ChemNet
 

Сорокин В.В., Загорский В.В., Свитанько И.В.Задачи химических олимпиад.

2.2.2. Расчеты с учетом избытка одного из реагентов

Во всех предыдущих задачах непременным являлось одно из условий: либо одно из веществ (А или В), реагирующих по уравнению aA + bB = cC + dD, находилось в избытке, либо вещества были взяты в эквивалентных количествах.

Как быть, если одновременно даны массы веществ А и В: m(А) и m (В)? По какому из веществ вести расчет? Совершенно очевидно, что расчет необходимо вести по тому веществу, которое израсходуется полностью, т. е. находится в недостатке; второе вещество прореагирует частично и избыток его останется.

Условие задачи можно сформулировать следующим образом. "Смешали вещество А массой m(А) с веществом В массой m(В); произошла реакция, образовались вещества С и D. Требуется для вещества С найти массу т(С)".

В общем виде предполагается следующее решение. Количество вещества A: nu.lc.gif (53 bytes)(A) = m(A)/M(А) моль, а количество вещества В: nu.lc.gif (53 bytes)(B) = m(B)/M(B) моль. Согласно уравнению реакции а моль вещества А реагирует с b моль вещества В, т. е. если nu.lc.gif (53 bytes)(A)/nu.lc.gif (53 bytes)(B)>a/b, то В - в недостатке, а если nu.lc.gif (53 bytes)(A) / nu.lc.gif (53 bytes)(B)< a/b, то А — в недостатке.

Пример 1. К раствору, содержащему 20 г гидроксида натрия, прибавили 70 г 30%-го раствора азотной кислоты. Какой цвет будет иметь лакмус в полученном растворе?

Решение.

NaOH + HNO3 = NaNO3 + Н2О
1 моль 1 моль

20 г NaOH составляют 0,5 моль; 70 г 30%-го раствора НМО3 содержит 70 times.gif (49 bytes) 0,3 = 21 (г) кислоты, что составляет 0,33 моль. Таким образом, гидроксид натрия содержится в избытке (0,5>0,33). Полученный раствор будет иметь щелочную реакцию и лакмус окрасится в синий цвет.

Пример 2. Газообразный предельный нециклический углеводород объемом 224 мл (н. у.) сожгли и продукты растворили в 1 л 0,148 %-й известковой воды (плотность 1,0 г/мл). При этом было получено 1,0 г осадка. Определите молекулярную формулу углеводорода.

Решение. Уравнения происходящих реакций:

 Image320.gif (1955 bytes)

Раствор известковой воды содержал  Image321.gif (524 bytes) или Image322.gif (662 bytes)

Осадок -1,0 г СаСОз составляет 1,0/100 = 0,01 (моль) СаСО3.

Предполагаем два варианта решения задачи:

1) Са(ОН)2 - в избытке, тогда на осаждение СаСО3 потребовалось 0,01 моль СО2, т. е. v(CO2) = 0,01 моль, а СnН2n+2 также взято 0,224/22,4  = 0,01 моль, следовательно n=1; СnН2n+2 — метан: СН4;

2) Са(ОН)2 - в недостатке, когда осадок массой 0,1 г является результатом двух реакций - осаждения и частичного растворения по уравнению  nСаСО3 +  nСО2 + nН2О = nСа(НСО3)
При осаждении получается 0,02 моль СаСО3, остается 0,01 моль СаСО3, т. е. 0,01 моль СаСО3 вступило в последнюю реакцию. Рассчитаем количество СO2:

а) для осаждения:

kCO2rarrow.gif (63 bytes) kCa (OH)2  rarrow.gif (63 bytes) kCaCO3
v x 0,02 моль 0,02 моль;

x = 0,02 моль;

б) для растворения:

Image323.gif (1357 bytes)

y = 0,01 моль

 

Всего nСО2 - 0,03 моль,
CnH2n+2 - CO2,
0,01 моль 0,03 моль
n =3, т. e. пропан (С3Н8).

Задачи

1. Какая минимальная масса (г) кислорода необходима для полного сгорания 32 г серы? Выберите правильный ответ:
а ) 16; б) 22; в) 28; г) 32.

2. В качестве азотных удобрений можно применять нитрат аммония NH4NO3 и карбамид (NH2)2CO. 1 кг карбамида стоит а рублей, а 1 кг нитрата аммония - b рублей, причем а>b. Считая, что растения усваивают азот полностью, определите, при каком соотношении а : b применение нитрата аммония станет более выгодным.

3. Оксид меди (II) массой 8 г обработали 20 мл 4,9%-го раствора серной кислоты (плотность 1,03 г/см3). Полученный раствор отфильтровали, фильтрат упарили при 100o С. Какое вещество было получено? Какова его масса?

4. Какой объем (л) оксида углерода (IV), измеренный при н. у., выделится при взаимодействии 1,8 г гидрокарбоната калия с 65 г 10%-и серной кислоты?

5. Смесь аммиака и кислорода объемом 28 л прореагировала в присутствии катализатора. После реакции осталось б л кислорода. Определите состав исходной смеси. Измерения проводились при одинаковых условиях.

6. Определите массовую долю (в процентах) вещества в растворе, полученном при сливании mi г раствора гидроксида бария с массовой долей с1 (%) и m2 г раствора серной кислоты с массовой долей c2 (%).

7. Какую массу (г) бертолетовой соли надо разложить термически, чтобы полученного кислорода хватило для полного сгорания 18 г глюкозы. Какой объем будет занимать газообразный продукт сгорания глюкозы при нормальных условиях?

8. Гексен-1 массой 8,4 г смешали со 120 г 10%-го раствора брома в тетрахлориде углерода. Определите количественный состав полученного раствора.

9. В однолитровую склянку, содержащую 100 мл 10%-й соляной кислоты, при t = 21o С было помещено 3,25 г цинка, после чего склянка была тотчас закупорена. Какое давление установится в склянке после окончания реакции, если температура не меняется (плотность кислоты принять равной 1 г/см3, начальное давление ро = 1 атм, а изменением объема жидкости и твердого вещества можно пренебречь).

Решения

1. S + 02 =SO2. Ответ: г) 32 г.
Mr 32 32

2. Применение нитрата аммония будет экономически оправданным тогда, когда часть стоимости, приходящейся на содержащийся в нем 1 кг азота, меньше стоимости 1 кг азота из (NH2)2CO. Стоимость 1 кг азота из нитрата аммония равна

Стоимость 1 кг азота, содержащегося в карбамиде, равна

 Image325.gif (782 bytes)

Применение нитрата аммония становится более выгодным при соотношении

Image326.gif (732 bytes)

3.CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

8 г СuО составляют 8/80 = 0,1 моль, Image327.gif (499 bytes) H2SO4 составляют 0,0103 моль.

Таким образом, серная кислота содержится в недостатке. Было получено 0,0103 моль CuSO4. При упаривании образовался медный купорос: CuSO4times.gif (49 bytes)5H2O массой 0,0103times.gif (49 bytes)(160+90) =2,575 (г).

4. H2SO4 + KHCO3 = KHSO4 + CO2uarrow.gif (63 bytes) +H2O.
1,8 г KHCO3  составляют 1,8/100 = 0,018 моль,
65 г 10%-й H2SO4 содержат 6,5 г кислоты, что составляет 0,066 моль. Таким образом, гидрокарбонат калия находится в недостатке. Из 0,018 моль KHCO3   получится 0,018 моль СО2, что при н. у. соответствует 22,4-0,018 = 0,4 (л).

Image328.gif (1544 bytes)

суммарное уравнение реакции: 4NH3 + 7O2 rarrow.gif (63 bytes) 4NO2 +  6Н2О. Осталось 6 л, значит в реакцию вступило 28-6 = 22 л смеси, причем объемы прореагировавших NH3 и О2 относятся как 4 : 7. Таким образом, в реакцию вступило 8 л NH3 и 14 л О2. Исходная смесь содержит 8 л аммиака и 20 л кислорода.

6. Уравнение реакции:

Ba(OH)2 + H2SO4  = BaSO4 + 2H2O.

В m1 г раствора Ва (ОН)2 находится Image329.gif (248 bytes) илиImage330.gif (250 bytes) моль основания. В растворе H2SO4 находится

Image333.gif (259 bytes), или  Image331.gif (217 bytes) моль кислоты. Если     Image332.gif (471 bytes), то в растворе останется

Image335.gif (2113 bytes).

Если Image336.gif (461 bytes),   то в растворе останется Ва(ОН)2:

Image337.gif (2128 bytes)

7. С6Н12O6 + 6O2 = 6СO2 + 6Н2О

x л

С6Н12O6 + 6O2 = 6СO2 + 2О
Мг 180
180 г---

6times.gif (49 bytes)22,4 л

18 г----

х л,

x = 6times.gif (49 bytes)22,4 = 13,44 л О2

Газообразным продуктом при н. у. будет только оксид углерода(IV), объем его равен объему прореагировавшего кислорода - 13,44 л.

МnО2

2КСlО3

rarrow.gif (63 bytes)

2КСl + 3O2

2times.gif (49 bytes)122,5

3times.gif (49 bytes)22,4 л

x г

------

------- 13,44 л

x = 49 г.

8.

8,4 г гексена-1 составляют 0,1 моль, 120 г 10%-го раствора Вr2 содержат 120-0,1 = 12 г Вr2, или 0,075 моль.
Таким образом, гексен-1 содержится в избытке. Было получено 0,075 моль продукта присоединения. Масса полученного 1,2-дибромгексана составляет: 244-0,075 = 18,3 г.

9. Zn+2HCl = ZnCl2 + H2t;

на 65 г Zn требуется 2-36,5 г кислоты,
на 3,25 г Zn — ” — х г — ” — ,
д; = 3,65 г НС1.

Раствор содержит НСl, т. е. кислота в избытке. 3,25 г Zn составляют 0,05 моль. Таким образом, выделится 0,05 моль Н2.

Общее давление в склянке после реакции: 1 + 1,33 =   2,33 атм.




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору