вещества B (nB) и масса этого вещества (mB) связаны между собой соотношением.

Решение задач по уравнениям химических реакций

Вспомните! Уравнения химических реакций. Закон сохранения массы вещества. Составление и решение пропорции

По уравнениям химических реакций можно решать множество количественных задач. Мы остановимся на расчетных задачах по нахождению массы (m) и числа молей продуктов реакции по известной массе участвующих в реакции веществ.

Решение задач осуществляется по следующему алгоритму:

Внимательно прочитать и коротко записать условие задачи.

Составить уравнение соответствующей химической реакции.

В соответствии с коэффициентами вычислить количество , молярную массу (M), массу (m) веществ и записать эти данные под формулами этих веществ в уравнении.

Данные по условию задачи и искомые величины (х) записать над формулами этих веществ.

Составить пропорцию и найти неизвестную величину (х).

Записать ответ.

Задача 1. Сколько граммов хлорида натрия образуется при взаимодействии 92 г натрия с хлором?

Ответ: 234 г NаCl.

Задача 2. Сколько молей углекислого газа образуется при горении 36 г углерода?

Ответ: 3 моля

Задача 3. Вычислите массу цинка (Zn), который должен взаимодействовать с соляной кислотой с выделением 10 г водорода.

Ответ: 325 г Zn.

Задача 4. Рассчитайте количество веществ оксида меди (CuO) и углекислого газа, полученных при разложении 5 г малахита а также их массу.

Расчет количества вещества:

Расчет по уравнению реакции:
а) 1 моль (м-т) : 2 моля (CuO) = 0,0225 моль (м-т) : х моль (CuO)
х = 0,045 моль (CuO)

Ответ: 0,045 моль CuO, 3,6 г CuO.
0,0225 моль 0,99 г

Закон авогадро и молярный объем газов

Какие газы вы знаете? Что такое плотность?

Многие химические вещества существуют в газообразном состоянии, например и др. Встречаются также сложные газообразные вещества: метан углекислый газ сернистый газ хлороводород HCl, сероводород и др. Газообразные вещества подчиняются физическим законам, о которых вы знаете из курса физики. Состояние газообразных веществ характеризуется температурой, давлением и объемом.
Объем газов зависит от температуры и давления. При постоянном давлении и температуре расстояния между молекулами газообразных веществ примерно одинаковы.
Из курса физики вам известно понятие «плотность»

Отсюда:

В таблице 8 приведены некоторые величины, характеризующие известные вам газы.

Рассчитаем объем 1 моля каждого газа (при н.у.):

Как видно из этих расчетов, объемы одного моля различных газов при нормальных условиях (н. у.), т. е. при температуре 0°С и давлении 1 атм (101,3 кПа), примерно одинаковы и составляют 22,4 л. При стандартных условиях (t = 25°С, p = 101,3 кПа) молярный объем составляет 24 л. Эта величина называется молярным объемом и обозначается (рис. 20). Молярным объемом газов называют отношение объема газа (V) при н. у. к
количеству вещества

В 1 моль любых веществ, в том числе и газах, содержится одинаковое число молекул, которое называется числом Авогадро моль

В равных объемах газов, взятых при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул. Этот закон был сформулирован итальянским ученым Авогадро в 1811 году.

Плотностью газа при н. у. называется отношение молярной массы газа на молярный объем.

Плотность газа при нормальных условиях:

Доказательство закона Авогадро

Найдите число молекул и массы кислорода и углекислого газа объемом 50 л, взятых при нормальных условиях (н. у.).

Число молекул равных объемов (50 л) газов, взятых при одинаковых условиях (н. у.), одинаково.

Расчет масс газов.

Массы газов разные.

Определение плотности газов

Найдите плотности кислорода и углекислого газа при нормальных условиях.

Нахождение объема, числа молекул, количества вещества по известной массе газа и обратные задачи

а) Определите объем, число молекул, количество вещества 8,8 г углекислого газа при н. у.

б) Рассчитайте массу, количество вещества и число молекул 67,2 л кислорода при н. у.

в) Рассчитать объем, массу, число молекул в 0,5 моль аммиака (н. у.).

г) Определите объем (н. у), массу и количество вещества сернистого газа числом молекул

Нормальные и стандартные условия, молярный объем, число и закон Авогадро.

Относительная плотность газов

Кроме плотности веществ, в химии часто применяют понятие относительная плотность.

Относительной плотностью (D) одного газа по отношению к другому газу называется отношение масс газов, взятых в равных объемах при одинаковых условиях.

Часто относительную плотность различных газов определяют по отношению к водороду или воздуху.

По формулам относительных плотностей можно рассчитать значение молярной массы газов.

Нахождение относительной плотности

Рассчитайте относительные плотности кислорода и углекислого газа по водороду и воздуху

Расчет молярных масс газов по относительным плотностям газов

Рассчитать молярные массы газов, если известны относительные плотности:

Расчет массы неизвестного газа по значению относительной плотности

Рассчитайте массу 50 л (н. у.) неизвестного газа, если относительная плотность этого газа по воздуху равна 0,586. Какова относительная плотность по водороду?

Закон объемных отношений

Напишем уравнение реакции между газообразными веществами, когда в результате реакции также образуется газ:

Отношение количеств реагирующих и образовавшихся веществ выглядит следующим образом: 2 : 1 : 2. Теперь возьмем отношение объемов этих газов при нормальных условиях:

Как видим, отношения объемов газов соответствуют отношениям коэффициентов перед формулами веществ в уравнении.

При одинаковых условиях объемы реагирующих газов и газообразных продуктов реакции относятся между собой как небольшие целые числа. Это закон объемных отношений Гей-Люссака.

Из рассмотренных примеров можно сделать вывод, что при решении задач удобно пользоваться коэффициентами, т.к. они в уравнениях химических реакций указывают объемные отношения веществ.

Определите объем кислорода, необходимого для окисления 60 л оксида серы (IV) до оксида серы (VI) по уравнению:

Закон объемных отношений.

• 1. Моль — мера количества вещества. В 1 моль любого вещества содержится число Авогадро структурных единиц (6,02-1023).
• 2. Молярная масса вещества (М) численно равна относительной молекулярной массе (Мг).
• 3. Расчеты по химическим уравнениям производятся на основе закона сохранения масс веществ.
• 4. В равных объемах газов, взятых при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул. (Закон Авогадро.)
• 5. Относительной плотностью одного газа по отношению к другому газу (Dy(X)) называется отношение масс газов, взятых в равных объемах при одинаковых условиях.
• 6. Объемы реагирующих газообразных веществ относятся между собой и к объемам образующихся газообразных продуктов, как небольшие целые числа, равные коэффициентам в уравнении химической реакции. (Закон объемных отношений Гей-Люссака.)
• 7. При нормальных условиях (н. у.) любой газ занимает 22,4 л. Эта величина называется молярным объемом (У = 22,4 л/моль).

Услуги по химии:

Лекции по химии:

Лекции по неорганической химии:

Лекции по органической химии:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

4.3.2. Расчеты объемных отношений газов при химических реакциях.

Закон Авогадро:

Равные объемы любых газов в одних и тех же условиях содержат одинаковое число молекул.

Следствием из этого закона является то, что объемы газов, вступающих в химическую реакцию, а также образующихся в результате нее, относятся друг к другу так же, как коэффициенты перед этими же веществами в уравнении реакции.

Так, например, если мы рассмотрим реакцию:

то окажется, что объемы азота и водорода, вступающих в реакцию, а также объем аммиака, образующийся в результате нее, всегда относятся друг другу как соответствующие коэффициенты в уравнении:

Пример 1

В результате обжига пирита в кислороде было получено 20 литров газообразного продукта. Каков объем потребовавшегося для этого кислорода?

Решение:

В задачах на объемные отношения газов нередко возникает ошибка в написании уравнения реакции, в частности, в расстановке коэффициентов. Записываем уравнение взаимодействия пирита с кислородом:

Как уже было сказано, объемы газов, вступающих в химическую реакцию, а также образующихся в результате нее, относятся друг к другу так же, как коэффициенты перед этими же веществами в уравнении реакции. Поэтому мы можем записать:

Пример 2

Какой объем водорода теоретически должен понадобиться для синтеза 50 л аммиака, если объемы газов измерены при одинаковых условиях?

Решение:

Запишем уравнение реакции:

Так как условия одинаковы, то объем водорода, вступившего в реакцию, относится к объему образовавшегося аммиака так же, как соответствующие коэффициенты в уравнении:

Пример 3

При нагревании нитрата серебра выделилось 6 л газов. Какой объем оксида азота образовался при этом?

Решение:

Запишем уравнение реакции разложения нитрата серебра:

Исходя из следствия закона Авогадро:

Т.е. мы получили систему из двух уравнений:

Расчеты объемных отношений газов при химической реакции. Тепловой эффект

Расчет объемных cоотношений газов при химических реакциях

Прежде чем приступить к решению задач по данной теме, нужно вспомнить теоретический материал.

Одинаковые объемы различных газов при одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул.

Следствие из закона Авогадро

При одинаковых условиях $1$ моль любого газа занимает одинаковый объем.

Объем газа количеством $1$ моль, измеренный при н. у., называют молярным объемом и обозначают $V_m$.

Следовательно: $n=/$, где $V$ — объем газа, $n$ — количество газа.

Молярный объем — это физическая величина, равная отношению объема вещества к количеству вещества.

На основании закона Авогадро можно определять молекулярные массы газообразных веществ по их плотности. Относительную плотность газа обозначают буквой $D$ (безразмерная величина).

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых условиях) называется плотностью первого газа по второму.

$D(H_2)=/=/<2>$, где $n$ — число молекул в данном объеме, $M$ — молярная масса газа, число $2$ — молярная масса водорода, $D(H_2)$ — плотность по водороду.

Плотность по воздуху $D(\text»возд.»)=/<29>$, где $M(\text»возд.»)=29$г/моль.

Закон объемных соотношений

При одинаковых условиях объемы газов, вступающих в реакцию, относятся друг к другу, а также к объемам газообразных продуктов как небольшие целые числа.

Коэффициенты в уравнениях реакций показывают числа объемов реагирующих и образовавшихся газообразных веществ.

Например: $2$ объема водорода и $1$ объем кислорода дают $2$ объема водяного пара:

Молярный объем газообразных веществ выражается в л/моль: $V_m=22.4$ л/моль.

В расчетах следует учитывать, что объем:

• одного миллимоля (мМ) — $22.4 мл$;
• одного киломоля (кМ) — $22.4 м^3$;
• одного мегамоля (ММ) — $22 400 м^3$.

Задача 1. Найдите массу $33.6 м^3$ аммиака $NH_3$ при н. у.

Задача 2. Найдите массу и объем (н.у.), которые имеют $18·10^<20>$ молекул сероводорода $H_2S$. При решении задачи обратим внимание на число молекул $18·10^<20>$. Так как $10^<20>$ в $1000$ раз меньше $10^<23>$, расчеты следует вести с использованием ммоль, мл/моль и мг/моль.

Ответ: $m(H_2S)=102$мг; $V(H_2S)=67.2$мл

Задача 3. Вычислите плотность и относительные плотности оксида углерода (IV) по водороду и воздуху.

Ответ: $ρ(CO_2)=1.96$г/л, $D(H_2)=22, D(возд.)=1.52$

Задача 4. Вычислите объем кислорода для сжигания $5м^3$ метана ($CH_4$).

Решение. Отношение объемов реагирующих газов позволяет произвести расчеты, не вычисляя относительных молекулярных масс.

Ответ: для сжигания $5м^3$ метана требуется $10м^3$ кислорода.

Расчет теплового эффекта реакции

Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими.

Если перед числом, выражающим теплоту реакции, стоит знак «+», значит, энергия выделяется.

Реакции, протекающие с поглощением теплоты, называются эндотермическими.

Если перед числом, выражающим теплоту реакции, стоит знак «-«, значит, энергия поглощается.

Теплоту реакции записывают обычно в конце уравнения, ее еще называют тепловым эффектом химической реакции и обозначают буквой $Q$ (Дж, кДж).

Химические уравнения, в которых указывается тепловой эффект, называются термохимическими.

$2H_2+O_2=2H_2O$ — эндотермическая реакция.

$S+O_2=SO_2+297$ кДж — экзотермическая реакция.

Для термохимического уравнения:

существует прямо пропорциональная зависимость между количеством исходного вещества $A-nA$ и количеством выделившейся или поглощенной теплоты $Q_1$:

Задача 1. Вычислите по термохимическому уравнению количество теплоты, выделившейся при сгорании $1$ кг угля: $C+O_2=CO_2+402.24$ кДж.

Данное термохимическое уравнение показывает, что при сгорании $1$ моль угля ($12$г) выделилось $402.24$ кДж. Можно составить пропорцию:

$12$г угля — $402.24$ кДж

$1000$г угля — $Q_1$

Ответ: $33 520$ кДж выделяется при сгорании $1$ кг угля.

Задача 2. При взаимодействии алюминия массой $9$ г с кислородом выделилось $274.44$ кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции.

1. Определяем количество вещества алюминия, взятого для реакции:

2. Составляем уравнение реакции горения алюминия:

4. Термохимическое уравнение реакции имеет следующий вид: