Глава II.20 Расчёты по химическим уравнениям

Для расчётов по уравнениям химических реакций можно использовать, например, такой алгоритм.

1. Провести анализ текста задачи и наглядно оформить её условия, указав, что дано и что требуется определить.
2. Записать уравнение химической реакции и определить количественные соотношения её участников, ориентируясь на коэффициенты в уравнении.
3. Рассчитать количества веществ участников реакции, приведённые в условии задачи, по массе или объёму.
4. Над формулами исходных и искомых веществ записать известные и неизвестные количества веществ (х моль).
5. Рассчитать искомое количество вещества для заданного условием участника реакции и перевести его в массу или объём согласно требованиям условия задачи.
6. Записать ответ, используя соответствующую символику и размерности.

Проиллюстрируем несколькими примерами алгоритм решения задач на расчёт по химическим уравнениям.

Задача 1. Какой объём водорода (н. у.) можно получить при взаимодействии цинка массой 13 г с соляной кислотой HCl, если в результате реакции, кроме водорода, образуется хлорид цинка ZnCl₂? К какому типу относится эта реакция?

2. Рассчитаем количество вещества цинка, вступившего в реакцию:

$n\left(\mathrm{Zn}\right) = \frac{m\left(\mathrm{Zn}\right)}{V\left(\mathrm{Zn}\right)} = \frac{13 \mathrm{г}}{65 \mathrm{г}/\mathrm{моль}} = 0,2 \mathrm{моль}$

3. Над формулой цинка в уравнении реакции запишем найденное количество вещества цинка, а количество вещества над формулой водорода обозначим через x:

$\begin{array}{c}0,2 \mathrm{моль}\\ \mathrm{Zn}\\ 1 \mathrm{моль}\end{array}\begin{array}{c}\\ +\\ \end{array} \begin{array}{c}\\ 2\mathrm{HCl}\\ \end{array} \begin{array}{c}\\ =\\ \end{array} \begin{array}{c}\\ {\mathrm{ZnCl}}_2\\ \end{array} \begin{array}{c}\\ +\\ \end{array}\begin{array}{c}x \mathrm{моль}\\ {\mathrm{Н}}_2\\ 1 \mathrm{моль}\end{array}$

4. Из уравнения реакции следует, что количество вещества водорода равно количеству вещества цинка:

n(Н₂) = n(Zn) = 0,2 моль

5. Вычислим объём водорода (н. у.):

V(H₂) = n(Н₂) ∙ Vm = 0,2 моль ∙ 22,4 л/моль = 4,48 л

Ответ: V(H₂) = 4,48 л; реакция замещения.

Задача 2. Какие массы хлорида железа(III) FeCl₃ и нитрата серебра AgNO₃ вступили в реакцию обмена, в результате которой образовалось 17,22 г хлорида серебра AgCl и нитрат железа(III) Fe(NO₃)₃?

2. Рассчитаем количество вещества хлорида серебра:

$n\left(\mathrm{AgCl}\right) = \frac{m\left(\mathrm{AgCl}\right)}{M\left(\mathrm{AgCl}\right)} = \frac{17,22 \mathrm{г}}{143,5 \mathrm{г}/\mathrm{моль}} = 0,12 \mathrm{моль}$

3. Над формулой хлорида серебра AgCl в уравнении реакции запишем найденное количество вещества хлорида серебра AgCl, а количества веществ хлорида железа(III) FeCl₃ и нитрата серебра AgNO₃ обозначим соответственно через x и y:

$\begin{array}{c}x \mathrm{моль}\\ {\mathrm{FeCl}}_3\\ 1 \mathrm{моль}\end{array}\begin{array}{c}\\ {+}_{}\\ \end{array}\begin{array}{c}y \mathrm{моль}\\ 3{\mathrm{AgNO}}_3\\ 3 \mathrm{моль}\end{array}\begin{array}{c}\\ =\\ \end{array}\begin{array}{c}0,12 \mathrm{моль}\\ 3\mathrm{AgCl}\\ 3 \mathrm{моль}\end{array}\begin{array}{c}\\ {+}_{}\\ \end{array}\begin{array}{c}\\ \mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3\\ \end{array}$

4. По уравнению реакции количество вещества нитрата серебра равно количеству вещества хлорида серебра:

n(AgNO₃) = n(AgCl) = 0,12 моль

5. Вычислим массу нитрата серебра:

m(AgNO₃) = n(AgNO₃) ∙ M(AgNO₃) = 0,12 моль ∙ (108 + 14 + 6 ∙ 3) г/моль  = 0,12 моль ∙ 170 г/моль = 20,4 г

6. По уравнению реакции определим, что количество вещества хлорида железа(III) в 3 раза меньше количества вещества хлорида серебра:

$n\left({\mathrm{FeCl}}_3\right) = \frac{1}{3}n\left(\mathrm{AgCl}\right) = \frac{1}{3} · 0,12 \mathrm{моль} = 0,04 \mathrm{моль}$

7. Рассчитаем массу хлорида железа(III):

m(FeCl₃) = n(FeCl₃) ∙ M(FeCl₃) = 0,04 моль ∙ (56 + 35,5 ∙ 3) г/моль = 0,04 моль ∙ 162,5 г/моль = 6,5 г

Ответ: m(AgNO₃) = 20,4 г; m(FeCl₃) = 6,5 г.

Задача 3. Найдите объём кислорода (н. у.), необходимого для сгорания 270 мг алюминия, и количество образовавшегося в результате реакции оксида алюминия Al₂O₃. К какому типу относится эта реакция?

Обращаем внимание на тот факт, что масса алюминия в условии задачи дана в миллиграммах. Следовательно, этой массе соответствует количество вещества в миллимолях, а объём газов в миллилитрах.

2. Рассчитаем количество вещества алюминия:

$n\left(\mathrm{Al}\right) = \frac{m\left(\mathrm{Al}\right)}{M\left(\mathrm{Al}\right)} = \frac{270 \mathrm{мг}}{27 \mathrm{мг}/\mathrm{ммоль}} = 10 \mathrm{ммоль}$

3. Над формулой алюминия в уравнении реакции запишем найденное количество вещества алюминия, а количества веществ кислорода О₂ и оксида алюминия Al₂O₃ обозначим соответственно через x и y.

$\begin{array}{c}10 \mathrm{ммоль}\\ 4\mathrm{Al}\\ 4 \mathrm{ммоль}\end{array}\begin{array}{c}\\ +\\ \end{array}\begin{array}{c}x \mathrm{ммоль}\\ 3{\mathrm{O}}_2\\ 3 \mathrm{ммоль}\end{array}\begin{array}{c}\\ =\\ \end{array}\begin{array}{c}y \mathrm{ммоль}\\ 2{\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3\\ 2 \mathrm{ммоль}\end{array}$

4. По уравнению реакции количество вещества кислорода равно 3 / 4 количества вещества алюминия:

$n\left({\mathrm{O}}_2\right) = \frac{3}{4}n\left(\mathrm{Al}\right) = \frac{3}{4 } · 10 \mathrm{ммоль} = 7,5 \mathrm{ммоль}$

5. Вычислим объём кислорода (н. у.):

V(O₂) = n(O₂) ∙ Vm = 7,5 ммоль ∙ 22,4 мл/ммоль = 168 мл

6. По уравнению реакции количество вещества оксида алюминия в 2 раза меньше количества вещества алюминия:

$n\left({\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3\right) = \frac{1}{2}n\left(\mathrm{Al}\right) = \frac{1}{2} · 10 \mathrm{ммоль} = 5 \mathrm{ммоль}$

Ответ: V(O₂) = 168 мл; n(Al₂O₃) = 5 ммоль; реакция соединения.