n(C)=n(CO2)+n(Na2CO3).
В условиях задач по нахождению молекулярной формулы по продуктам сгорания обычно есть значения: масса или объем сгоревшего вещества, масса воды и масса или объем углекислого газа, образующихся после сгорания, молярная масса или данные по которым можно её вычислить (плотность, относительная плотность и тд.).
Попробуем составить подобное условие. Пусть для реакции взяли 2 моль вещества, молекулярная формула которого C6H12. По уравнению реакции получаем:
C6H12 + 9 O2 - 6 CO2 + 6H2O
по уравнению реакции1моль 9моль6моль6моль;
по условию задачи 2моль 18моль 12моль 12моль.
Вычисляем необходимые данные:
m(C6H12)=84.2=168(г);
V(CO2)=12.22,4=268,8(л);
m(H2O)=12.18=216(г);
DH2(C6H12)=84/2=42.
Составляем условие задачи и решаем её.
Найти молекулярную формулу вещества, если при полном сгорании 168г образуется 268,8л углекислого газа и 216г воды и относительная плотность по водороду его пара равна 42.
n(CO2)=268,8:22,4=12(моль); n(C)= n(CO2)=12(моль); m(C)=12.12=144(г);
n(H2O)=216:18=12(моль); n(H)=2n(H2O)=24(моль);m(H)=24.1=24(г);
m(O)=m(смеси)-m(C)-m(O)=168-144-24=0(г) => CxHY
n(C):n(H)=12:24=1:2 => CH2- простейшая формула;
М(в-ва)= DH2(в-ва).2=42.2=84(г/моль)
n (12+2)=84, n=6 => C6H12-истинная формула
Задание: составить и решить задачу зная, что в реакцию горения вступает 13,8г (0,3 моль) этанола.
Тема 4. Газовые законы в уравнениях реакций. Задачи на «избыток-недостаток».
Основные понятия, законы и формулы: закон сохранения массы веществ, закон Авагадро и следствия из него, нормальные условия, идеальный газ, закон Бойля-Мариотта, закон Гей-Люссака, закон Шарля, уравнение Менделеева-Клайперона.
На основе уравнения вычисляем сколько г и л углекислого газа образуется при полном сгорании 22,4л этана (88г; 44,8л). Приходим к выводу, что при неизменном давлении и температуре объёмы реагирующих и образующихся газов относятся между собой как коэффициенты в уравнении реакции.
2 C2H6 + 7 O2 - 4 CO2 + 6 H2O.
Вычисляем сколько г и л углекислого газа образуется, если для реакции дана смесь из 60г этана и 224л кислорода. В данном случае можно подсчитать
количество молей двух реагирующих веществ. Если исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении (т.е. без избытка-недостатка), то количества
их молей должны относиться как 2 к 7. Если же какого-либо вещества больше, то оно находится в избытке и прореагирует не полностью, тогда расчет надо вести по тому веществу, которое находится в недостатке и прореагирует полностью.
Решение:
n(C2H6)=m/M=60:30=2(моль); n(O2)=V/Vm=224:22,4=10(моль).
по условию:2 моль 10 моль х моль
2 C2H6 + 7 O2 - 4 CO2 + 6 H2O.
по уравнению: 2 моль7моль 4моль
Чтобы узнать что в недостатке обозначаем одно из данных за y и находим неизвестное.
по условию:y моль 10 моль
2 C2H6 + 7 O2 - 4 CO2 + 6 H2O.
по уравнению: 2 моль7моль
=> y=2.10:7=2,86(моль)- надо этана для реакции с 10 моль кислорода, а дали только 2 моль => этан в недостатке, расчеты делаем по нему.
х=2.4:2=4(моль); m(C2H6)=4.30=120(г); V(C2H6)=4.22,4=89,6(л).
После совместного решения ученики составляют самостоятельно условие задачи на избыток-недостаток, используя любое уравнение реакции этерификации, и решают её.
Решаем задачу:
Объем смеси метана с кислородом при н.у. равен 100 мл. После сгорания всего метана за счет находившегося в смеси кислорода и приведения к н.у. получено 50 мл новой газовой смеси. Определите объемы газов в смеси до реакции.
Решение:
CH4 + 2 O2 - CO2 + 2 H2O(ж)
Пусть х мл метана было в смеси, тогда кислорода (100-х)мл,
| CH4 | O2 | CO2 | |
| до р-ции | х мл | (100-х)мл | 0 мл |
| вз-ет | х мл | 2х мл | 0 мл |
| послер-ции | 0 мл | (100-х)-2х мл | х мл |
(100-х)-2х+х=50,х=25(мл) => V(CH4)=25 мл, V(O2)=75 мл.
Проверяем:по условию 25 мл 75 мл-избыток
CH4 + 2 O2 - CO2 + 2 H2O(ж)
по уравнению 1 мл2 мл 1 мл
| CH4 | О2 | CО2 | |
| до р-ции | 25 мл | 75 мл | 0 мл |
| вз-ет | 25 мл | 50 мл | 0 мл |
| послер-ции | 0 мл | 75-50=25 мл | 25мл |
V(смеси после р-ции)= V(смеси до р-ции) - V(газов вступивших в р-цию)+ +V( газов обр-ся после р-ции)=100-25-50+25=50(мл).
Составляем подобную задачу, включая в условие газовые законы.
Возьмем смесь, состоящую из 15л этана, 5л этена и 20л водорода.
по условию5л20л15л
C2H4+H2 - C2H6 ; C2H6- не вз-ет.
по уравнению 1л 1л 1л
| C2H4 | H2 | C2H6 | |
| до р-ции | 5 л | 20 л | 15 л |
| вз-ет | 5 л | 5 л | 0 л |
| послер-ции | 0 л | 20-5=15 л | 15+5=20л |
V(смеси после р-ции)= V(смеси до р-ции) - V(газов вступивших в р-цию)+ +V( газов обр-ся после р-ции)=40-5-5+5=35(л).
Пусть конечный объем смеси будет измерен при 270С и 0,5 атм.
Р0V0/T0=PV/T => V=P0V0T/T0P=1. 35.(27+273)/273.0.5=76,92(л);
Составляем условие задачи: к смеси этана и этена объемом 20л добавили столько же водорода. После реакции объем газовой смеси при 270С и 0,5 атм составил 76,92л. Определите объемы газов в смеси до реакции.
Решение: Пусть в исходной смеси было х л этена, тогда этана (20-х) л.
Вычисляем объем полученной после реакции смеси при н.у.:
Р0V0/T0=PV/T => V=PVT0/TP0=0,5.76,92.273/.(27+273).1=35(л).
C2H4+H2 - C2H6 ; C2H6- не вз-ет.
| C2H4 | H2 | C2H6 | |
| до р-ции | х л | 20 л | (20-х) л |
| вз-ет | х л | х л | 0 л |
| послер-ции | 0 л | (20-х) л | 20-х+х= 20 л |
( 20-х)+20=35; х=5(л)
или в данном случае, объем смеси после реакции изменяется за счет вступившего в реакцию водорода => 40-35=5(л) водорода, а соответственно и этена вступает в реакцию
После совместного решения ученики составляют самостоятельно условие подобной задачи, используя смеси в которых только одно вещество вступает в реакцию.
Тема 5. Задачи с использованием долей. Основные понятия, законы и формулы: массовые, молярные, объемные доли,
смеси, растворы, практическая доля выхода вещества в сравнении с теоретически возможным.
Решаем задачу на растворы, в которой происходит химическая реакция и концентрация веществ изменяется за счет вступления в химическую реакцию растворенного вещества, растворителя, выпадения осадка или выделения газа.
Металлический натрий массой 5,6 г добавили к 96% водному раствору этанола объемом 112,5 мл (0,8г/мл). Определите массовые доли веществ в растворе по окончании реакций.
Решение: т.к. условие задачи объемное, разбираем его на рисунке-схеме.
H2O H2 Na 5,6 г
C2H5OH96%;
112мл;
0,8 г/мл.
m(C2H5OH, р-р)=Vp=112,5.0,8=90(г); m(C2H5OH)=m(C2H5OH, р-р).w (C2H5OH)=90.0,96=86,4(г); n(C2H5OH)=m/M=86,4:46=1,8(моль).
m(H2O)= m(C2H5OH, р-р)- m(C2H5OH)=90-86,4=3,6(г); n(H2O)= m/M=3,6:18=0,2(моль).
n(Na)=m/M=5,6:23=0,24(моль).
по условию 0,24моль 0,2моль
2Na + 2H2O - 2NaOH + H2
по уравнению 2моль 2моль
избыток недостаток
| Na | H2O | NaOH | H2 | |
| до р-ции | 0,24моль | 0,2моль | 0 | 0 |
| вз-ет | 0,2моль | 0,2моль | 0 | 0 |
| послер-ции | 0,04моль | 0 | 0,2моль | 0,1моль |
по условию 0,04моль 1,8моль
2Na + 2C2H5OH - 2C2H5ONa + H2
по уравнению 0,04моль0,04моль
недостатокизбыток
| Na | C2H5OH | C2H5ONa | H2 | |
| до р-ции | 0,04моль | 1,8моль | 0 | 0 |
| вз-ет | 0,04моль | 0,04моль | 0 | 0 |
| послер-ции | 0 | 1,76 | 0,04моль | 0,02моль |
m(р-ра)=m(C2H5OH, р-р)+m(Na)-m(H2)=90+5,6-(0.02+0,1).2=95,36(г).
Т.е. после реакции в растворе:
m(C2H5OH)=n.M=1,76.46=80,96(г),
w (C2H5OH)=m(C2H5OH) / m(р-ра)=80,96:95,36=0,85;
m (C2H5ONa)= n.M=0,04.68=2,72(г),
w(C2H5ONa)= m (C2H5ONa)/ m(р-ра)=2,72:95,36=0,03;
w(NaOH)= 1- w (C2H5OH)- w(C2H5ONa)=1-0,85-0,03=0,12.
Далее ученики составляют и решают подобную задачу (подбираем раствор из которого в ходе реакции выпадает осадок).
В реальных химических процессах из-за различных потерь масса образующихся продуктов часто бывает меньше той, которая должна образовываться в соответствии с теоретическими расчетами т.е. необходимо учитывать выход продукта реакции от теоретически возможного (в тех задачах, где доля выхода продукта не указана, предполагается, что она равна теоретической).
Решаем задачу: В результате окисления 12,32г метанола и растворения образовавшегося альдегида в 224 мл воды был получен 3%-ный формалин. Определите массовую долю выхода продукта реакции.
Решение: т.к. условие задачи объемное, разбираем его на рисунке-схеме.
38
224мл H2O
CH3OH [O]CH2O
12,32г 3%
n(CH3OH)=m/M=12,32:32=0,385(моль);
n(CH2O)= n(CH3OH)= 0,385(моль), т.к. число атомов одинаково.
m(CH2O, теор.)=M n= 30.0,385=11,55(г)
m(H2O)=Vp=224.1=224(г), w(H2O)=100-3=97(%)
m(CH2O) – 3%, => x – 3%, => m(CH2O, прак.) =224.3:97= 6,93(г)
m(H2O) – 97%.224 – 97%
wвых.(CH2O)= m(CH2O,прак.)/ m(CH2O, теор.)= 6,93:11,55=0,6.