Составление уравнений химических реакций и расчетов по уравнениям

 
Вычисление массы оксида алюминия

Задача 276.
Вычислить массу оксида аллюминия, полученного при взаимодействии 10 г аллюминия с кислородом.
Решение:
М(Al) = 27 г/моль;
М(Al₂O₃) = 102 г/моль;
m(Al) = 10 г;
m(Al₂O₃) = ?
Уравнение реакции имеет вид:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

Из уравнения реакции вытекает, что из 4 моль алюминия получается 2 моль оксида алюминия,
т.е. 4nAl = 2n(Al₂O₃) или n(Al₂O₃) = 1/2n(Al). 

Рассчитаем количество алюминия, содержащееся в 10 г, получим:

n(Al) = m(Al)/М(Al) = 10/27 = 0,37 моль.
Тогда
n(Al₂O₃) = 1/2n(Al) = 0,37/2 = 0,185 моль.

Рассчитаем массу оксида алюминия, получим:

m(Al₂O₃) = n(Al₂O₃) ^. М(Al₂O₃) = 0,185 ^. 102 = 18,87 г ≈ 19 г.

Задачу можно решить и так

 _{10 г                       х г}
4Al   +   3O₂ =    2Al₂O₃
^{(4.27) г                 (2.102) г}
Рассчитаем массу оксида алюминия из пропорции:

(4^.27) : (2^.102) = 10 : х
х = [10 ^. (2 ^. 102)]/(4 ^. 27) = 18,88 г ≈ 19 г.

Ответ: 19 г.
 

Реакция молибдата аммония с соляной кислотой. Молибденовая синь

Задача 277.
Напишите уравнение реакции молибдата аммония (аммоний молибденовокислый1) с раствором соляной кислоты. Что такое молибденовая синь и на чем основано ее применение в аналитической химии?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

(NH₄)₂MoO₄  +  HCl + SnCl₂ = MoO₂ + SnCl₄ + NH₄Cl + H₂O.

Уравнения полуреакций:

Sn²⁺ - 2e- = Sn⁴⁺, E^o = +0,151 B; 
MoO₄^2- + 4H⁺ + 2e- = MoO₂ + 2H₂O, E^o = +0,606 B.

Составляем ионно-молекулярные и молекулярные формы процессов, получим:

Sn²⁺ + MoO₄^2- + 4H⁺ = Sn⁴⁺ + MoO₂ + 2H₂O (ионно-молекулярная форма);
(NH₄)₂MoO₄  +  4HCl + SnCl₂ = MoO₂ + SnCl₄ + 2NH₄Cl + 2H₂O (молекулярная форма).

Молибденовая синь, молибденсодержащее вещество ярко-синего цвета; образуется при действии восстановителей (SO₂, H₂S, Zn, глюкоза и др.) на растворы молибденовой кислоты или кислые растворы молибдатов.
Молибденовая синь состоит из смеси оксидов молибдена состава MoO_2,6 - MoO_2,93(получают молибденовую синь в виде аморфных осадков различного состава, например Mo₈O₂₃^. H₂O, Mo₄O₁₁^. H₂O и др).  Утверждение - что молибденовая синь состоит из MoO₃^.Mo₂O₅ является подобно утверждению - вода состоит из молекул Н₂О, скорее (Н₂О)х или Н_хО_у. Равно как и валентность железа равна 2 или 3. Все это принято для удобства расчетов.

PS. Молибденовая синь применяется для определения различных восстановителей, так как очень чувствительная реакция - образуется яркое синее окрашивание раствора. Используется в качестве микроудобрений.
1Аммоний молибденовокислый (молибдат аммония) — неорганическое соединение, соль аммония и молибденовой кислоты с формулой (NH₄)₂MoO₄, бесцветные кристаллы, гидролизуется водой. Молибдат аммония образует бесцветные кристаллы, не растворимые в этаноле и ацетоне, в водных растворах подвергается полному гидролизу. Образует кристаллогидрат с 4-мя молекулами воды (NH₄)₆Mo₇O₂₄^.4H₂O. На воздухе кристаллы постепенно выделяют аммиак и «испаряются». При нагревании разрушается. 

Есть и такой вариант решения этой задачи:

(NH₄)MoO₄ + HCl + SnCl₂ = Mo₂O₅ + SnCl₄ + NH₄Cl + H₂O

2MoO₄^2- + 6H⁺ + 2e- = Mo₂O₅ + 3H₂O, E^o = ?.

Уравнения полуреакций:

Sn²⁺ - 2e = Sn⁴⁺, E^o = +0,151 B; 
2MoO₄^2- + 6H⁺ + 2e- = Mo₂O₅ + 3H₂O, E^o = ?.

Составляем ионно-молекулярные и молекулярные формы процессов, получим:

Sn²⁺ + 2MoO₄^2- + 6H⁺ = Sn⁴⁺ + Mo₂O₅ + 3H₂O (ионно-молекулярная форма);
2(NH₄)₂MoO₄  +  6HCl + SnCl₂ = Mo₂O₅ + SnCl₄ + 4NH₄Cl + 3H₂O (молекулярная форма).
 

Расчет нормальности кислоты

Задача 278.
На 0,38 г Na₂B₄O₇^.10H₂O израсходовано 20,50 мл HCl, какая нормальность у кислоты, как это вычислить?
Решение:
m(Na₂B₄O₇^.10H₂O) = 0,38 г;
М(Na₂B₄O₇^.10H₂O) = 201,22 г/моль;
V(HCl) = 20,50 мл = 0,02050 л;
Cн(HCl) = ?
Уравнение реакции имеет вид:

Na₂B₄O₇^.10H₂O + 2HCl ⟶ 4H₃BO₃ + 2NaCl + 5H₂O⋅

Из уравнения реакции вытекает, что 1 моль Na₂B₄O₇^.10H₂O реагирует с 2 моль HCl,
т.е. n(HCl) = 2n(Na₂B₄O₇^.10H₂O).
n(Na₂B₄O₇ ^. 10H₂O) = m(Na₂B₄O₇ ^. 10H₂O)/М(Na₂B₄O₇ ^. 10H₂O) = 0,38/201,22  = 0,0019 моль.

Тогда

n(HCl) = 2n(Na₂B₄O₇ ^.10H₂O) = 2 ^. 0,0019 = 0,0038 моль.

Рассчитаем молярную концентрацию НС1 в растворе:

Cн(HCl) = n(HCl)/V(HCl) = 0,0038/0,02050 = 0,185 моль/л.

Ответ: Cн(HCl) = 0,185 моль/л.
 

Дипольные моменты пропионового и акрилового альдегидов

Задача 279.
Объясните, почему отличаются значения дипольных моментов пропионового (9,1^.10^-30 Кл·м) и акрилового (10,14^.10^-30 Кл·м) альдегидов
Решение:
Дипольный момент молекулы рассчитывается по формуле:

μ = g ^. l, где

μ - дипольный момент молекулы, D (1D = 3,33 ^. 10^-30 Кл . м) ;
g - абсолютное значение заряда электрона, 1,60 ^. 10^-19 Кл;
l - расстояние между центрами положительного и отрицательного зарядов в диполе, м.

Отсюда

l = μ/g;
l(CH₃CH₂COH) = 9,1^·10^-30 Кл·м/1,60 . 10-19 Кл = 5,7 ^. 10^-11 м;
l(CH₂CH₂COH) = 10,14^·10^-30  Кл·м/1,60 ^. 10^-19 Кл = 6,3 . 10^-11 м.

Расстояние (l)  между центрами положительного и отрицательного зарядов в диполе молекулы пропионового альдегида больше чем в молекуле акрилового альдегида, поэтому и наблюдается большее значение (μ) в пропанале нежели в пропенале.

Для пояснения:
1. Дипольный момент молекулы - экспериментальная величина, берется из соответствующих специальных таблиц.
2. Изменение типа связи сопровождается изменением ее длины. Например, lС-С≈0,154 нм, lС=С≈0,134 нм, а lС≡С ≈0,120 нм. Экспериментальное определение длины связи дает информацию о типе связи.
 

Сверхтяжелая вода

Задача 280.
На земле имеется всего 2 кг триттия. Определите какое количество вещества Т₂ моль и число атомов Т (трития) соответствует этой массе. Какую массу в г сверхтяжелой воды можно получить из 1 г Т₂?
Решение:
m(T₂) = 2 кг = 2000 г;
Ar(T) = 3,016 г/моль;
М(T₂) = 6,032 г/моль;
N(A) = 6,022 ^⋅ 10²³ атомов;
n(T₂) = ?
N(T₂) = ?
1. Рассчитаем количество трития на Земле

n(T₂) = m(T₂)/М(T₂) = 2000/6,032 = 331,565 моль.

2. Рассчитаем число атомов трития на Земле

N(T₂) = n(T₂) ^. N(A) = 331,565 ^. 6,022 ^⋅ 10²³ = 1996,684 ^. 10²³ ≈ 2 ^. 10²⁶ атомов.
 

Гидроксид магния и гидроксид алюминия

Задача 281.
К растворам солей магния и алюминия добавили раствор хлорида бария. В обоих случаях образовался белый осадок. При добавлении по каплям к другим порциям растворов этих же солей разбавленного раствора гидроксида натрия наблюдали образование белых осадков, один из которых при добавлении избытка раствора гидроксида натрия растворился. Напишите уравнения соответствующих реакций.
Решение:
1. Так как раствор хлорида бария добавили к растворам солей магния и алюминия, и, при этом, в обоих случаях образовался белый осадок, то можно предположить, что исходные растворы - сульфаты магния и алюминия, потому что ионы Ва²⁺ с ионами белый осадок SO₄^2- сульфата бария BaSO₄:

MgSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + MgCl₂;
Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ = 3BaSO₄↓ + 2AlCl₃.

2. При добавлении по каплям к растворам сульфата магния и сульфата алюминия разбавленного раствора гидроксида натрия в обоих случаях наблюдали образование белых осадков нерастворимых гидроксидов магния и алюминия:

MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄;
Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Al(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄.

3. Если к осадкам гидроксидов магния и алюминия добавить избыток гидроксида натрия, то будет наблюдаться растворение гидроксид алюминия, потому что в избытке гидроксида натрия гидроксид алюминия растворяется:

Al(OH)₃ + NaOH ⟶ Na[Al(OH)₄].

Гидроксид магния не растворяется в щелочах при комнатной температуре.