Вывод химических формул и расчеты по уравнениям реакций

Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества. Различают формулы простейшие и молекулярные. Простейшая формула выражает наиболее простой возможный атомный состав молекул вещества, соответствующий отношениям масс между элементами, образующими данное вещество. Молекулярная формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле (для веществ молекулярного строения).

Для вывода простейшей формулы вещества достаточно знать его состав и атомные массы образующих данное вещество элементов.

П р и м е р 8. Определите формулу оксида хрома, содержащего 68,4 % хрома.

Решение Обозначим числа атомов хрома и кислорода в простейшей формуле оксида хрома соответственно через x и y. Формула оксида CrхOy. Содержание кислорода в оксиде хрома 31,6 %.

Тогда:

x: y = 68,4/52: 31,6/16 = 1,32: 1,98.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим полученные числа на меньшее число:

x: y = 1,32/1,32: 1,98/1,32 = 1: 1,5,

а затем умножим обе величины последнего отношения на два:

x: y = 2: 3.

Таким образом, простейшая формула оксида хрома Cr2O3.

П р и м е р 9. При полном сжигании некоторого вещества массой 2,66 г образовались СО2 и SO2 массами 1,54 г и 4,48 г соответственно. Найдите простейшую формулу вещества.

Решение: Состав продуктов горения показывает, что вещество содержало углерод и серу. Кроме этих двух элементов, в состав его мог входить и кислород.

Массу углерода, входившего в состав вещества, найдем по массе образовавшегося СО2. Мольная масса СО2 равна 44 г/моль, при этом в 1 моле СО2 содержится 12 г углерода. Найдем массу углерода m, содержащуюся в 1,54 г СО2:

44/12 = 1,54/m; m = 12•1,54/44 = 0,42 г.

Вычисляя аналогично массу серы, содержащуюся в 4,48 г SO2, получаем 2,24 г.

Так как масса серы и углерода равна 2,66 г, то это вещество не содержит кислорода и формула вещества СхSy:

х: y = 0,42/12: 2,24/32 = 0,035: 0,070 = 1: 2.

Следовательно, простейшая формула вещества СS2.

Для нахождения молекулярной формулы вещества необходимо, кроме состава вещества, знать его молекулярную массу.

П р и м е р 10. Газообразное соединение азота с водородом содержит 12,5 % (масс.) водорода.Плотность соединения по водороду равна 16. Найдите молекулярную формулу соединения.

Решение: Искомая формула вещества NхHу:

x: y = 87,5/14: 12,5/1 = 6,25: 12,5 = 1: 2.

Простейшая формула соединения NH2. Этой формуле отвечает молекулярная масса, равная 16 а.е.м.

Истинную молекулярную массу соединения найдем, исходя из его плотности по водороду:

М = 2•16 = 32 а.е.м.

Следовательно, формула вещества N2Н4.

П р и м е р 11. При прокаливании кристаллогидрата сульфата цинка массой 2,87 г его масса уменьшилась на 1,26 г. Установите формулу кристаллогидрата.

Решение: При прокаливании происходит разложение кристаллогидрата:

ZnSO 4• nН2О → ZnSO4 + nH2O↑

М(ZnSO4) = 161 г/моль; М(Н2О) = 18 г/моль.

Из условия задачи следует, что масса воды составляет 1,26 г, а масса ZnSO4 равна (2,87-1,26) = 1,61г.Тогда количество ZnSO4 составит: 1,61/161= = 0,01 моль, а число молей воды 1,26/18 = 0,07 моль.

Следовательно, на 1 моль ZnSO4 приходится 7 молей Н2О и формула кристаллогидрата ZnSO4•7Н2О

П р и м е р 12. Найдите массу серной кислоты, необходимую для полной нейтрализации гидроксида натрия массой 20 г.

Решение Уравнение реакции:

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2Н2О.

М(H2SO4) = 98 г/моль; М(NaOH) = 40 г/моль.

По условию: n(NaOH) = 20/40 = 0,5 моль. Согласно уравнению реакции 1 моль H2SO4 реагирует с 2 молями NaОH, с 0,5 моль NaOH реагирует 0,25 моль H2SO4 или 0,25•98 = 24,5 г.

П р и м е р 13. В токе хлора сожгли смесь медных и железных опилок массой 1,76 г; в результате чего получилась смесь хлоридов металлов массой 4,60 г. Рассчитайте массу меди, вступившей в реакцию.

Решение: Реакции протекают по схемам:

1) Cu + Cl2 = CuCl2

2) 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

М(Cu) = 64 г/моль; М(Fe) = 56 г/моль; М(CuCl2) = 135 г/моль;

М(FeCl3) = 162,5 г/моль.

Обозначим содержание меди в смеси через х г. Тогда содержание железа в смеси составит (1,76 - х) г. Из уравнений (1,2) следует, что масса образующегося хлорида меди(II) "а" составит а = 135х/64 г, масса хлорида железа(III) "b" составит b = (1,76 - х)•162,5/56 г.

По условию задачи масса смеси хлоридов меди(II) и железа(III), т.е. а + b = 4,60 г. Отсюда 135х/64 + 162,5• (1,76 - х)/56 = 4,60.

Следовательно, х = 0,63, то есть масса меди 0,63 г.

П р и м е р 14. При обработке смеси гидроксида и гидрокарбоната калия избытком раствора соляной кислоты образовался хлорид калия массой 22,35 г и выделился газ объемом 4,48 дм³ (н.у.). Рассчитайте состав исходной смеси (ω, %).

Решение: Уравнения реакций:

1) KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2↑

2) KOH + HCl = KCl + H2O

M(KHCO3) = 100 г/моль; М(KCl) = 74,5 г/моль; М(KOH) = 56 г/моль.

По условию задачи объем газа (CO2) по реакции (1) равен 4,48 дм³ или 0,2 моль. Тогда из уравнения реакции (1) следует, что исходное количество в смеси гидрокарбоната калия составляет 0,2 моль или 0,2•100 = 20 г и образуется такое же количество 0,2 моль KCl или 0,2•74,5 = 14,9 г.

Зная общую массу KСl, образующегося в результате реакций (1 и 2) можно определить массу КСl, образующуюся по реакции (2). Она составит 22,35 - 14,9 = 7,45 г или 7,45/74,5 = 0,1 моль. На образование 0,1 моль КСl по реакции (2) потребуется такое же количество КОН, то есть 0,1 моль или 0,1•56 = 5,60 г. Следовательно, содержание исходных компонентов в смеси составит:

5,6•100/25,6 = 21,9 % КОН и 20,0•100/25,6 = 78,1 % KHCO3.

Поиск по сайту: