Ученикам

Алгоритмы

решения задач

по химии

Основные понятия и величины

Задачи на определение формулы вещества

Алгоритм решения:

1. Определяем простейшую формулу вещества, то есть атомы каких элементов и в каком соотношении входят в состав вещества. Запишем ее как СхНу. Для этого находят количества             элементов (n (С),n(Н) и т.д.) в любом количестве вещества и             выражают их отношение в виде целых чисел:
              например        х:у = n(С) :  n(Н).

При определении простейшей формулы следует искать количества элементов в том количестве вещества, которое наиболее удобно, исходя из условий задачи. Так, если приведены данные по сожжению вещества, то надо брать то количество вещества, которое сжигалось; если в условии указан элементный состав вещества в процентах, следует исходить из 100 г вещества; если в массовых долях – то из 1 г.

2. Находим молекулярную формулу (СхНу)р (для этого необходимо знать молярную массу вещества) по формуле:

где М – молярная масса, М (СхНу) – формульная масса, соответствующая простейшей формуле.

Примеры решения задач:

1.

При сжигании органического вещества, состоящего только из углерода и водорода, получилось 3,08 мг оксида углерода (IV) и 1,44 мг воды. Найдите простейшую формулу вещества.

Решение:

Сначала записываем уравнение реакции:

                                           О2 =   х СО2 +        Н2О

Нам необходимо найти  n(С) и n(Н).  Исходя из уравнения реакции, весь углерод перешел в оксид углерода, а весь водород – в воду. Учитываем, что в молекуле оксида углерода содержится один атом углерода, а в молекуле воды – два атома водорода:

n(С)  = n (СО2)             n(Н) = 2 n (Н2О)

Для определения n(СО2) и n(Н2О) применяем основное соотношение:

n(СО2) =

n(Н2О) =                                                  2n =

Находим простейшую формулу:

х:у = n(С)  : n(Н) =                       :                        = 7:16

Ответ: простейшая формула вещества С7Н16

2.

Определите молекулярную формулу этиленового углеводорода с массовой долей углерода 87,5% и массовой долей водорода 12,5%, если масса 1 л данного газа 3,571 г.

Решение:

Находим молярную массу искомого газа:

М (СхНу) = 3,571 г/моль  22,4 л/моль = 80 г/моль

Вычисляем массу углерода в 1 моль искомого вещества:

m(С) =

Вычисляем количество вещества углерода, которое покажет величину х      в простейшей формуле вещества:

                    n (С) =                                      

Аналогично вычисляем те же величины для водорода:

m(Н) =                                       n (Н) =

Ответ: формула вещества С5Н10 – это пентен

3.

Массовая доля элементов в органическом веществе соответственно равна 0,8182 (или 81,82%) углерода и  0,1818 (18,18%) водорода. Относительная его плотность по водороду – 22. Выведите формулу вещества.

Решение:

Находим молекулярную массу искомого вещества:

                                        , отсюда:  Мr (вещества) = D(Н)  Мr (водорода)

Мr = 22  2 = 44

Находим, сколько массовых частей приходится на углерод:

m(С) = 44  0,8182 = 36

Находим, сколько массовых частей приходится на водород:

m(Н) = 44  0,1818 = 8

Находим соотношение атомов в молекуле вещества СхНу:

х:у =              = 3:8       Ответ: формула органического вещества С3Н8

Расчеты по уравнениям химических реакций

Алгоритм решения:

1. Пишем уравнение реакции.
2. Пишем над формулами заданные и искомые значения.
3. Пишем под формулами этих же соединений:

а) количества в граммах, рассчитанные исходя из их молекулярных масс и числа молей (коэффициентов в уравнении) – если заданы массы веществ;

б) объемные количества, рассчитанные исходя из молярного объема газов и числа молей – если заданы объемы веществ;

в) весовые и объемные количества, рассчитанные аналогично а) и б).

4. Составляем пропорцию.
5. Вычисляем пропорцию по количественным и объемным соотношениям или вычисляем на основании данных п. 2 и 3 иные требуемые величины по формулам на странице 3.

Примеры решения задач:

Задачи на количественные и объемные соотношения

4.

Какой объем этилена получится при дегидратации этанола массой 32,2 г?

Решение:

Сначала записываем уравнение реакции:

      32,2 гр                        t° , H2SO4                    х л

С2H5OH      -------------------------→   H2C = CH2  + H2O     

      М= 46                                                                   v = 22,4 л

      n = 1 моль

Далее задачу можно решить несколькими способами.

Вариант первый:

Определяем количество вещества этанола:

 Следовательно, и этилена получится тоже 0,7 моль.

Вычисляем  объем этилена:

V(С2Н4) = 22,4л  0,7 = 15,68 л.

Вариант второй:

Исходя из обозначенных (соответственно п.2 и 3 алгоритма) величин сразу составляем пропорцию:

Ответ: объем образовавшегося этилена 15,68 л.

5.

Иногда в условиях задачи заложено, что одно из реагирующих веществ находится в избытке. Такая задача решается следующим образом:

Вычислите массу метилацетата, образующуюся при нагревании метанола массой  6 гр и уксусной кислоты массой 9 гр.

Решение:

Сначала записываем уравнение реакции:

       6 гр                       9 гр                                   х гр

СH3ОН  + СH3СООН   →   СH3CООСН3 + H2O     

        32 гр                      60 гр                                     74 гр

                                                               0,19  0,15

Следовательно, СH3ОН в избытке, считаем по СH3СООН

Ответ: В результате реации получится 11,1 г метилацетата.

Задачи на массовую (объемную) долю выхода продукта реакции

6.

При дегидратации 32,2 г этанола образовалось 14,7 г этилена. Определите массовую долю выхода продукта реакции.

Решение:

Сначала записываем уравнение реакции:

      32,2 гр                        t° , H2SO4                    х г

С2H5OH      -------------------------→   H2C = CH2  + H2O     

      М= 46                                                                   М=28

Вычисляем теоретический выход этилена:

                                                                      (мы получили mтеор(С2Н4)

Вычисляем массовую долю выхода этилена  в процентах от теоретически возможного:

                                           (или 75%)

Ответ: выход этилена составляет 75% от теоретически возможного.

7.

Объемная доля  метана в природном газе составляет 96%. Вычислите массу муравьиной кислоты, полученную каталитическим окислением природного газа объемом 420 л.

Решение:

Сначала записываем уравнение реакции:

      V                                  катализатор                         х гр

2С2H4  + 3О2    -------------------------→   2HCООН + 2H2O     

    44,8 л                                                                                 92 гр

V(CH4) =

                                                                         Ответ: 828 г

Задачи на определение теплового эффекта реакции

8.

При взаимодействии 1,8 г алюминия с кислородом выделилось 54,7 кДж теплоты. Вычислите тепловой эффект реакции.

Решение:

Сначала записываем уравнение реакции:

                             1,8 г                                  54,7 кДж

4Al + 3O2 = 2 Al2O3 + Q

                             108 г

Из уравнения реакции следует, что:

1, 8 г Al выделяет 57,4 кДж

108 г Al выделяет Q кДж

Ответ: тепловой эффект реакции равен 3282 кДж.

Задачи на определение количественного состава смеси веществ

Количества веществ (n моль) в смеси следует принять за неизвестные (х, у) и выразить через них те величины, , численные значения которых даны в условии, получив в результате систему математических уравнений. Основой для составления математических уравнений служат коэффициенты в химических уравнениях. :

9.

При сжигании в избытке кислорода 1,10 смеси метанола и этанола образовалось 0,896 л оксида углерода (IV), измеренного при н.у. Определить количественный состав смеси в массовых долях.

Решение:

Сначала записываем уравнения реакций, обозначив метиловый спирт как вещество А, а этиловый спирт как вещество Б:

Реакция 1            2СН3ОН + 3О2 = 2СО2 + 4Н2О

                                   А

Реакция 2           С2Н5ОН +3О2 = 2СО2 + 3Н2О

                                   Б

m А +  m Б = 1,10 г                 V (СО2) = 0,896 л

Определяем количество оксида углерода, занимающего объем 0,896 л

Вводим неизвестные:      n(А) = х моль     n(Б)  =  у моль

Используя соотношения, задаваемые коэффициентами в химических уравнениях, выражаем через х и у массу смеси спиртов и количество оксида углерода и составляем систему математических уравнений:

М(А) = 32 г/моль                   М(Б) = 46 г/моль

32х + 46у = 1,10

Оксид углерода образовался в результате реакций 1 и 2.

n(СО2) = n(СО2) + n(СО2)

В соответствии  с уравнением 1:     n(СО2) = n(А) = х моль

В соответствии с уравнением 2 :     n(СО2) =2 n(Б) = 2у моль

Отсюда:            n(СО2) = (х + 2у) моль.

По условию     n(СО2) = 0,04 моль

Таким образом,       х + 2у = 0,04

Составляем систему математических уравнений с двумя неизвестными:

32х + 46у = 1,10

                                    х + 2у = 0,04

Решаем полученную систему уравнений. Умножаем обе части второго уравнения на 23 (чтобы потом сократить у) и вычитаем из верхнего уравнения  нижнее:

32х + 46у = 1,10

                                    23х + 46у = 0,92

                                      9х          =  0,18

                                        х =0,02

Но поскольку    х + 2у = 0,04, то у = 0,5 (0,04 – х)

Следовательно, у = 0,01

Количество вещества А = 0,2 моль.

Следовательно, масса метанола m А = 0,2  32 = 0,64 г

Его массовая доля, таким образом,

                                                                  (или 58,18%)

Находим массовую долю этанола в смеси:

                                                               (или 41,82%)

Ответ: В смеси двух спиртов, вступивших в реакцию, было 58,18% метанола и 41,82% этанола.

Следует помнить, что большинство задач по химии можно решить несколькими способами (как, например, в задаче №4).

Количественные величины в химии