Методичні рекомендації щодо розв'язування задач з хімії

ОБЧИСЛЕННЯ ЗА ХІМІЧНИМ РІВНЯННЯМ, ЯКЩО ОДНА З РЕЧОВИН ВЗЯТА З НАДЛИШКОМ

 

Реагенти вступають у реакцію в чітко визначених масових співвідношеннях. Досить часто в практичній роботі зустрічаються ситуації, коли один з реагентів залишається в надлишку або, навпаки одного з реагентів не вистачає для одержання визначеної кількості продукту реакції. При розв’язуванні задач цього типу слід пам’ятати, що із двох вихідних речовин розрахунок проводиться лише за тією речовиною, яка знаходиться в нестачі. Тобто ця речовина під час реакції витрачається повністю. Визначити, яка з речовин перебуває в нестачі, можна склавши відношення маси або об’єму вихідної речовини, що дано за умовою задачі, до відповідної маси або об’єму, визначеного за рівнянням реакції.

Задачі, в основі яких лежать обчислення за хімічним рівнянням, якщо одна з речовин узята з надлишком, називаються скорочено «задачі на надлишок». Їх ознака: в умові дано кількості (маси, об’єми, кількості речовини) обох реагентів.

Під час розв’язування задач такого типу необхідно здійснити наступне:

а) визначити тип задачі;

б) записати рівняння реакції;

в)порівняти маси, об’єми або кількість речовини реагентів, що відповідають рівнянню реакції та умові задачі, і визначити вихідну речовину, яка повністю прореагувала;

г) обчислити кількість продукту реакції за рівнянням реакції.

У задачах, в яких мова йде про взаємодію розчину лугу з розчином багатоосновної кислоти, в залежності від того яка з них у надлишку, продуктами можуть бути кислі та середні солі або їх суміші. 

 

Алгоритм обчислення за рівнянням хімічної реакції,  якщо одна з вихідних речовин узята в надлишку

Порядок дій	Приклади виконаних дій
1) Прочитайте текст задачі	Обчисліть масу осаду, який утвориться внаслідок взаємодії розчинів, які містять купрум (ІІ) сульфат масою 8г та натрій гідроксид масою 10г.
2) Запишіть скорочено умову	Дано:
задачі	m(CuSO4) = 8г m(NaOH) = 10г Знайти: m(Cu(OH)2) - ?
3) Запишіть рівняння реакції	CuSO4+2 NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
4) Підкресліть формули речовин, про які йдеться в умові задачі	CuSO4 + 2 NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
5) Надпишіть над підкресленими формулами вихідні дані, під формулами – дані, що закономірно витікають з рівняння реакції	8г           10г          хг CuSO4 + 2 NaOH = Cu(OH)2↓+ Na2SO4 n=1моль          n=2моль       n=1моль M=160г/моль M=40г/моль M=98г/моль m = 160 г        m = 80 г        m = 98 г
6) Знайдіть, яка із двох даних речовин взята в нестачі	 0,05 ;                0,125 ;       0,05 < 0,125 В нестачі CuSO4, тому розрахунок проводимо саме за цією речовиною.
7) Розрахунок здійснюємо за речовиною, яка повністю використовується, тобто за тією, яка в нестачі	8                     8o98                 ;          4,9(г) 160      98                160
8) Запишіть відповідь	Відповідь: m(Cu(OH)2) = 4,9 г

 

1.                 Розчинили цинк масою 32,5 г у сульфатній кислоті масою 49 г. Обчисліть об’єм газу (н.у.), який виділився під час реакції.

 

              Zn      +   H₂SO₄    =   ZnSO₄   +   Н₂↑

                     ν – 1 моль            ν – 1 моль                                                   ν – 1 моль 

                 М = 65 г/моль   М = 98 г/моль               V = 22,4 л m  = 65 г         m  = 98 г

І спосіб.

1.     Визначимо речовину, взяту у надлишку.

За рівнянням реакції:   65 г (Zn) реагує з 98 г (H₂SO₄);                                    32,5 г (Zn)    ―//―   х г (H₂SO₄);                                        х = 49 г H₂SO₄.

Висновок: цинк і кислота взяті в еквімолярних (однакових) кількостях. Обчислення можна проводити за масою будь-якого з реагентів.

2.     За рівнянням реакції:     65 г (Zn) витісняє 22,4 л (H₂);                           32,5 г (Zn)     ―//―      х л (H₂);                                  х = 11,2 л H₂.

 

ІІ спосіб.

1.   Визначимо речовину, взяту у надлишку:  ν (Zn) = = 0,5 моль;

                  ν (Н = 0,5 моль.

За рівнянням реакції: ν (Zn) = ν (H₂SO₄) = 0,5 моль.

Висновок: реагенти взяті в еквімолярних (однакових) кількостях. Обчислення можна проводити за будь-яким з реагентів.

2.  

За рівнянням реакції: ν (Н₂) = ν (Zn) = ν (H₂SO₄) = 0,5 моль.

V   (Н₂) = ν (Н₂) ∙ Vm = 0,5 моль ∙ 22,4 л/моль = 11,2 л. Відповідь: 11,2 л.

 

2.                 Ошурки магнію масою 48 г помістили в концентровану сульфатну кислоту масою 200 г. Обчисліть об’єм газу, який виділився при цьому.

   4Mg  + 5H₂SO₄  =  4MgSО₄  + 4Н₂О  +  Н₂S↑ 

    ν – 4 моль        ν – 5 моль                                                                                             ν – 1 моль

                                                                                                                V = 22,4 л

1.     ν (Mg) =     = 2 моль.

2.     ν (Н    = 2,041 моль.

3.     За рівнянням реакції:    4 моль (Mg) реагує  з 5 моль (H₂SO₄);

                    2 моль (Mg)    ―//―   х моль (H₂SO₄);                            х = 2,5 моль H₂SO₄.                   ν (H2SO4)_{за умови} < ν (H2SO4)_{за реакц.}, магній взято в надлишку. Обчислення здійснюємо за кислотою.

4.     За рівнянням реакції:       З 5 моль (H₂SO₄) утворюється 22,4 л (H₂S);                        з 2,041 моль (H₂SO₄)     ―//―       х л (H₂S);                            х = 9,14 л  H₂S.  Відповідь: 9,14 л. 

 

3.                 Визначити об’єм газу, який можна добути при взаємодії натрію масою 11,96 г із розчином етанолу об’ємом 162,5 мл із масовою часткою спирту 95,5% та густиною 0,8 г/см³.       

  2Na     +    2С₂Н₅ОН   =  2С₂Н₅ОNa   +  Н₂↑

  ν – 2 моль               ν – 2 моль                                                                  ν – 1 моль 

1.     ν (Na) =      = 0,52 моль.

2.     m (розч.C₂Н₅ОН) = V (розч.C₂Н₅ОН) ∙ ρ = 162,5 мл ∙ 0,8 г/мл = 130 г. m (C₂Н₅ОН) =      = 124,15 г.

ν  (C2Н5ОН)_{за умови}  

3.     За рівнянням реакції: ν (С₂Н₅ОН)_{за рівн.} = ν (Na) = 0,52 моль. Висновок: ν (С2Н5ОН)_{за умови} > ν (С2Н5ОН)_{за рівн.} С2Н5ОН – у надлишку; обчислення здійснюємо за натрієм.

4.     За рівнянням реакції: ν (Н₂) = = 0,26 моль. 

V   (Н₂) = ν (Н₂) ∙ Vm = 0,26 моль ∙ 22,4 л/моль = 5,82 л. Відповідь: 5,82 л Н2.

 

4.                 До розчину масою 240 г із масовою часткою купрум(ІІ) сульфату 12% додали ошурки заліза масою 26 г. Обчисліть масу солі в розчині після закінчення реакції.

CuSO4     +   Fe   =  FeSO4   +   Cu↓

                                  ν – 1 моль          ν – 1 моль    ν – 1 моль 

1.     ν (Fe) _{за умови}       = 0,46 моль.

2.     m (CuSO₄) =         = 28,8 г.

3.     ν (CuSO4) _{за умови}   = 0,18 моль.

4.     Визначимо реагент, взятий з надлишком: за рівнянням реакції, ν (CuSO4) = ν (Fe) = 0,18 моль; ν (Fe)_{за умови} > ν (Fe)_{за рівн.}  Висновок: Fe – у надлишку. Обчислення здійснюємо за CuSO₄.

5.     За рівнянням реакції: ν (FeSO₄) = ν (CuSO₄) = 0,18 моль.

m (FeSO₄) = ν (FeSO₄) ∙ М (FeSO₄) = 0,18 моль ∙ 152 г/моль = 27,36 г. Відповідь: 27,36 г FeSO₄.

 

5.                 Чи достатньо 150 м³ (н.у.) повітря для згоряння фосфору масою 62 кг? Обчисліть масу оксиду, який утворився при цьому.

Р₄   +   5O₂    =  2Р₂О₅ 

                                      ν – 1 моль      ν  5 моль         ν – 2 моль    

1.     V (О₂) =         = 31,5 м³.

                           ν (О₂) = = 1,4062 кмоль.

2.     ν (Р₄) =   = 0,5 кмоль.

3.     За рівнянням реакції:      1 моль (Р₄) реагує  з 5 моль (О₂);

                    0,5 кмоль (Р₄)   ―//―  х кмоль (О₂);                             х = 2,5 кмоль О₂.

Висновок: ν (О2)_{за умови} < ν (О2)_{за рівн..} Фосфор – у надлишку, обчислення здійснюємо за киснем.

4.     За рівнянням реакції:          5 моль (O₂) утворює 2 моль (Р₂O₅);

              1,4062 кмоль (O₂)  ―//―  х кмоль (Р₂O₅);

                                                                 х = 0,5625 кмоль Р₂O₅.

5.     m (Р₂O₅) = ν (Р₂O₅) ∙ М (Р₂O₅) = 0,5625 кмоль ∙ 142 кг/кмоль = 79,875 кг. Відповідь: недостатньо; 79,875 кг.

 

6.                 Обчисліть масу алюміній сульфіду, який утворився при взаємодії порошку алюмінію масою 27 г і сірки масою 60 г.

                                                                                                       t

2Al       +    3S        =    Al₂S₃

                                                 М =  27 г/моль     М =  32 г/моль      М = 160 г/моль              m = 2 · 27 г                m = 3 · 32 г

1.     За рівнянням реакції: 2 ∙ 27 г (Al) реагує з 3 ∙ 32 г (S);

                                                                        27 г (Al)        ―//―   х  г (S);       х = 48 г S.

2.     Висновок: m (S)_{за умови} > m_{за рівн.} (S); сірка – у надлишку. Обчислення здійснюємо за алюмінієм.

3.     За рівнянням реакції: 2 ∙ 27 г (Al) утворює 150 г (Al₂S₃);

                                     27 г (Al)     ―//―    х  г (Al₂S₃); х = 75 г Al₂S₃. Відповідь: 75 г.