Расчет по химическому уравнению объемных

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:

Расчет по химическому уравнению объемных

ЗАДАЧА: Вычислите массу кислорода, выделившегося в результате разложения порции воды массой 9 грамм.

Алгоритм № 2. Вычисление объема вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции.

ЗАДАЧА: Вычислите объем кислорода (н.у.), выделившегося в результате разложения
порции воды массой 9 г.

Алгоритм № 3. Расчет по химическому уравнению объемных отношений газов

ЗАДАЧА: Вычислите объем кислорода, необходимого для сжигания порции ацетилена объемом 50 л.

Алгоритм № 4. Вычисление относительной плотности газа по другому газу

ЗАДАЧА: Вычислите плотность кислорода а) по водороду; 6) по воздуху.

Алгоритм № 5. Вычисление массовой доли вещества в растворе

ЗАДАЧА: При выпаривании раствора массой 500 г образовалось 25 г кристаллической соли — хлорида натрия. Вычислите массовую долю соли в исходном растворе.

Алгоритм № 6. Вычисление массы вещества в растворе по массе раствора и массовой доле растворенного вещества.

ЗАДАЧА: Вычислите массу гидроксида натрия, необходимого для приготовления 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия.

Алгоритм № 7. Расчеты по термохимическим уравнениям. Вычисление количества теплоты по известной массе вещества.

ЗАДАЧА: По термохимическому уравнению 2Сu + O₂ = 2СuO + 310 кДж вычислите количество теплоты, выделившейся в результате окисления порции меди массой 16 г.

Алгоритм № 8. Расчеты по термохимическим уравнениям. Вычисление массы вещества по известному количеству теплоты.

ЗАДАЧА: По термохимическому уравнению С + O₂ = СO₂ + 412 кДж вычислите массу сгоревшего угля, если количество теплоты, выделившееся в результате реакции, составляет 82,4 кДж .

Алгоритм № 9. Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке.

ЗАДАЧА: Смешали два раствора, один из которых содержал 33,3 г хлорида кальция, а другой — 16,4 г фосфата натрия. Вычислите массу образовавшегося фосфата кальция.

Вы смотрели Справочник по химии «Алгоритмы решения типовых задач». Выберите дальнейшее действие:

Последовательность выполнения действий

1. С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи

2. Запишем уравнение реакции, расставим коэффициенты

3. Над формулами веществ запишем данные об объемах газообразных веществ, известные из условия задачи, а под формулами — стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции, которые для газов, согласно закону Авогадро, равны их объемным отношениям

50 / 2 = Х / 5, откуда

5. Запишем ответ

Примечание. Необходимо заметить, что ответ является правильным, если объемы газообразных веществ рассчитаны в одних и тех же условиях.