Расчёты, связанные с протеканием химических реакций

 

Задача 121. 
Смешано 7,3г НСI с 4,0г NH3. Сколько граммов NH4С1 образуется? Найти массу оставшегося после реакции газа.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

NH3 + HCl = NH4Cl                  

Молекулярные массы HCl, NH3 и NH4Cl соответственно равны 36,453, 17 и 53,453. Следовательно, их мольные массы составляют 36,453; 17; 53,453г/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль HCl реагирует с 1 моль NH3, образуя 1 моль NH4Cl. Находим, какое вещество взято в недостатке:  

формула вещества

В недостатке взято 0,2 моля HCl, значит, расчёт массы, образовавшейся соли NH4Cl, производим по количеству соляной кислоты:

m(NH4Cl) = 0,2. 53,453 = 10,69г.                             

Затем рассчитаем массу NH3, вступившего в реакцию с HCl:

m(NH3) = 0,2. 17 = 3,4г.                              

Ответ: 10,69г NH4Cl; 3,4г NH3.


Задача 122. 
Какой объем воздуха потребуется для сжигания 1м3 газа, имеющего следующий состав по объему: 50% Н2, 35% СН4, 8% СО, 2% С2Н4 и 5% негорючих примесей. Объемное содержание кислорода в воздухе равно 21%.
Решение:
Рассчитаем объём кислорода, необходимый для сжигания газов.

а) Уравнение реакции сгорания водорода:

2 + О2 = 2Н2О                       

Находим объём водорода, содержащегося в 1 м3 газа из пропорции:

формула вещества

Согласно уравнению реакции на сжигание 2 молей Н2 расходуется 1 моль О2 т. е. на сжигание 44,8 л водорода требуется 22,4 л кислорода. 

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

формула вещества

б)  Уравнение реакции сгорания метана:

СН4 + О2 = СО2 + 2Н2О                               

Находим объём метана, содержащегося в 1 м3 газа из пропорции:

формула вещества

Согласно уравнению реакции на сжигание 1 моль СН4 расходуется 2 моля О2 т. е. на сжигание 22,4 л метана требуется 44,8л кислорода. 

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

формула вещества

в)  Уравнение реакции горения угарного газа:

2CO + O2 = 2CO2                                

Находим объём угарного газа, содержащегося в 1м3 газа из пропорции:

формула вещества

Согласно уравнению реакции на сжигание 2 молей СО расходуется 1 моль О2 т. е. на сжигание 44,8 л угарного газа требуется 22,4 л кислорода. 

Находим объём расходуемого кислорода из пропорции:

формула вещества

г)  Уравнение реакции горения этилена:

C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O                         

Согласно уравнению реакции на сжигание 1 моль С2Н4 расходуется 3 моль О2, т.е. затрачивается в три раз больший объём кислорода, чем этилена.

Находим содержание этилена в 1 м3 газа из пропорции:

формула вещества

Кислорода для сжигания этилена требуется в три раза больше по объёму, чем этилена, а именно 60 л (20 . 3 = 60). 

Теперь находим общий объём кислорода, затраченный на сжигание 1 м3 газа:

V(O2) = 250 + 700 + 40 + 60 = 1050 л.                              

Рассчитаем объём воздуха, содержащий 1050 л кислорода из пропорции

формула вещества

Ответ: 5 м3


Задача 123. 
При пропускании водяного пара над раскаленным углем получается водяной газ, состоящий из равных объемов СО и Н2. Какой объем водяного газа (условия нормальные) может быть получен из 3,0 кг угля?
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

C(к) + H2О(г) = СО(г) + Н2(г)                           

Согласно уравнению реакции из одного моля угля и одного моля воды образуется «водяной газ», состоящий из одного моля угарного газа и одного моля водорода. Мольная масса углерода равна 12 кг/кмоль; 1 кмолоь «водяного газа» занимает объём 44,8 м3.

Рассчитаем объём водяного газа, образуемого из 3 кг угля из пропорции:

формула вещества                 

 Ответ: 11,2м3.


Задача 124. 
Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и СО2. Какая масса природного известняка, содержащего 90% (масс.) СаСО3, потребуется для получения 7,0т негашеной извести?
Решение:
Уравнение протекающей реакции: 

СаСO3 изменение массы CaO + CO2                       

Молекулярные массы СаСО3 и СаО соответственно равны 100 и 56, следовательно, их мольные массы составляют 100 и 56 г/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль СаСО3 образует 1 моль СаО. Находим теоретический выход негашёной извести из пропорции: 

формула вещества

Находим массу природного известняка из пропорции: 

формула вещества

Ответ: 13,9т.


Задача 125. 
К раствору, содержащему 6,8г АIСl3, прилили раствор, содержащий 5,0г КОН. Найти массу образовавшегося осадка.
Решение:
Уравнение протекающей реакции: 

АIСl3 + 3КОН = Al(OH)3↓ + 3H2O                          

Мольные массы АlCl3, KOH и Al(OH)3 соответственно равны 133,34; 56 и 78 г/моль. Рассчитаем количество реагирующих веществ по формуле: 

формула вещества

Где  n - количество вещества, моль; m(B) – масса вещества, г; M(B) – мольная масса, г/моль. 
Отсюда 

формула вещества

Согласно уравнению реакции 1 моль AlCl3 реагирует с 3 моль КОН с образованием 1 моль Al(OH)3, т.е. КОН должно 0,15 моль (0,05 . 3 = 0,15), чем взято по условию задачи (0,09 моль). Таким образом, КОН взят в недостатке, поэтому расчёт массы Al(OH)3 проводим по КОН, получим: 

формула вещества

Ответ: 2,3г


Задача 126. 
Через раствор, содержащий 7,4г гидроксида кальция, пропустили 3,36л диоксида углерода, взятого при нормальных условиях. Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид: 

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ +  H2O                             

Молекулярные массы Са(ОН)2 и СаСО3 соответственно равны 74 и 100, следовательно, их мольные массы составляют 74 и 100г/моль. Согласно уравнению реакции из 1 моль Са(ОН)2 и 1 моль СО2 образуется 1 моль СаСО3. Рассчитаем количество реагирующих веществ по формуле 

формула вещества

Где  n - количество вещества, моль; m(B) – масса вещества, г; M(B) – мольная масса, г/моль. 

Отсюда 

формула вещества

Следовательно, СО2 взят в избытке и поэтому расчёт массы образовавшегося СаСО3 будем проводить по Са(ОН)2

Тогда 

m(CaCO3) = n(CaCO3) . M(CaCO3) = 0,1 . 100 = 10 г.                                

Ответ: 10 г.


Задача 127. 
Рассчитать массу кристаллогидрата Cu(NO3) .2O, полученного растворением 10 г меди в азотной кислоте и последующим выпариванием раствора.
Решение:
Уравнение протекающей реакции: 

3Сu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑  + 4H2O                              

Мольные массы Cu и Cu(NO3)2 соответственно равны 63,55 и 187,55 г/моль. Согласно уравнению реакции из 3 моль Cu образуется 3 моль Cu(NO3)2. Рассчитаем массу Cu(NO3)2, образующуюся при растворении 10 г меди в азотной кислоте: 

формула вещества

Находим мольную массу кристаллогидрата нитрата меди: 

M[(Cu(NO3)2) . 3H2O] = 187,55 + (3 . 18) = 214,55г/моль.                              

Рассчитаем массу образовавшегося кристаллогидрата меди: 

формула вещества

Ответ: 38г


Задача 128. 
При обработке раствором гидроксида натрия 3,90г смеси алюминия с его оксидом выделялось 840 мл газа, измеренного при нормальных условиях. Определить процентный состав (по массе) исходной смеси.
Решение:
Уравнения протекающих реакций: 

формула вещества

Следовательно, водород образуется при растворении алюминия в растворе щёлочи Согласно уравнению реакции из 2 моль Al (2 . 27 = 54 г) образуется 3 моль Н2 или 67,2л (3 . 22,4 = 67,2). Рассчитаем массу алюминия в смеси из пропорции: 

формула вещества

Теперь находим процентное содержание алюминия в смеси по формуле:  

формула вещества

Гдемассовая доля(B) - массовая доля вещества (В) в процентах, %; m(B)  - масса вещества (В) в смеси, г; m(смеси)  - масса смеси веществ, г.

Тогда 

формула вещества

Ответ: 17,3%.


Задача 129. 
5,10 г порошка частично окисленного магния обработали соляной кислотой. При этом выделилось 3,74л Н2, измеренного при нормальных условиях. Сколько процентов магния (по массе) содержалось в образце?
Решение:
Уравнение протекающей реакции:

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑          

Мольная масса Mg равна 24,312 г/моль, мольный объём газа равен 22,4 л/моль. Согласно уравнению реакции 1 моль магния выделяет 1 моль водорода. Рассчитаем массу магния, которая растворилась в кислоте из пропорции:

формула вещества

Процентный состав магния в образце определяем из пропорции:

формула вещества

Ответ: 79,6%.