Неорганическая химия — задачи с решением и примерами
Прежде чем изучать примеры решения задач, нужно знать теорию, поэтому для вас я подготовила очень краткую теорию и примеры решения задач.
Если что-то непонятно — вы всегда можете написать мне в WhatsApp и я вам помогу!
Неорганическая химия
Неорганическая химия — раздел химии, связанный с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Эта область охватывает все химические соединения, за исключением органических веществ (класса соединений, в которые входит углерод, за исключением нескольких простейших соединений, обычно относящихся к неорганическим). Различия между органическими и неорганическими соединениями, содержащими углерод, являются по некоторым представлениям произвольными. wikipedia.org/wiki/Неорганическая_химия
Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических соединений). Обеспечивает создание материалов новейшей техники. Число известных на 2013 г. неорганических веществ приближается к 500 тысячам. Теоретическим фундаментом неорганической химии является периодический закон и основанная на нём периодическая система Д. И. Менделеева. Важнейшая задача неорганической химии состоит в разработке и научном обосновании способов создания новых материалов с нужными для современной техники свойствами.
Основные классы неорганических соединений
Классификация неорганических веществ (рис.1)
Связь между классами неорганических веществ
Связь между классами неорганических веществ, т.е. способы превращения одного вещества в другое вещество, даны в подразд. 1.2-1.7. Все эти взаимосвязи между классами соединений обобщены на рис.2.
Зная взаимосвязь классов неорганических соединений, можно осуществлять цепочки превращений, например:
1. Известно, что металлы окисляются кислородом воздуха, для алюминия эта реакция протекает при нагревании:
2. Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотами:
3. При действии щелочи на соль образуется нерастворимое основание, в данном случае оно амфотерное:
4. Амфотерные основания реагируют со щелочами, образуя соль:
5. Многокислотные основания, взаимодействуя с недостатком кислоты, образуют основные соли:
6. Основные соли при действии на них избытка кислоты переходят в нормальные соли:
Дополнительная теория:
Задачи с решениями
Возможно эти страницы вам будут полезны:
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Урок 31. Задачи, решаемые по уравнениям реакций
Для того чтобы решить любую задачу из этого раздела, необходимо знать
- теоретические основы задачи;
- общие принципы оформления расчёта по уравнению химической реакции.
Поскольку теоретические основы изложены в различных разделах Самоучителя и других учебниках, нужно перед решением задачи повторить нужный раздел.
Рассмотрим общие принципы оформления расчётов по уравнениям реакций.
Оформление расчётов по уравнениям реакций
Для того чтобы выполнить расчёт по уравнению реакции, нужно:
- составить уравнение химической реакции, расставить коэффициенты;
- по коэффициентам уравнения химической реакции определить число молей реагирующих веществ;
- НАД формулами соединений указать данные задачи, отметив их размерность (г, л, моль);
- ПОД формулами этих соединений сделать расчёт таким образом, чтобы размерность величин «над» и «под» химическими формулами совпали;
- составить пропорцию из «верхних» данных и «нижних» результатов и выполнить расчёт.
Разберём этот алгоритм на примере.
Задача 17. В раствор, содержащий 1,2 моль НCl опустили избыток алюминия. Какой объём водорода выделится при этом?
Решение. Составим уравнение реакции и запишем, что дано в ней, над формулами соединений. При этом обязательно указывайте размерность.
Задача 18. Сколько граммов алюминия нужно растворить в соляной кислоте, чтобы получить 5,6 л водорода?
Решение. Составим уравнение реакции и запишем, что дано в ней, над химическими формулами соединений. При этом обязательно указывайте размерность.
В случае, когда нужно определить объёмы реагирующих газов, можно воспользоваться следствием из закона Авогадро.
Объёмы реагирующих газов относятся как их коэффициенты в уравнении химической реакции.
Задача 19. Какой объём углекислого газа выделится при полном сгорании 6 л ацетилена С2Н2?
Задачи для самостоятельного решения
25. Какой объём кислорода потребуется для полного сгорания 6,2 г фосфора? Сколько молей оксида фосфора при этом получится?
26. Сколько молей фосфора нужно сжечь, чтобы получить 28,4 г оксида фосфора V?
27. Какой объём водорода потребуется на восстановление 10,6 г Fe3О4 до железа? (Реакция идет по схеме: МеxОy + Н2 → Ме + H2O.)
28. Какой объём кислорода потребуется для сгорания 8,8 г пропана? (Пропан: С3Н8.)
29. Какой объём кислорода требуется для полного сгорания 5 л этилена С2Н4?
30. Хватит ли 10 л кислорода для полного сгорания 17 л водорода?
32. Какой объём водорода может присоединиться к пропену массой 21 г?
34. Сколько миллилитров бензола (пл.= 0,78 г/мл) можно получить из 56 л ацетилена?
35. Какой объём водорода выделится, если в избыток спирта бросить 0,23 г натрия?
36. Сколько граммов диэтилового эфира можно получать из 23 г этанола?
37. Какой объем этилена должен вступить в реакцию, для того чтобы образовалось 500 мл спирта (пл. = 0,8 г/мл)?
38. Какой объём водорода может присоединиться к 22 г этаналя?
39. Какой объём спирта нужно окислить для получения 11 г этаналя? (плотность спирта равна 0,8 г/мл).
40. Какой объём хлора вступит в реакцию с уксусной кислотой массой 15 г, если в реакции должна получиться хлоруксусная кислота?
41. Какой объём водорода потребуется для гидрирования 0,2 моль триолеина? Где применяется полученный продукт?
42. Какой объём кислорода потребуется для полного сгорания 100 г уксусной кислоты?
Задачи по теме «Количественный состав смесей»
Состав смесей очень часто определяют в различных задачах, например в которых упоминаются растворы. Дело в том, что растворы — это однородные смеси. Задачи такого типа решаются по разному, но в любом случае следует помнить, что массу (объём) смеси нельзя подставлять в уравнение реакции и нельзя находить по уравнению реакции. По уравнению реакции можно найти только массу или объём компонента смеси.
Внимание! Если в условии упоминается смесь веществ или раствор, то составлять уравнения реакций нужно для всех компонентов смеси, указывая, идёт реакция или нет, а затем выполнять расчёт, оформляя решение задачи по каждому уравнению так, как показано выше.
Задачи такого типа можно условно разделить на две группы:
- задачи, в которых имеется хотя бы одна величина, которую можно сразу подставить в уравнение реакции и сделать необходимый расчёт;
- задачи, в которых таких данных нет.
Рассмотрим задачу первого типа.
Задача 20. Смесь меди и алюминия массой 10 г обработали раствором щёлочи. При этом выделилось 10 л газа (н. у.). Определить состав смеси в масс.% (массовые доли алюминия и меди в смеси).
Решение. Составим уравнения реакций:
Составим пропорцию и определим массу алюминия в смеси:
Ответ. ώ(Al) = 80 %, ώ(Сu) = 20 %.
В задачах второго типа в химическом превращении участвуют все компоненты смеси, в результате чего образуется смесь газов или других продуктов реакции. В этих случаях нужно прибегнуть к приёму, когда неизвестная величина (о ней спрашивается в задачи), принимается за известную, и обозначается А.
Задача 21. На нейтрализацию 20 г смеси гидрофосфата и дигидрофосфата натрия потребовалось 25 г 40 %-ного раствора NaOH. Определить состав смеси.
Составим уравнения реакций:
Определим количество вещества NaOH, которое содержится в растворе (можно считать, используя значение массы этого вещества, но более простые числа получаются, если используется величина «моль»):
Внимание: количество вещества щёлочи можно рассчитать сразу:
Теперь используем приём, который был отработан в задаче 16: пусть в смеси содержится а г дигидрофосфата, тогда гидрофосфата содержится (20 — а) г. Подставим эти величины в уравнения реакций и найдём значения х и у:
Поскольку х + у = 0,25 моль, получаем уравнение
Ответ. Смесь состояла из 11,34 г дигидрофосфата и 8,66 г гидрофосфата.
При получении растворов происходят не только физические процессы (дробление вещества, диффузия), но и взаимодействие вещества и растворителя. (Подробнее см. урок 6) Иногда в результате такого взаимодействия образуются совершенно новые вещества. В этом случае необходимо составить уравнение или схему происходящего процесса, а в расчётной формуле указывать, о каком веществе идёт речь.
Задача 22. В 100 мл воды растворили 2 г кальция. Определить массовую долю вещества в полученном растворе.
Решение. Поскольку кальций реагирует с водой, составим уравнение соответствующей реакции:
Таким образом, в растворе содержится не кальций, а гидроксид кальция. Отразим это в расчётной формуле:
Значит, нам нужно вычислить m[Са(ОН)2] по уравнению реакции:
а затем массу раствора:
Обратите внимание: массу полученного раствора вычисляют, исходя из массы исходных веществ или смесей, добавляя к ним массы тех веществ, которые были добавлены, и, вычитая массы веществ, которые вышли из сферы реакции в виде газа или осадка.
Ответ. Массовая доля щёлочи составит 3,6 %.
Задачи для самостоятельного решения
43. Через известковую воду пропустили 3 л воздуха. Выпало 0,1 г осадка. Определить объёмную долю (φ) углекислоты (CO2) в воздухе.
44. 20 г мела опустили в соляную кислоту. При этом выделилось 4 л газа. Определить массовую долю (ώ) карбоната кальция в образце этого мела.
45. В 200 г воды растворили 15 г оксида лития. Найти массовую долю веществ в полученном растворе.
46. 20 г смеси хлорида натрия и карбоната натрия обработали соляной кислотой. При этом выделилось 2,24 л газа. Установить состав смеси в масс.%.
47. Для превращения 2,92 г смеси гидроксида и карбоната натрия потребовалось 1,344 л хлороводорода. Вычислить состав смеси.
48. При растворении 3 г сплава меди и серебра в разбавленной азотной кислоте получено 7,34 г смеси нитратов. Определить процентный состав смеси и объём газов, полученных при прокаливании образовавшихся солей.
49. Сколько граммов 30 %-ной азотной кислоты нужно взять для нитрования 5,6 л пропана?
50. Какой, объём кислорода потребуется для сжигания смеси, состоящей из 8 г метана и 11,2 л этана?
51. Какой объём метана можно получить при нагревании 20 г смеси, содержащей 25 % ацетата натрия, остальное — щёлочь?
52. Через бромную воду пропустили смесь, которая состоит из 8 г метана и 5,6 л этена. Сколько граммов брома вступит в реакцию?
53. Какой объём природного газа, который содержит 98 % метана, потребуется для получения 52 кг ацетилена?
54. Из 10 г загрязнённого карбида кальция получили 2,24 л ацетилена. Чему равна массовая доля карбида кальция в исходном образце?
55. Какой объём кислорода нужен для сжигания смеси, которая состоит из 4 г метана, 10 л этена и 1 моль этина?
56. Сколько граммов 40 %-ной азотной кислоты нужно взять для получения 24,2 г нитробензола?
57. Сколько граммов азотной кислоты потребуется для нитрования 4,7 г фенола, если ώ(кислоты) в исходном растворе равна 30 %.
58. Сколько граммов 30 %-ной муравьиной кислоты нужно для растворения 2,7 г алюминия?
59. Сколько граммов 40 %-ного раствора КОН требуется для омыления (гидролиза) 3 моль тристеарина?
60. Рассчитать объём газа, который должен выделиться при брожении 160 г 20 %-ного раствора глюкозы (брожение прошло полностью).
61. На реакцию с 50 мл раствора анилина пошло 4,2 г брома. Рассчитать массовую долю анилина в исходном растворе (плотность раствора равна единице).
Задачи на «избыток–недостаток»
Такие задачи имеют в условии легко узнаваемый признак: указаны данные для обоих (или всех) реагирующих веществ. В этом случае нужно вначале определить количество (в моль) реагирующих веществ.
Затем по уравнению реакции определить молярные соотношения этих веществ и сделать вывод — какое из них находится в недостатке. Именно по этой величине (в моль!) ведутся последующие расчёты.
Задача 23. Какой объём водорода выделится при взаимодействии 5,4 г алюминия с 200 г 12 %-ного раствора серной кислоты? Чему равны массовые доли веществ в полученном растворе?
Решение. Определим массы и количество вещества для алюминия и серной кислоты:
Составим уравнение реакции:
Из уравнения реакции видно, что молярные соотношения исходных веществ 2 : 3, это означает, что 0,2 моль алюминия реагируют полностью с 0,3 моль серной кислоты, но этой кислоты имеется только 0,24 моль, т. е. недостаток. Укажем количество вещества серной кислоты (0,24 моль) в уравнении реакции и выполним расчёт по коэффициентам:
Теперь можно ответить на все вопросы задачи. Объём водорода рассчитать несложно, поскольку мы уже определили количество (моль) этого вещества.
Задание. Рассчитайте объём водорода.
Для того чтобы определить массовые доли растворённых веществ, нужно установить, какие вещества растворимы. В данном случае — это серная кислота и соль. Но серная кислота вступила в реакцию полностью. Массу соли рассчитайте по количеству вещества её.
Массу раствора всегда следует рассчитывать по формуле:
В данном случае:
Обратите внимание: следует добавить не ту массу алюминия, которую, добавили в раствор, а только ту, которая вступила в реакцию:
Задание. Рассчитайте массу раствора, предварительно рассчитав массу водорода.
Теперь рассчитаем массовую долю соли в полученном растворе:
Ответ. Массовая доля сульфата алюминия равна 13,4 %, а объём водорода 5,4 литра.
Анализ на «избыток — недостаток» позволяет установить и качественный и количественный состав реакционной смеси. Особенно важен этот анализ в случае, когда могут получаться кислые или основные соли.
Задача 24. Установить состав и массу солей, если в раствор, содержащий 28 г КОН пропустить: а) 15 л СО2; б) 10 л СО2; в) 2,5 л СО2.
При решении подобных задач следует учитывать, что при взаимодействии щелочей с многоосновными кислотами или их ангидридами могут получаться как средние, так и кислые соли. В данном случае, если молярное соотношение компонентов 1 : 1, то образуется кислая соль:
А если щёлочь в избытке (2 : 1 и более), то получается средняя соль:
Поэтому в начале нужно рассчитать количество вещества обоих компонентов:
В первом случае (а) ν (СО2) > ν (КОН), поэтому образуется только кислая соль:
В этом случае углекислый газ находится в избытке, а его избыток не может реагировать дальше. Значит, образуется только кислая соль в количестве 0,5 моль (считаем по «недостатку»).
В третьем случае (в) ν (СО2) Задачи для самостоятельного решения
62. Через 200 мл 13 %-ного раствора гидроксида бария (пл. = 1,1 г/мл) пропустили 2 л хлороводорода. Определить цвет индикатора в полученном растворе и массу полученной соли.
63. В 250 мл воды растворили 13,8 г натрия, затем добавили 50 г 59 %-ной ортофосфорной кислоты. Определить состав и массовую долю соли в полученном растворе.
64. 8,4 г карбоната магния растворили в 250 мл 15 %-ного раствора серной кислоты (пл. = 1,08 г/мл). Определить массовую долю соли в полученном растворе.
65. 8,4 г цинка растворили в 70 г 120 %-ной соляной кислоты. Определить массовую долю соли в полученном растворе.
66. 25 л СО2 пропустили через 500 г 7,5 %-ного раствора едкого натра. Рассчитать массовые доли солей в полученном растворе.
67. Рассчитать массовую долю кислоты в растворе, полученном смешением 200 мл 15 %-ного раствора серной кислоты (пл. = 1,2 г/мл) с 150 мл 10 %-ного раствора нитрата бария (пл. = 1,04 г/мл).
68. Какой объём газа выделится, если 3,2 г меди растворить в 50 г 30 %-ной азотной кислоты? Чему равны массовые доли растворённых веществ в полученном растворе?
69. Твёрдое вещество, полученное при прокаливании карбоната кальция, растворили в воде. Через полученный раствор пропустили сернистый газ, в результате чего образовалась кислая соль массой 101 г. Определить массу карбоната и объёмы газов.
70. Смешали 200 г 12 %-ного раствора дигидрофосфата натрия и 150 г 5 %-ного раствора гидроксида натрия. Какие вещества содержатся в полученном растворе? Определить их массовые доли и реакцию среды раствора.
71. Через 100 мл 1,48 %-ного раствора сульфата меди (пл. = 1,08 г/мл) пропустили 300 мл сероводорода. Рассчитать массу осадка и массовую долю кислоты в полученном растворе.
72. Смешали 12 л бутена и 12 л кислорода. Смесь подожгли. Какой из этих газов и в каком объёме останется в смеси после реакции? Какой объём газа и жидкой воды образуется при этом?
73. Вычислить массу фенолята натрия, который образуется при взаимодействии 9,4 г фенола с 50 г 12 %-ного раствора гидроксида натрия.
74. Сколько граммов карбида кальция, который содержит 16 % примесей, нужно для получения 30 г уксусной кислоты?
Задачи на установление формулы вещества
Молекулярная формула вещества отражает его количественный состав. Количественный состав вещества, как и количественный состав раствора, выражают при помощи массовых долей элементов в нём:
Поскольку масса вещества в условии задачи, как правило, не указывается, применяем уже опробованный способ:
Пусть количество вещества равно 1 моль, тогда:
где n — число атомов этого элемента в веществе;
так как количество вещества равно 1 моль.
Задача 26. Определить массовую долю азота в нитрате аммония.
Решение. Поскольку в молекуле NH4NO3 два атома азота, а Мr(NH4NO3) = 80,
Зная массовые доли химических элементов в веществе (элементный состав), можно определять молекулярную формулу неизвестного вещества.
Задача 27. Массовая доля фосфора в оксиде равна 43,66 %. Установить формулу этого оксида.
Решение. Из формулы (4) следует, что:
Поэтому отношение числа атомов n элементов данном в веществе равно:
Согласно этой формуле, нам нужно найти ώ(О) в этом оксиде:
Подставим все данные в формулу (5):
Полученные величины (они должны содержать 2 значащие цифры после запятой) разделим на наименьшее число:
Поскольку число атомов не может быть дробным, обе величины умножим на 2:
Ответ. Искомая формула — Р2О5.
Если в задаче не указано, какой элемент входит в состав оксида, но указана его валентность, задача упрощается.
Задача 28. Массовая доля трёхвалентного элемента в оксиде равна 70 %. Установить формулу этого оксида.
Решение. Формула оксида Э2О3:
Из выделенной жирным шрифтом пропорции получаем:
Ответ. Формула оксида Fe2O3.
Эту задачу можно решить и по формуле:
Подставив данные задачи, получаем:
если М(элемента) = х, то М(вещества) равна 2х + 48.
Решите теперь полученное уравнение:
Ответ. х = 56, значит, формула оксида Fe2O3.
Задача 29. Установить формулу углеводорода, если он содержит 12,19 % водорода. Плотность по водороду равна 41.
Решение. Сначала составим общую формулу углеводорода СхHу и рассчитаем массовую долю Н в нём:
где n — число атомов.
По данным задачи рассчитаем массовую долю углерода:
и молярную массу вещества:
Подставив эти данные в формулу, получаем:
Решив полученное уравнение, получаем n = 6 (атомов углерода).
Найдём массу атомов водорода:
Поэтому формула углеводорода С6H10. Если известен гомологический ряд вещества (общая формула этого ряда), то задача упрощается.
Задача 30. Установить формулу алкина, если он содержит 12,19 % водорода.
Решение. Сначала составим общую формулу алкина СnH2n–2 и рассчитаем массовую долю Н в нём:
Решив полученное уравнение, получаем n = 6 (атомов углерода). Поэтому формула алкина С6H10.
Аналогично задаче 27 решаются все задачи, в которых дан элементный состав вещества, независимо от числа элементов.
Задача 31. Установить молекулярную формулу вещества, если оно содержит 54,4 % С, 36,4 % О и 9,1 % Н; D(H2) = 44.
Соотношение числа атомов n элементов в любом веществе равно:
Подставим данные задачи в эту формулу:
Полученные величины (они должны содержать 2 значащие цифры после запятой) разделим на наименьшее число (2,275):
Получаем состав: С2Н4О. М(С2Н4О) = 44 г/моль, а реальная — 88 г/моль, значит, все индексы следует удвоить. Молекулярная формула вещества С4Н8О2. Это может быть или одноосновная предельная кислота, или её эфир.
Задача 32. При полном сгорании 4,6 г органического вещества получили 8,8 г углекислого газа и 5,4 г воды. Найти молекулярную формулу вещества.
Решение. Определим количества и массы веществ, полученных при сгорании:
поскольку 1 молекула воды (1 моль) содержит два атома (2 моль) этого элемента, поэтому m(Н) = 0,6 г. Суммарная масса этих элементов — 3,0 г. Но сгорело 4,6 г вещества, значит, оно содержит кислород (1,6 г). ν(О) = 0,1 моль.
Составим уравнение реакции горения и подставим полученные данные в уравнение реакции:
получаем молярные соотношения продуктов реакции:
Теперь определим соотношение атомов элементов в исходном веществе, которое равно молярному соотношению элементов в этом веществе:
Молекулярная формула вещества С2Н6О.
Этот способ определения молекулярной формулы оптимален, когда неизвестна молекулярная масса вещества, поскольку, если молярная масса дана и задана в задаче через плотность или иначе, то задача решается «в лоб» — по уравнению химической реакции.
Задача 33. При полном сгорании 2,9 г органического вещества получили 3,36 л углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность по водороду равна 29.
Решение. Сначала рассчитаем молярную массу газа:
Теперь составим схему реакции, обозначив формулу исходного вещества СхНу
Из выделенных параметров составим пропорции, сначала для СО2:
а затем для воды:
Решив обе, получаем: х = 3, у = 6, т. е. искомая формула С3Н6.
Теперь нужно проверить соответствие полученной формулы заданной молярной массе: М(С3Н6) = 42 г/моль, что явно меньше 58 г/моль. Значит, в состав исходного вещества входит кислород. Его молярная масса: М(О) = 58 – 42 = 16, т. е. в состав вещества входит 1 атом кислорода.
Искомая формула С3Н6О.
Задача 34. Установить формулу алкена, если 11,2 г его при взаимодействии с бромоводородом образует 27,4 г бромида с положением брома у третичного атома углерода.
Решение. Вначале рассчитаем массу бромоводорода, согласно закону сохранения массы:
и составим уравнение реакции, используя общую формулу алкенов:
откуда найдём количество вещества алкена:
Теперь легко определить молярную массу неизвестного вещества:
Определим молярную массу неизвестного вещества через n:
отсюда: 14n = 56; n = 4.
Ответ. Состав искомого алкена С4Н8; это 2-метилпропен.
Задачи для самостоятельного решения
75. Оксид неметалла (V), содержащего 56,3 % кислорода, растворили в воде. Определить массовую долю вещества в этом растворе, если исходный оксид был получен из 3,1 г неметалла.
76. Какой щелочной металл образует сульфат с массовой долей кислорода 23,9 %?
77. Плотность паров алкана равна 3,214 г/л. Определите его молекулярную массу. Какую формулу имеет этот углеводород?
78. Один литр алкена имеет массу 1,25 г. Определите молярную массу этого вещества. Составьте его графическую формулу.
79. Углеводород с плотностью по гелию 28,5 содержит 15,8 % водорода. Установить его формулу.
80. При сгорании 2,24 л углеводорода получили 8,96 л СО2 и 7,2 мл воды. Определить формулу углеводорода.
81. Органическое вещество содержит 37,7 % С, 6,3 % Н и 56 % Сl; 6,35 г его паров занимает объём 11,2 л. При гидролизе этого соединения образуется вещество, которое при восстановлении даёт вторичный спирт. Определить состав и строение исходного вещества.
82. При сгорании 1 л газообразного углеводорода, обесцвечивающего раствор перманганата калия, расходуется 4,5 л кислорода и образуется 3 л СО2. Определить формулу углеводорода.
83. Установить формулу вещества, при сгорании 4,6 г которого образуется 4,48 л СО2 и 5,4 мл воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 23.
84. При взаимодействии 16 г одноатомного спирта с натрием выделилось 5,6 л водорода. Какой спирт был взят для реакции?
85. Одноосновная кислота имеет состав: ώ(С) = 40 %; ώ(Н) = 6,67 %; ώ (О) = 53,33 %. Плотность паров её по аргону 1,5. Какая это кислота?
86. Определить строение сложного эфира предельной α-аминоуксусной кислоты, если известно, что он содержит 15,73 % азота.
87. Имеется смесь четырёх изомеров, каждый из которых реагирует с НСl и содержит в молекуле 23,7 % азота. Определить строение этих соединений и массу исходной смеси, если известно, что вещества предельные, а при сгорании смеси образуется 4,48 л азота.
Задачи, в которых учитывается «выход» полученного вещества
Реальные химические процессы никогда не происходят со 100 %-ным выходом, который рассчитывается по уравнению реакции. Например, вы рассчитали, что должно выделиться 100 л газа, а реально его получено 60 л. Значит, выход (ή) в этой реакции равен:
Выход продукта выражается в долях единицы или в процентах. В нашем примере:
Задача 35. Рассчитать массы исходных веществ, необходимых для получения 91 г нитрида кальция, что составляет 80 % от теоретически возможного.
Следует помнить, что в уравнение химической реакции можно подставлять данные только теоретического выхода. Поэтому рассчитаем его (Т):
Подставим полученную величину в уравнение реакции и найдём искомые величины:
Задание. Остальной расчёт сделайте самостоятельно.
Задачи для самостоятельного решения
88. Какой объем этилена можно получить из 92 граммов спирта? Выход составляет 80 % от теоретически возможного количества.
89. Сколько граммов хлорвинила можно получить из 56 л ацетилена, если выход составляет 80 %?
90. 46 г глицерина обработали азотной кислотой. Рассчитайте массу полученного вещества, если выход составляет 40 %. Где применяется это вещество?
91. Из 56 л ацетилена получили 88 г этаналя. Рассчитайте выход в % от теоретически возможного.
92. Сколько граммов спирта нужно взять, чтобы получить 7,4 г этилформиата, что составляет 80 % от теоретического выхода?
93. При нагревании 2,84 г иодметана с 0,69 г натрия получено 179,2 мл углеводорода. Определить выход в % от теоретически возможного.
94. 184 г толуола прореагировали с 1,5 моль хлора в присутствии хлорида алюминия. Реакция протекала с выходом 90 % от теоретически возможного. Вычислить объём полученного газа, водный раствор которого не окрашивает раствор фенолфталеина.
95. При нагревании 28,75 мл алканола (ρ = 0,8 г/мл) с концентрированной серной кислотой, получили газ, который может присоединить 8,96 л водорода. Определить строение спирта, если выход газа составляет 80 %.
96. Какой объём 40 %-ного формалина с плотностью 1,1 г/мл можно получить из 48 мл метанола? Плотность спирта 0,8 г/мл. Выход 80 %.
97. Сколько граммов эфира можно получить при взаимодействии 30 г уксусной кислоты и 30 г этанола с выходом 30 %?
Формулы веществ и уравнения химических реакций
Содержание:
Химическим уравнением (уравнением химической реакции) называют условную запись химической реакции с помощью химических формул, числовых коэффициентов и математических символов. Уравнение химической реакции даёт качественную и количественную информацию о химической реакции.
На странице -> решение задач по химии собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам химии.
Формулы веществ и уравнения химических реакций
Химическая реакция — это превращение одних веществ в другие. Впрочем, такое определение нуждается в одном существенном дополнении. В ядерном реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие превращения химическими не называют. В чем же здесь дело? В ядерном реакторе происходят ядерные реакции. Они заключаются в том, что ядра элементов при столкновении с частицами высокой энергии (ими могут быть нейтроны, протоны и ядра иных элементов) — разбиваются на осколки, представляющие собой ядра других элементов. Возможно и слияние ядер между собой. Эти новые ядра затем получают электроны из окружающей среды и, таким образом, завершается образование двух или нескольких новых веществ. Все эти вещества являются какими-либо элементами Периодической системы.
В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.
Химическими реакциями называются явления, при которых одни вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества — с другим составом и другими свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.
Расчёты по химическим формулам
По химическим формулам веществ можно производить различные расчеты:
1. Определение численного соотношения атомов.
Для молекулы SO3 численное соотношение атомов составляет 1 : 3, а для
– 3 : 1 : 4.
2. Определение относительной молекулярной массы вещества.
3. Расчет массы одной молекулы вещества.
Для молекулы 
4. Определение массовых отношений химических элементов в сложном
веществе.
Для молекулы 
вначале записываем значения атомных масс:
5. Расчет массы элемента по известной массе вещества и обратная задача.
а) Сколько граммов меди содержится в 320 г оксида меди (II)?
б) В какой массе карбоната кальция 
содержится 80 г кальция?
6. Расчет массовой доли химического элемента в сложном веществе.
По формуле вещества можно рассчитать массовую долю каждого химического элемента, который входит в состав вещества.
Массовая доля 
химического элемента в данном веществе равна отношению относительной атомной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле, к относительной молекулярной массе вещества:
– массовая доля элемента;
– относительная атомная масса элемента;
n – число атомов элемента (Э) в молекуле вещества;
– относительно молекулярная масса вещества.
Массовые доли обычно выражаются в процентах:
Пример: Рассчитать массовые доли водорода и кислорода в воде 
Рассчитываем массовые доли водорода (Н) и кислорода (О):
Если вещество состоит из трех элементов, для определения массовой доли третьего элемента можно определить массовые доли двух элементов, затем их сумму отнять от 100%.
6. Составление формул по соотношению масс и массовых долей элементов в молекуле.
а) Выведите формулу вещества, если соотношение масс элементов
m (S) : m (O) = 2 : 3.
Относительные атомные массы элементов:
Расчет числа атомов элементов:
x (S) = 2 : 32 = 0,0625
y (О) = 3 : 16 = 0,1875
x : y = 0,0625 : 0,1875
Определение соотношения чисел атомов элементов.
Поскольку в молекулах не может быть дробных чисел атомов, то делением на наименьшее значение или умножением на какое-то число превращаем дробные числа в целое число: 
Значит, формула вещества – 
Ответ:
б) Составьте формулу вещества, если массовые доли элементов в соединении таковы:
= 0,414. 
= 0,552. 
= 0,034.
Определение чисел атомов элементов:
Ответ: 
Массовая доля элементов в веществе, массовые соотношения атомов, соотношения чисел атомов.
Составление уравнений химических реакций
Химические формулы, индексы, химические реакции
Используя различные слова, мы составляем предложения. Используя формулы веществ, составляем уравнения реакций. Химическое уравнение –условная запись химической реакции с помощью химических формул и знаков. По уравнениям реакций можно определить, в каких количественных отношениях реагируют вещества и сколько продуктов при этом образуется. Вещества, вступающие в реакцию, называются реагентами. Образующиеся при этом вещества называются продуктами.
Алгоритм составления уравнений реакций
1. Записываем схему уравнения реакции: формулы вступающих в реакцию веществ – слева, а образовавшихся – справа.
2. Уравнения реакций отличаются от схем этих же реакций. Например, горение железа в кислороде записывается в виде схемы:
3. В уравнениях реакций число атомов реагирующих веществ должно быть равно числу атомов продуктов реакций. Поэтому в схемах реакций перед формулами веществ ставятся коэффициенты. Подбираем коэффициенты, чтобы число атомов каждого элемента в левой и правой частях равенства было одинаковым. Коэффициент 1 не ставится. Вначале уравниваем число атомов кислорода. Для этого находим наименьшее кратное число для атомов кислорода до и после реакции: 2 · 3 = 6. Делением этого числа на число атомов кислорода находим коэффициенты в левой части – 6 : 2 = 3; затем в правой части – 6 : 3 = 2.
4. Теперь уравниваем число атомов железа и, наконец, заменяем стрелку на знак равенства:
Коэффициенты перед формулами веществ в химических уравнениях называются стехиометрическими коэффициентами.
В полученном уравнении число атомов каждого элемента в левой части равно числу тех же атомов в правой части. Уравнение читается так: 4 атома железа плюс 3 молекулы кислорода равны 2 молекулам оксида железа (III).
При записи химического уравнения подбираются только коэффициенты, а индексы в формулах менять нельзя, так как нельзя произвольно менять состав вещества.
По уравнениям реакций можно получить следующие сведения:
1) качественный состав реагирующих и образовавшихся веществ 
2) соотношения коэффициентов перед формулами: 
3) соотношения масс веществ:
Уравнения реакции, реагенты, продукты, коэффициенты.
Закон сохранения массы веществ
При химических реакциях происходит распад молекул реагирующих
веществ, осуществляется перегруппировка атомов и групп атомов, образуются молекулы продуктов реакции. В результате реакций число атомов не изменяется, поэтому не должны изменяться и массы этих атомов.
Рассмотрим реакцию горения магния:
Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
В этом и состоит закон сохранения массы. Закон был открыт опытным путем в 1748 г. русским ученым М. В. Ломоносовым. Позднее, в 1789 г., французский ученый А. Лавуазье пришел к такому же выводу независимо от М. В. Ломоносова. Закон сохранения массы веществ имеет огромное значение для естественных наук.
Значение закона сохранения массы веществ
- 1. Открытие закона способствовало дальнейшему развитию химии.
- 2. Все расчетные задачи в химии решаются на его основе. Все химические уравнения составляются на основании этого закона.
- 3. Этот закон является одним из проявлений общего закона природы: вещество не исчезает бесследно и не образуется из ничего.
Закон сохранения массы веществ.
Демонстрация №1
Опыт, доказывающий закон сохранения массы веществ
Цель: Знать закон сохранения массы веществ и доказать это опытным путём.
Проведите реакцию карбоната кальция с соляной кислотой. Для этого предварительно взвесьте колбу с кислотой, а также шарик на весах (рис. 9). Насыпьте 1 г карбоната
кальция в шарик. Затем наденьте его на колбу. Закрепите скотчем. Поднимите надувной шарик, чтобы весь карбонат высыпался в колбу. После проведения реакции взвесьте.
Сделайте выводы.
Соотношение масс реагирующих веществ. Закон постоянства состава
Состав вещества можно выразить числом атомов или массовым отношением атомов в молекуле. Например, для молекулы 
отношение числа молей атомов n (С) : n (О) =
= 1 : 2, а массовые отношения элементов m (C) : m (O) = 12 : 32 = 3 : 8. Или можно взять отношения массовых долей элементов:
Углекислый газ выделяется при горении топлива, при разложении некоторых сложных веществ или в результате дыхания.
Как вы видите, в молекуле 
независимо от способа образования, отношения масс, массовых долей 
остаются неизменными. На основании этого можно сделать вывод о постоянстве состава образующегося вещества. К этому важному выводу первым пришел французский ученый Ж. Л. Пруст в результате многочисленных исследований на протяжении ряда лет (1799–1806). Им был открыт закон постоянства состава веществ:
Состав химически чистого, имеющего молекулярное строение вещества, независимо от способа получения, остается постоянным. Химически чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав.
В настоящее время известны вещества с переменным составом, с ними вы познакомитесь позднее.
В формулах веществ молекулярного строения индекс указывает на количество химического элемента в молекуле вещества.
На основе закона постоянства состава вещества можно производить различные расчеты. Рассмотрим следующий пример:
При взаимодействии меди с серой образуется 1 моль сульфида меди (II):
m (Cu) : m (S) = 64 : 32 = 2 : 1
Значит, из 2 г Cu и 1 г S образуется сульфид меди (ІІ).
Проведем два опыта.
1. Возьмем смесь, состоящую из 5 г меди и 2 г серы. После нагревания получим смесь сульфида меди с медью, так как 1 г меди находится в избытке. В смеси содержится 6 г CuS и 1 г Сu.
2. Теперь возьмем по 4 г меди и серы. В этом случае после нагревания образуется смесь сульфида меди и серы, так как 2 г серы остаются неизрасходованными и образуется 6 г сульфида меди.
Проверим результаты опытов математическим путем.
Для первого опыта:
По условию задачи было взято 5 г меди, следовательно, масса оставшейся меди: 5 г Сu, 5 – 4 = 1 г Cu в избытке.
Расчет массы сульфида меди:
m(Cu) + m(S) = 4 + 2 = 6 г.
Ответ: 1 г Cu в избытке, 6 г CuS.
Для второго опыта:
Расчет массы серы, которая остается в избытке:
По условию задачи было взято 4 г серы, значит, масса оставшейся
серы:
4 – 2 = 2 г S в избытке.
Расчет массы сульфида меди:
По закону сохранения массы веществ 4 г Cu взаимодействует с 2 г S с образованием 6 г CuS.
Ответ : 2 г S в избытке, 6 г CuS.
Соотношение масс реагирующих веществ, закон постоянства состава.
Лабораторный опыт №2
І вариант.
Цель: определить опытным путем соотношение масс реагирующих веществ, доказать правильность закона постоянства состава и закона сохранения масс.
Ход работы
1. Налейте во все пробирки, закрепленные в штативах, по 5 мл раствора
гидроксида натрия.
2. С помощью бюретки налейте определенные объемы раствора сульфата
меди в таком порядке: 1 мл, 1,5 мл, 2 мл, 2,5 мл, 3 мл, 3,5 мл, 4 мл.
3. Через некоторое время в некоторых пробирках образуется осадок, и
надо дать ему отстояться.
4. Заполните таблицу. Высота осадка будет измеряться линейкой.
Вопросы и задания:
1. Напишите уравнение реакции.
2. Какое объемное отношение растворов достаточно для образования осадка?
3. Определите массовые отношения исходных веществ.
4. Сделайте выводы: выполняется ли закон постоянства состава и закон сохранения масс.
ІІ вариант.
Цель: определять опытным путем соотношение масс реагирующих веществ.
Ход работы
1. Напишите уравнение реакции взаимодействия железа с серой:
2. Определить соотношение масс реагирующих веществ:
m (Fe) : m (S) = 56 : 32 = 7 : 4
3. Для удобства и экономии реагентов можно брать исходные вещества в соотношении 3,5 : 2, т. е. на технических весах взвесить 3,5 г железа и 2 г серы.
4. Закрепить тигель на кольце штатива, нагреть, перемешивая стеклянной палочкой взвешенные железо и серу до образования однородной темной массы сульфида железа (ІІ) (рис. 10).
Типы химических реакций
По числу и составу реагентов, вступивших в реакцию, и продуктов реакций различают четыре типа химических реакций.
1. Реакции соединения – это реакции, в результате которых из нескольких
простых или сложных веществ образуется одно сложное вещество (рис. 10).
2. Реакции разложения – это реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуются два и более веществ – простых или сложных.
3. Реакции замещения – это реакции между простым и сложным веществами, в которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном соединении. В результате образуются новые простое и сложное вещества (рис. 11а).
4. Реакции обмена – это реакции, в результате которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями и образуются два новых сложных вещества (рис. 11б).
С классификацией химических реакций по другим признакам вы познакомитесь позднее.
Химические реакции в природе и жизнедеятельности живых организмов и человека
Вам известно, что в результате химических явлений одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных веществ по составу. Это вы можете наблюдать в окружающей среде каждодневно. Например: ржавление железного гвоздя, потускнение серебряных украшений и предметов кухонной утвари, позеленение тазика из латуни, горение дров и газа на плите. Что общего между ними? Все эти процессы происходят под действием кислорода
воздуха, т. е. идет окисление.
Химия в природе. В природе непрерывно идут реакции образования органических веществ из простых неорганических соединений, т. е. идут реакции синтеза (рис. 12):
Такой процесс идет в зеленых растениях и водорослях. Хлорофилл находится в хлоропластах зеленых листьев, поэтому они окрашены в зеленый цвет.
Во время грозы в летний период воздух становится свежее и чище в результате следующих реакций:
При разложении кислорода получаем атомарный кислород. Атомарный кислород, соединяясь с молекулой кислорода, образует озон.
Озон – это газ синего цвета с характерным запахом свежести. Накапливается в верхних слоях атмосферы и образует озоновый слой, который выполняет роль щита нашей планеты. Озон защищает Землю от солнечной радиации из космоса и не допускает остывание Земли, поглощая инфракрасное излучение.
Гниение также относится к реакциям окисления. В отличие от горения, гниение – это медленно протекающие процессы. В результате гниения сложные азотсодержащие вещества взаимодействуют с кислородом при участии микроорганизмов. Для того чтобы шел процесс гниения, кроме микроорганизмов, необходимо наличие влаги. Это уникальный, сложный многоступенчатый процесс, позволяющий перерабатывать белки погибших животных и
растений в соединения, пригодные к усвоению растениями.
На реакциях, лежащих в основе брожения сахаристых веществ, основаны многие производства, например, хлебобулочных изделий и напитков.
В результате реакции окисления глюкозы образуется углекислый газ, вода и большое количество тепла:
Это является источником энергии, необходимой для физической и умственной деятельности в повседневной жизни человека.
Использование пищевой соды способствует поднятию теста, так как при взаимодействии с органическими кислотами выделяется углекислый газ.
Выделяющийся углекислый газ 
разрыхляет тесто, поэтому булочки получаются мягкими и пышными.
Химия в живых организмах
С точки зрения химика, дыхание – также процесс окисления органических веществ: углеводов, жиров, белков.
Часть энергии, выделенной в результате этой реакции, организм использует
для совершения умственной, физической работы.
А вторая часть запасается в организме для того, чтобы можно было использовать ее при синтезе характерных для данного организма белков, углеводов и жиров. Таким образом, энергия, необходимая для жизнедеятельности, получается из питательных веществ, поступающих в организм из окружающей среды.
Антацидные вещества – лекарственные средства для лечения желудочно-кишечных заболеваний. Они нейтрализуют соляную кислоту, которая входит в состав желудочного сока.
Химия в быту
Работа двигателей внутреннего сгорания основана на реакции горения углеводородов (топлива).
Вы, наверное, заметили, что на стенках чайника через некоторое время образуется накипь. При этом идет реакция разложения солей магния и кальция, обусловливающих временную жесткость воды. В результате этих реакций образуются нерастворимые соли кальция и магния.
Из-за накипи выходят из строя нагревательные элементы в стиральных и посудомоечных машинах, утюгах, а также промышленные котлы.
Для очистки чайника от накипи достаточно прокипятить воду, в которую добавлена уксусная кислота.
Для этой цели можно использовать и лимонную кислоту.
«Гашение» соды уксусом – часто наблюдаемая на кухне реакция:
сода 4- уксусная кислота -> соль 4- вода 4- углекислый газ
Хозяйственное мыло не мылится в жесткой воде, т. к. идет реакция обмена с солями кальция и магния и образуется нерастворимая соль, которая «всплывает». Это объясняется тем, что натриевые соли органических кислот растворимые, а кальциевые, магниевые соли – нерастворимые в воде.
Санатории для больных туберкулезом обычно расположены в сосновых борах. Почему? Потому что в хвойных растениях содержится соединение, которое при окислении озоном (после грозы) выделяет атомарный кислород, который обладает дезинфицирующим и отбеливающим свойствами.
Еще одно интересное природное явление – образование в пещерах сталактитов и сталагмитов – это осадок карбоната кальция СаСО3. Сталактиты растут сверху вниз как сосульки, а сталагмиты – снизу вверх (рис. 13).
Химия дает человечеству огромные возможности и силы, но только она требует грамотного и ответственного отношения к ней. За день в мире происходят тысячи различных (опасных для человечества, в то же время интересных) химических реакций. Не зря говорится в изречении М. В. Ломоносова: «Широко распространяет химия руки свои в дела человеческие».
- 1. Обозначения качественного и количественного состава простых и сложных веществ с помощью символов элементов и индексов называются химическими формулами.
- 2. Химическое уравнение — условная запись химической реакции с помощью химических формул и знаков.
- 3. По числу и составу реагентов, вступивших в реакцию, и продуктов реакций различают четыре типа химических реакций: реакция соединения, реакция разложения, реакция замещения, реакция обмена.
- 4. Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Эта формулировка называется законом сохранения масс веществ.
- 5. Состав химически чистого, имеющего молекулярное строение вещества, независимо от способа получения, остается постоянным. Химически чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав.
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.
http://himi4ka.ru/samouchitel-po-himii/zadachi-reshaemye-po-uravnenijam-reakcij.html
http://natalibrilenova.ru/formulyi-veschestv-i-uravneniya-himicheskih-reaktsij/