Расчет массы и количество веществ в растворах и при химической реакции

 

 

Расчет масы полученного вещества при химической реакции

 

Задача 237.
При взаимодействии 35 г метана с 5,6 дм3 (н. у) хлора на свету получили хлорметан. Рассчитать массу полученного хлорметана.
Решение:
Дано:
m(CH4 )= 35 г;
М(CH4 )= 16 г/моль;
V(Cl2) = 5,6 дм3;
M(CH3Cl) = 50,5 г/моль;
Найти:
m(CH3Cl) = ?
Решение:
1. Рассчитаем количество метана, получим:

n(CH4) = m(CH4)/M(CH4) = 35/16 = 2,2 моль.

2. Рассчитаем количество хлора, получим:

n(Cl2) = V(CH4)/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 моль.

Уравнение реакции имеет вид:

CH4 + Cl2  (hv) → CH3Cl + HCl

Из уравнения реакции вытекает, что на образование 1 моль хлорметана требуется по 1 молю метана и хлора, т.е. n(CH3Cl) = n(CH4) = n(Cl2).

Так как хлор взят в недостатке, а метан в избытке, то расчет массы хлорметана ведем по хлору [n(CH4) > n(Cl2), 2,2 моль > 0,25 моль, т.е. n(Cl2) = n(CH3Cl) = 0,25 моль.

Тогда

m(CH3Cl) = n(CH3Cl) . М(CH3Cl) = 0,25 . 50,5 = 12,6 г.

Ответ: m(CH3Cl) = 12,6 г.
 


Задача 238.
Вычислите минимальную массу (в граммах) цинковой пыли, необходимую для полного восстановления в кислом растворе 1,23 г нитробензола. Считать, что реакция протекает с выходом 100%.
Решение:
М(C6H5NO2) = 123 г/моль;
М(Zn) = 65,4 г/моль;
m(Zn) = ?
Вычисление количества нитробензола:

n(C6H5NO2) = m(C6H5NO2)/М(C6H5NO2) = 1,23 г/123 г/моль = 0,01 моль.

Уравнение реакции имеет вид:

C6H5NO2 + 3Zn + 7HCl = C6H5NH2 + 3ZnCl2 + H2O

Из уравнения реакции вытекает, что на восстановление 1 моля нитробензола затрачивается 3 моля цинка, т.е.
n(C6H5NO2) = 3n(Zn).

Тогда

m(Zn) = 3n(C6H5NO2) . M(Zn) = 3 . 0,01 . 65,4 = 1,96 г.

Ответ: m(Zn) = 1,96 г.
 


Задача 239.
Определить массу марганца, который можно получить в результате взаимодействия 52,2 г оксида марганца (IV) с 25 г алюминия. Какая масса оксида алюминия образуется в результате этой реакции?
Решение:
m(MnO2) = 52,2 г;
m(Al) = 25 г;
M(MnO2) = 87 г/моль;
M(Al2O3) = 102 г/моль 
M(Mn) = 55 г/моль;
m(Al2O3) = ?
m(Mn) = ?
Уравнение реакции:

3MnO2 + 4Al = 2Al2O3 + 3Mn

Из уравнения реакции следует, что 3 моль MnO2 реагирует с 4 моль Al с образованием 2 моль Al2O3 и 3 моль Mn. Значит, 3n(MnO2) = 3n(Mn) = 4n(Al) = 2n(Al2O3).
Рассчитаем количества MnO2 и Al по условию задачи, получим:

n(MnO2) =  m(MnO2)/M(MnO2) = 52,2/87 = 0,6 моль;
n(Al) = m(Al)/M(Al) = 25,27 = 0,9 моль.

Соотношение n(MnO2) - n(Al) = 0,6 моль : 0,9 моль = 3 : 4,5, а должно быть 3 : 4, значит, Al взят в избытке, поэтому  расчеты масс  Mn и Al2O3 будем вести по MnO2.

Так как 

2n(Al2O3) = 3n(MnO2); 
n(Al2O3) = 3/2n(Al2O3) = 3/20,6 = 0,4 моль;
3n(Mn) = 3n(MnO2) = 0,6 моль.

Тогда

m(Al2O3) = n(Al2O3) . М(Al2O3) = 0,4 . 102 = 40,8 г.
m(Mn) = n(Mn) . M(Mn) = 0,6 . 55 = 33 г.

Ответ: m(Al2O3) = 40,8 г; m(Mn) = 33.
 


Расчет массы вещества в растворе

 

Задача 240.
Молярная концентрация глюкозы в крови здорового человека менее 0,007 моль/л. Рассчитайте массу глюкозы на литр цельной крови человека. Ответ округляется до ближайшего целого числа!
Решение:
M(глюкоза) = 180 г/моль;
См(глюкоза) = 0,007 моль/л;
m(глюкоза) = ?
Рассчитаем массу глюкозы в 1 л крови человека по формуле:
m(B) = Cм(В) * М(В), где
m(B) - масса вещества, г;
Cм(В) - молярная концентрация вещества, моль/л;
М(В) - молярная масса вещества.
Тогда
m(глюкоза) = Cм(глюкоза) . М(глюкоза) = 0,007 моль/л . 180 г/моль = 1,26 г/л.

Ответ: 1,26 г/л.
 


Сплавлени е гидроксида калия с гидроксидом цинка

 

Задача 241.
Какое количество вещества моль воды образуеься при сплавлении гидроксида калия массой 5,6 г с гидроксидом цинка массой 9,9 г.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

2KOH + Zn(OH)2 = K2ZnO2 + 2H2O

Из уравнения реакции следует, что из 2 моль KOH и 1 моль Zn(OH)2 образуется 2 моль Н2О,
т.е. n(KOH) = 1/2n[Zn(OH)2] = n(H2O).
Рассчитаем количества гидроксида калия и гидроксида цинка, получим:
  
n(ΚΟΗ) = m/M = 5,6/56 = 0,1 моль;
n[Ζn(OH)2]=m/M=9,9/99=0,1 моль.

Так как по условию реакции гидроксида калия требуется в два раза больше, мем гидроксида цинка, а по рассчетам взято
nКОН = Zn(OH)2, то количество воды считаем по недостатку гидроксида калия.

Тогда

n(H2O) = n(KOH) = 0,1 моль.
 
Ответ: n(H2O) = 0,1 моль.

 


Мольная доля вещества. Расчет соотношения веществ растворе


Задача 242.
В 1 литре воды при 0 °C может раствориться 5 л кислорода. Рассчитайте соотношение молекул воды и растворённого в воде кислорода при этих условиях. Плотность воды равна 1 г/см3.
Решение:
р(Н2О) = 1 г/см3;
m(H2O) = 1000 г;
V(O2) = 5 л;
Vm = 22,4 л/моль;
М(Н2О) = 18 г/моль.
Мольная доля (Ni) – отношение количества растворённого вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, находящихся в растворе. В системе, состоящей из воды и кислорода, мольная доля воды равнa:

Ni(H2O)  = n(H2O)/[n(H2O) + n(O2)].
 
Мольная доля кислорода равна: 

Ni(О2) = n(О2)/[n(H2O) + n(O2)].

Рассчитаем количество воды  и кислрода в системе, получим:

n(H2O) = 1000/18 = 55,556 моль;
n(O2) = 5/22,4 = 0,223 моль.

Теперь рассчитаем мольные доли веществ, получим:

Ni(H2O)  = n(H2O)/[n(H2O) + n(O2)] = 55,556/(55,556 + 0,223) = 4,484;
Ni(О2) = n(О2)/[n(H2O) + n(O2)] = 0,223/(55,556 + 0,223) = 0,018.

Таким образом, соотношение молекул воды и растворённого в воде кислорода равно -

Ni(H2O) : Ni(О2) = 4,484 : 0,018 = 26,889 : 1 ≈ 27 : 1, т.е. в 1 литре воды при 0 °C на 27 молекул воды приходится одна молекула кислорода.