Химия \ Специальные главы химии

Основы количественных химических расчетов, страница 2

Пример: Какое количество газа пропана (m,n, V) можно сжечь, затратив1 кг кислорода? Какой объём жидкой воды при этом получится? Плотность воды 1г/мл.

Дано: Решение:

m(О₂) = 1 кг С₃Н₈ + 5 О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О_(ж).

М(О₂) = 32г/моль 44г(С₃Н₈) – 5´32г(О₂) - 4´18г(Н₂О)

М(С₃Н₈) = 44г/моль х г(С₃Н₈) –1000г(О₂) – у г(Н₂О)

М(Н₂О) = 18г/моль г(С₃Н₈);

r(Н₂О) = 1г/мл n((С₃Н₈)моль

V(С₃Н₈)= 6,25моль´22,4л/моль = 140л (С₃Н₈)

m(С₃Н₈) = ? = 275г г (Н₂О_(ж))

n(С₃Н₈) =? =6,25 моль V(Н₂О_(ж))г/1(г/мл) = 450мл

V(С₃Н₈) = ? = 140 л

V (H₂O) =? 450 мл

В т о р о й с п о с о б р а с ч е т а:

1) Заданное количество реагента (здесь: кислорода) пересчитывается на число моль:

n(O₂) = 1000(г)/32(г/моль) = 31,25 моль.

2) Вычисляются количества моль остальных участников реакции:

1 моль (С₃Н₈) – 5 моль (О₂) – 4 моль (Н₂О)

х моль (С₃Н₈) –31,25 моль (О₂) – у моль (Н₂О)

моль (С₃Н₈); моль (Н₂О).

3) Числа моль каждого участника реакции пересчитываются на другие (требуемые условием задачи) способы измерения количества вещества:

m(С₃Н₈) = 6,25(моль)´44(г/моль) = 275[г]

m (H₂O) = 25моль ´18 (г/моль) = 450 [г ]

V(С₃Н₈) = 6,25(моль) ´ 22,4 (л/моль) = 140[л ]

V (H₂O_(ж)) = 450(г)/1(г/мл) = 450 [мл ]

Расчёты на “избыток –недостаток” реагентов

Один из способов постановки условия – задание количеств обоих реагентов. В этом случае полностью расходуется тот реагент, который взят

в н е д о с т а т к е. Именно его количество является основой расчёта по уравнению реакции.

Для определения вида реагента, взятого в недостатке (или в избытке), достаточно сопоставить количества моль каждого реагента, приходящиеся на единицу его коэффициента в уравнении реакции.

Пример: Смешали 10 г этана и 30 г О₂. Сколько СО₂ (m, V) получится в результате реакции?

Дано: Решение:

1) m(C₂H₆) = 10 г На первый взгляд кислород взят в избытке по

2) М(С₂Н₆) = 30г/моль сравнению с этаном (30 г и 10 г соответственно).

3) m(О₂) = 10 г Однако, использование коэффициентов уравнения

4) М(О₂) = 32г/моль реакции горения этана показывает, что это не так.

5) М(CO₂) = 44г/моль 2С₂Н₆ + 7 О₂ = 4СО₂ + 6Н₂О_(ж).

m(СO₂) = ? = 3,37г (а) Исходные количества вещества реагентов:

V(CO₂) = ? = 1,725л n(С₂Н₆)=0,33(моль);

n(O₂) = = 0,94 (моль).

б) Количество вещества реагентов в расчете на единицу коэффициента в уравнении реакции:

n^I (С₂Н₆) =0,167(моль); n^I (O₂) =0,134(моль);

Из сопоставления полученных величин следует, что в недостатке взят О₂, а С₂Н₆ – в избытке; рассчёт количества получающихся продуктов реакции нужно вести по кислороду.

(в) Вычисляем количество получаемого СО₂:

7моль О₂ – 4 моль СО₂

0,134 моль О₂ – х моль СО₂

Х == 0,077 моль (СО₂);

m(СO₂) = 0,0077 (моль) 44 (г/моль) = 3,37 [г];

V(CO₂) = 0,0077 (моль) 22,4 (л/моль) = 1,725 [л].

(Для проверки можно сделать два расчёта и убедиться, что

(а) 10 г С₂Н₆ требуют для сжигания 37,3 г О₂ – а взято 30 г О₂;

(б) затратив 30 г О₂ можно сжечь 8, 03 г С₂Н₆, - т.е. 10 г С₂Н₆ – избыток).

Расчёты выхода продукта и по реакциям реагентов с примесями

1) Технические вещества, как правило, содержат примеси других веществ. Это означает, что реагирует только часть массы технического вещества за вычетом массы примесей, - собственно реагент, количество которого и берется в расчет по уравнению реакции.

2) В ходе органических реакций, обычно, кроме основного продукта, получаются побочные, на образование которых затрачивается часть реагентов. Следрвательно, количество практически получаемого основного продукта – меньше, чем должно теоретически получиться по закону сохранения массы.

В уравнении реакции показаны только исходные реагенты и основные продукты. Рассчитанное поэтому уравнению реакции количество продукта называется теоретическим. Доля практически полученного продукта от теоретически расчитанного называется выход реакции (выражается в долях от единицы или в процентах).

Пример: На хлорирование этана затратили 40 г технического хлора, содержащего 8 % (по массе) примесей, и получили 16,6 г дихлорэтана. Каков выход продукта?