Как найти массу вещества в химии. Задачи на выход продукта реакции от теоретически возможного

Методика решения задач по химии

При решении задач необходимо руководствоваться несколькими простыми правилами:

1. Внимательно прочитать условие задачи;
2. Записать, что дано;
3. Перевести, если это необходимо, единицы физических величин в единицы системы СИ (некоторые внесистемные единицы допускаются, например литры);
4. Записать, если это необходимо, уравнение реакции и расставить коэффициенты;
5. Решать задачу, используя понятие о количестве вещества, а не метод составления пропорций;
6. Записать ответ.

В целях успешной подготовки по химии следует внимательно рассмотреть решения задач, приводимых в тексте, а также самостоятельно решить достаточное число их. Именно в процессе решения задач будут закреплены основные теоретические положения курса химии. Решать задачи необходимо на протяжении всего времени изучения химии и подготовки к экзамену.

Вы можете использовать задачи на этой странице, а можете скачать хороший сборник задач и упражнений с решением типовых и усложненных задач (М. И. Лебедева, И. А. Анкудимова): скачать .

Моль, молярная масса

Молярная масса – это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е.

М(х) = m(x)/ν(x), (1)

где М(х) – молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, ν(x) – количество вещества Х. Единица СИ молярной массы – кг/моль, однако обычно используется единица г/моль. Единица массы – г, кг. Единица СИ количества вещества – моль.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основную формулу:

ν(x) = m(x)/ М(х) = V(x)/V m = N/N A , (2)

где V(x) – объем вещества Х(л), V m – молярный объем газа (л/моль), N – число частиц, N A – постоянная Авогадро.

1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Дано : ν(NaI)= 0,6 моль.

Найти : m(NaI) =?

Решение . Молярная масса иодида натрия составляет:

M(NaI) = M(Na) + M(I) = 23 + 127 = 150 г/моль

Определяем массу NaI:

m(NaI) = ν(NaI) M(NaI) = 0,6 150 = 90 г.

2. Определите количество вещества атомного бора, содержащегося в тетраборате натрия Na 2 B 4 O 7 массой 40,4 г.

Дано : m(Na 2 B 4 O 7)=40,4 г.

Найти : ν(B)=?

Решение . Молярная масса тетрабората натрия составляет 202 г/моль. Определяем количество вещества Na 2 B 4 O 7:

ν(Na 2 B 4 O 7)= m(Na 2 B 4 O 7)/ М(Na 2 B 4 O 7) = 40,4/202=0,2 моль.

Вспомним, что 1 моль молекулы тетрабората натрия содержит 2 моль атомов натрия, 4 моль атомов бора и 7 моль атомов кислорода (см. формулу тетрабората натрия). Тогда количество вещества атомного бора равно: ν(B)= 4 ν (Na 2 B 4 O 7)=4 0,2 = 0,8 моль.

Расчеты по химическим формулам. Массовая доля.

Массовая доля вещества – отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е. ω(Х) =m(Х)/m, где ω(X)– массовая доля вещества Х, m(X) – масса вещества Х, m – масса всей системы. Массовая доля – безразмерная величина. Её выражают в долях от единицы или в процентах. Например, массовая доля атомного кислорода составляет 0,42, или 42%, т.е. ω(О)=0,42. Массовая доля атомного хлора в хлориде натрия составляет 0,607, или 60,7%, т.е. ω(Cl)=0,607.

3. Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 2H 2 O.

Решение : Молярная масса BaCl 2 2H 2 O составляет:

М(BaCl 2 2H 2 O) = 137+ 2 35,5 + 2 18 =244 г/моль

Из формулы BaCl 2 2H 2 O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль Н 2 О. Отсюда можно определить массу воды, содержащейся в BaCl 2 2H 2 O:

m(H 2 O) = 2 18 = 36 г.

Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 2H 2 O.

ω(H 2 O) = m(H 2 O)/ m(BaCl 2 2H 2 O) = 36/244 = 0,1475 = 14,75%.

4. Из образца горной породы массой 25 г, содержащей минерал аргентит Ag 2 S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.

Дано : m(Ag)=5,4 г; m = 25 г.

Найти : ω(Ag 2 S) =?

Решение : определяем количество вещества серебра, находящегося в аргентите: ν(Ag) =m(Ag)/M(Ag) = 5,4/108 = 0,05 моль.

Из формулы Ag 2 S следует, что количество вещества аргентита в два раза меньше количества вещества серебра. Определяем количество вещества аргентита:

ν(Ag 2 S)= 0,5 ν (Ag) = 0,5 0,05 = 0,025 моль

Рассчитываем массу аргентита:

m(Ag 2 S) = ν(Ag 2 S) М(Ag 2 S) = 0,025 248 = 6,2 г.

Теперь определяем массовую долю аргентита в образце горной породы, массой 25 г.

ω(Ag 2 S) = m(Ag 2 S)/ m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8%.

Вывод формул соединений

5. Определите простейшую формулу соединения калия с марганцем и кислородом, если массовые доли элементов в этом веществе составляют соответственно 24,7, 34,8 и 40,5%.

Дано : ω(K) =24,7%; ω(Mn) =34,8%; ω(O) =40,5%.

Найти : формулу соединения.

Решение : для расчетов выбираем массу соединения, равную 100 г, т.е. m=100 г. Массы калия, марганца и кислорода составят:

m (К) = m ω(К); m (К) = 100 0,247= 24,7 г;

m (Mn) = m ω(Mn); m (Mn) =100 0,348=34,8 г;

m (O) = m ω(O); m (O) = 100 0,405 = 40,5 г.

Определяем количества веществ атомных калия, марганца и кислорода:

ν(К)= m(К)/ М(К) = 24,7/39= 0,63 моль

ν(Mn)= m(Mn)/ М(Mn) = 34,8/ 55 = 0,63 моль

ν(O)= m(O)/ М(O) = 40,5/16 = 2,5 моль

Находим отношение количеств веществ:

ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 0,63: 0,63: 2,5.

Разделив правую часть равенства на меньшее число (0,63) получим:

ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 1: 1: 4.

Следовательно, простейшая формула соединения KMnO 4 .

6. При сгорании 1,3 г вещества образовалось 4,4 г оксида углерода (IV) и 0,9 г воды. Найти молекулярную формулу вещества, если его плотность по водороду равна 39.

Дано : m(в-ва) =1,3 г; m(СО 2)=4,4 г; m(Н 2 О)=0,9 г; Д Н2 =39.

Найти : формулу вещества.

Решение : Предположим, что искомое вещество содержит углерод, водород и кислород, т.к. при его сгорании образовались СО 2 и Н 2 О. Тогда необходимо найти количества веществ СО 2 и Н 2 О, чтобы определить количества веществ атомарных углерода, водорода и кислорода.

ν(СО 2) = m(СО 2)/ М(СО 2) = 4,4/44 = 0,1 моль;

ν(Н 2 О) = m(Н 2 О)/ М(Н 2 О) = 0,9/18 = 0,05 моль.

Определяем количества веществ атомарных углерода и водорода:

ν(С)= ν(СО 2); ν(С)=0,1 моль;

ν(Н)= 2 ν(Н 2 О); ν(Н)= 2 0,05 = 0,1 моль.

Следовательно, массы углерода и водорода будут равны:

m(С) = ν(С) М(С) = 0,1 12 = 1,2 г;

m(Н) = ν(Н) М(Н) = 0,1 1 =0,1 г.

Определяем качественный состав вещества:

m(в-ва) = m(С) + m(Н) = 1,2 + 0,1 = 1,3 г.

Следовательно, вещество состоит только из углерода и водорода (см. условие задачи). Определим теперь его молекулярную массу, исходя из данной в условии задачи плотности вещества по водороду.

М(в-ва) = 2 Д Н2 = 2 39 = 78 г/моль.

ν(С) : ν(Н) = 0,1: 0,1

Разделив правую часть равенства на число 0,1, получим:

ν(С) : ν(Н) = 1: 1

Примем число атомов углерода (или водорода) за «х», тогда, умножив «х» на атомные массы углерода и водорода и приравняв эту сумму молекулярной массе вещества, решим уравнение:

12х + х = 78. Отсюда х= 6. Следовательно, формула вещества С 6 Н 6 – бензол.

Молярный объем газов. Законы идеальных газов. Объемная доля .

Молярный объем газа равен отношению объема газа к количеству вещества этого газа, т.е.

V m = V(X)/ ν(x),

где V m – молярный объем газа - постоянная величина для любого газа при данных условиях; V(X) – объем газа Х; ν(x) – количество вещества газа Х. Молярный объем газов при нормальных условиях (нормальном давлении р н = 101 325 Па ≈ 101,3 кПа и температуре Тн= 273,15 К ≈ 273 К) составляет V m = 22,4 л/моль.

В расчетах, связанных с газами, часто приходится переходить от данных условий к нормальным или наоборот. При этом удобно пользоваться формулой, следующей из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

──── = ─── (3)

Где p – давление; V – объем; Т- температура в шкале Кельвина; индекс «н» указывает на нормальные условия.

Состав газовых смесей часто выражают при помощи объемной доли – отношения объема данного компонента к общему объему системы, т.е.

где φ(Х) – объемная доля компонента Х; V(X) – объем компонента Х; V - объем системы. Объемная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы или в процентах.

7. Какой объем займет при температуре 20 о С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?

Дано : m(NH 3)=51 г; p=250 кПа; t=20 o C.

Найти : V(NH 3) =?

Решение : определяем количество вещества аммиака:

ν(NH 3) = m(NH 3)/ М(NH 3) = 51/17 = 3 моль.

Объем аммиака при нормальных условиях составляет:

V(NH 3) = V m ν(NH 3) = 22,4 3 = 67,2 л.

Используя формулу (3), приводим объем аммиака к данным условиям [температура Т= (273 +20)К = 293 К]:

p н TV н (NH 3) 101,3 293 67,2

V(NH 3) =──────── = ───────── = 29,2 л.

8. Определите объем , который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.

Дано : m(N 2)=5,6 г; m(H 2)=1,4 ; н.у.

Найти : V(смеси)=?

Решение : находим количества вещества водорода и азота:

ν(N 2) = m(N 2)/ М(N 2) = 5,6/28 = 0,2 моль

ν(H 2) = m(H 2)/ М(H 2) = 1,4/ 2 = 0,7 моль

Так как при нормальных условиях эти газы не взаимодействуют между собой, то объем газовой смеси будет равен сумме объемов газов, т.е.

V(смеси)=V(N 2) + V(H 2)=V m ν(N 2) + V m ν(H 2) = 22,4 0,2 + 22,4 0,7 = 20,16 л.

Расчеты по химическим уравнениям

Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. Однако в реальных химических процессах из-за неполного протекания реакции и различных потерь веществ масса образующихся продуктов часто бывает меньше той, которая должна образоваться в соответствии с законом сохранения массы веществ. Выход продукта реакции (или массовая доля выхода) – это выраженное в процентах отношение массы реально полученного продукта к его массе, которая должна образоваться в соответствии с теоретическим расчетом, т.е.

η = /m(X) (4)

Где η– выход продукта, %; m p (X) - масса продукта Х, полученного в реальном процессе; m(X) – рассчитанная масса вещества Х.

В тех задачах, где выход продукта не указан, предполагается, что он – количественный (теоретический), т.е. η=100%.

9. Какую массу фосфора надо сжечь для получения оксида фосфора (V) массой 7,1 г?

Дано : m(P 2 O 5)=7,1 г.

Найти : m(Р) =?

Решение : записываем уравнение реакции горения фосфора и расставляем стехиометрические коэффициенты.

4P+ 5O 2 = 2P 2 O 5

Определяем количество вещества P 2 O 5 , получившегося в реакции.

ν(P 2 O 5) = m(P 2 O 5)/ М(P 2 O 5) = 7,1/142 = 0,05 моль.

Из уравнения реакции следует, что ν(P 2 O 5)= 2 ν(P), следовательно, количество вещества фосфора, необходимого в реакции равно:

ν(P 2 O 5)= 2 ν(P) = 2 0,05= 0,1 моль.

Отсюда находим массу фосфора:

m(Р) = ν(Р) М(Р) = 0,1 31 = 3,1 г.

10. В избытке соляной кислоты растворили магний массой 6 г и цинк массой 6,5 г. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этом?

Дано : m(Mg)=6 г; m(Zn)=6,5 г; н.у.

Найти : V(H 2) =?

Решение : записываем уравнения реакции взаимодействия магния и цинка с соляной кислотой и расставляем стехиометрические коэффициенты.

Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2

Mg + 2 HCl = MgCl 2 + H 2

Определяем количества веществ магния и цинка, вступивших в реакцию с соляной кислотой.

ν(Mg) = m(Mg)/ М(Mg) = 6/24 = 0,25 моль

ν(Zn) = m(Zn)/ М(Zn) = 6,5/65 = 0,1 моль.

Из уравнений реакции следует, что количество вещества металла и водорода равны, т.е. ν(Mg) = ν(Н 2); ν(Zn) = ν(Н 2), определяем количество водорода, получившегося в результате двух реакций:

ν(Н 2) = ν(Mg) + ν(Zn) = 0,25 + 0,1= 0,35 моль.

Рассчитываем объем водорода, выделившегося в результате реакции:

V(H 2) = V m ν(H 2) = 22,4 0,35 = 7,84 л.

11. При пропускании сероводорода объемом 2,8 л (нормальные условия) через избыток раствора сульфата меди (II) образовался осадок массой 11,4 г. Определите выход продукта реакции.

Дано : V(H 2 S)=2,8 л; m(осадка)= 11,4 г; н.у.

Найти : η =?

Решение : записываем уравнение реакции взаимодействия сероводорода и сульфата меди (II).

H 2 S + CuSO 4 = CuS ↓+ H 2 SO 4

Определяем количество вещества сероводорода, участвующего в реакции.

ν(H 2 S) = V(H 2 S) / V m = 2,8/22,4 = 0,125 моль.

Из уравнения реакции следует, что ν(H 2 S) = ν(СuS) = 0,125 моль. Значит можно найти теоретическую массу СuS.

m(СuS) = ν(СuS) М(СuS) = 0,125 96 = 12 г.

Теперь определяем выход продукта, пользуясь формулой (4):

η = /m(X)= 11,4 100/ 12 = 95%.

12. Какая масса хлорида аммония образуется при взаимодействии хлороводорода массой 7,3 г с аммиаком массой 5,1 г? Какой газ останется в избытке? Определите массу избытка.

Дано : m(HCl)=7,3 г; m(NH 3)=5,1 г.

Найти : m(NH 4 Cl) =? m(избытка) =?

Решение : записываем уравнение реакции.

HCl + NH 3 = NH 4 Cl

Эта задача на «избыток» и «недостаток». Рассчитываем количества вещества хлороводорода и аммиака и определяем, какой газ находится в избытке.

ν(HCl) = m(HCl)/ М(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль;

ν(NH 3) = m(NH 3)/ М(NH 3) = 5,1/ 17 = 0,3 моль.

Аммиак находится в избытке, поэтому расчет ведем по недостатку, т.е. по хлороводороду. Из уравнения реакции следует, что ν(HCl) = ν(NH 4 Cl) = 0,2 моль. Определяем массу хлорида аммония.

m(NH 4 Cl) = ν(NH 4 Cl) М(NH 4 Cl) = 0,2 53,5 = 10,7 г.

Мы определили, что аммиак находится в избытке (по количеству вещества избыток составляет 0,1 моль). Рассчитаем массу избытка аммиака.

m(NH 3) = ν(NH 3) М(NH 3) = 0,1 17 = 1,7 г.

13. Технический карбид кальция массой 20 г обработали избытком воды, получив ацетилен, при пропускании которого через избыток бромной воды образовался 1,1,2,2 –тетрабромэтан массой 86,5 г. Определите массовую долю СаС 2 в техническом карбиде.

Дано : m = 20 г; m(C 2 H 2 Br 4)=86,5 г.

Найти : ω(СаC 2) =?

Решение : записываем уравнения взаимодействия карбида кальция с водой и ацетилена с бромной водой и расставляем стехиометрические коэффициенты.

CaC 2 +2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2

C 2 H 2 +2 Br 2 = C 2 H 2 Br 4

Находим количество вещества тетрабромэтана.

ν(C 2 H 2 Br 4) = m(C 2 H 2 Br 4)/ М(C 2 H 2 Br 4) = 86,5/ 346 = 0,25 моль.

Из уравнений реакций следует, что ν(C 2 H 2 Br 4) =ν(C 2 H 2) = ν(СаC 2) =0,25 моль. Отсюда мы можем найти массу чистого карбида кальция (без примесей).

m(СаC 2) = ν(СаC 2) М(СаC 2) = 0,25 64 = 16 г.

Определяем массовую долю СаC 2 в техническом карбиде.

ω(СаC 2) =m(СаC 2)/m = 16/20 = 0,8 = 80%.

Растворы. Массовая доля компонента раствора

14. В бензоле объемом 170 мл растворили серу массой 1,8 г. Плотность бензола равна 0,88 г/мл. Определите массовую долю серы в растворе.

Дано : V(C 6 H 6) =170 мл; m(S) = 1,8 г; ρ(С 6 C 6)=0,88 г/мл.

Найти : ω(S) =?

Решение : для нахождения массовой доли серы в растворе необходимо рассчитать массу раствора. Определяем массу бензола.

m(С 6 C 6) = ρ(С 6 C 6) V(C 6 H 6) = 0,88 170 = 149,6 г.

Находим общую массу раствора.

m(р-ра) = m(С 6 C 6) + m(S) =149,6 + 1,8 = 151,4 г.

Рассчитаем массовую долю серы.

ω(S) =m(S)/m=1,8 /151,4 = 0,0119 = 1,19 %.

15. В воде массой 40 г растворили железный купорос FeSO 4 7H 2 O массой 3,5 г. Определите массовую долю сульфата железа (II) в полученном растворе.

Дано : m(H 2 O)=40 г; m(FeSO 4 7H 2 O)=3,5 г.

Найти : ω(FeSO 4) =?

Решение : найдем массу FeSO 4 содержащегося в FeSO 4 7H 2 O. Для этого рассчитаем количество вещества FeSO 4 7H 2 O.

ν(FeSO 4 7H 2 O)=m(FeSO 4 7H 2 O)/М(FeSO 4 7H 2 O)=3,5/278=0,0125моль

Из формулы железного купороса следует, что ν(FeSO 4)= ν(FeSO 4 7H 2 O)=0,0125 моль. Рассчитаем массу FeSO 4:

m(FeSO 4) = ν(FeSO 4) М(FeSO 4) = 0,0125 152 = 1,91 г.

Учитывая, что масса раствора складывается из массы железного купороса (3,5 г) и массы воды (40 г), рассчитаем массовую долю сульфата железа в растворе.

ω(FeSO 4) =m(FeSO 4)/m=1,91 /43,5 = 0,044 =4,4 %.

Задачи для самостоятельного решения

1. На 50 г йодистого метила в гексане подействовали металлическим натрием, при этом выделилось 1,12 л газа, измеренного при нормальных условиях. Определите массовую долю йодистого метила в растворе. Ответ : 28,4%.
2. Некоторый спирт подвергли окислению, при этом образовалась одноосновная карбоновая кислота. При сжигании 13,2 г этой кислоты получили углекислый газ, для полной нейтрализации которого потребовалось 192 мл раствора КОН с массовой долей 28%. Плотность раствора КОН равна 1,25 г/мл. Определите формулу спирта. Ответ : бутанол.
3. Газ, полученный при взаимодействии 9,52 г меди с 50 мл 81 % раствора азотной кислоты, плотностью 1,45 г/мл, пропустили через 150 мл 20 % раствора NaOH плотностью 1,22 г/мл. Определите массовые доли растворенных веществ. Ответ : 12,5% NaOH; 6,48% NaNO 3 ; 5,26% NaNO 2 .
4. Определите объем выделившихся газов при взрыве 10 г нитроглицерина. Ответ : 7,15 л.
5. Образец органического вещества массой 4,3 г сожгли в кислороде. Продуктами реакции являются оксид углерода (IV) объемом 6,72 л (нормальные условия) и вода массой 6,3 г. Плотность паров исходного вещества по водороду равна 43. Определите формулу вещества. Ответ : С 6 Н 14 .

Три варианта задач: 1.Даны массы исходного вещества и продукта реакции. Определить выход продукта реакции. 2.Даны массы исходного вещества и выход продукта реакции. Определить массу продукта. 3.Даны массы продукта и выход продукта. Определить массу исходного вещества.

Дано: m(ZnO) = 32,4 г m пр (Zn) = 24 г Найти: ω вых (Zn) - ? Решение: 3ZnO + 2Al = 3Zn + Al 2 O 3 3 моль Прочитаем задачу, запишем условие (дано, найти),составим уравнение реакции (поставим коэффициенты), подчеркнем, что дано в задаче, что нужно найти, под подчеркнутыми веществами запишем их количество вещества по уравнению (моль) При действии алюминия на оксид цинка массой 32,4г получили 24 г цинка. Найдите массовую долю выхода продукта реакции.

Дано: m(ZnO) = 32,4 г m пр (Zn) = 24 г Найти: ω вых (Zn) - ? М(ZnO)=81г/моль Решение: 0,4 моль х 3ZnO + 2Al = 3Zn + Al 2 O 3 3 моль Найдем количество вещества ZnO по формуле: =m/М. Подпишем его количество вещества над ним в уравнении. Над Zn подпишем х. Найдем х составив и решив пропорцию. (ZnО)=32,4/81 = 0,4 моль 0,4/3 = х/3 х = 0,4 моль – это теоретическое количество вещества найденное по уравнению

Дано: m(ZnO) = 32,4 г m пр (Zn) = 24 г Найти: ω вых (Zn) - ? М(ZnO)=81г/моль М(Zn)=65 г/моль Решение: 0,4 моль х 3ZnO + 2Al = 3Zn + Al 2 O 3 3 моль Переведем полученное количество вещества Zn в массу по формуле: m = M m(Zn) =0,4 моль × 65 г/моль = 26 г – это теоретическая масса Zn. В задаче в условии дана практическая масса 24 г. Теперь найдем долю выхода продукта от теоретического возможного. ω вых = = = 0, 92 (или 92%) m пр (Zn) m теор (Zn) 24 г 26 г Ответ: ω вых = 92 %

Дано: m (Al(OH) 3)= 23,4 г ω вых (Al 2 O 3) = 92% Найти: m пр (Al 2 O 3) - ? М(Al(OH) 3)= 78 г/моль Решение: 0,3 моль х 2Al(OH) 3 = Al 2 O 3 +3H 2 O 2 моль 1 моль Определите массу оксида алюминия, которая может быть получена из 23,4 г гидроксида алюминия, если выход реакции составляет 92% от теоретически возможного. М(Al 2 O 3) = 102 г/моль (Al(OH) 3)= 23,4 г/78 г/моль = 0,3 моль 0,3/2 = х/1 х = 0,15 моль m теор. (Al 2 O 3) = n M = 0,15 моль 102 г/моль = 15,3 г m пр. (Al 2 O 3) = 15,3 г× 0,92 = 14 г Ответ: m пр. (Al 2 O 3) = 14 г

При действии оксида углерода (II) на оксид железа (III) получено железо массой 11,2 г. Найдите массу использованного оксида железа (III), учитывая, что доля выхода продуктов реакции составляет 80% от теоретически возможного. Дано: m пр (Fe) = 11,2 г ω вых (Fe) = 80% Найти: M (Fe 2 O 3) - ? Решение: Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 1 моль 2 моль m теор = = =14 г m пр (Fe) ω вых (Fe) 11,2 г 0, 8

Дано: m пр (Fe) = 11,2 г ω вых (Fe) = 80% Найти: m(Fe 2 O 3) - ? M (Fe) = 56 г/моль М (Fe 2 O 3) =160 г/моль Решение: х 0,25 моль Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 1 моль 2 моль Найденную теоретическую массу железа переведем в количество вещества по формуле: = m/М ((Fe) = 14 г /56 г/моль = 0,25 моль Напишем это количество железа над ним в уравнении, над оксидом напишем х. Решим пропорцию: х/1 = 0,25/2, х = 0,125 моль Теперь переведем в массу по формуле: m = ×М m(Fe 2 O 3) = 0,125 моль × 160 г/моль = 20 г Ответ: m(Fe 2 O 3) = 20 г

Задачи для самостоятельного решения 1.Для получения осадка сульфата бария была взята серная кис­лота массой 490 г. Массовая доля выхода соли от теоретически возможного составила 60 %. Какова масса полученного сульфата бария? 2.Вычислить выход нитрата аммония в % от теоретически возможного, если при пропускании 85 г аммиака через раствор азотной кислоты, было получено 380 г соли 3.В результате каталитического окисления оксида серы (IV) массой 16 кг избытком кислорода образуется оксид серы (VI). Вычислите массу продукта реакции, если доля его выхода 80% от теоретически возможного. 4.Вычислите массу азотной кислоты, которую можно получить из 17 г нитрата натрия при его взаимодействии с концентрированной серной кислотой, если массовая доля выхода кислоты составляет 0,96. 5.На гашёную известь, взятую в необходимом количестве, подействовали 3,15 кг чистой азотной кислотой. Какую массу нитрата кальция получили, если практический выход в массовых долях составляет 0,98 или 98% по сравнению с теоретическим?

Признак

В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.

Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.

Доля выхода продукта обозначается буквой

(эта), измеряется в процентах или долях.

Также для расчётов может использоваться количественный выход:

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

	Дано: m (Mg ) = 1,2 г m практическая (MgSO 4) = 5,5 г _____________________ Найти:
	M (Mg ) = 24 г/моль M (MgSO 4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль
	ν(Mg ) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν теор) и теоретическую массу (m теор) продукта реакции	m = ν · M m теор (MgSO 4) = M (MgSO 4) · ν теор (MgSO 4) = 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г
	(MgSO 4)=(5,5г ·100%)/6г=91,7% Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи	Дано: m (CaO ) = 16,8 г 80% или 0,8 ____________________ Найти: m практ (CaC 2 ) = ?
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.
3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ	M (CaO ) = 40 + 16 = 56 г/моль M (CaC 2 ) = 40 + 2 · 12 = 64 г/моль
4. Находим количество вещества реагента по формулам	ν(CaO )=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν теор) и теоретическую массу (m теор ) продукта реакции
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле	m практич (CaC 2 ) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г Ответ: m практич (CaC 2 ) = 15,36 г

Третий типзадач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода ( IV ) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

1. Записываем краткое условие задачи	Дано: н. у. V m = 22,4 л/моль V практич (CO 2) = 28,56 л 85% или 0,85 _____________________ Найти: m(Na 2 CO 3) =?
2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо	M (Na 2 CO 3) = 2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль
3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы: 5. Определяем массу (объём) реагента по формуле: m = ν · M V = ν · V m	m = ν · M m (Na 2 CO 3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

№1.

При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr 2 O 3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3.

Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4.

К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

В химии термин “теоретический выход” используется для описания максимального количества продукта, которое может получиться в результате химической реакции. Сначала следует записать сбалансированное химическое уравнение и определить ключевой компонент реакции. После того как вы измерите количество этого компонента, можно будет рассчитать количество продукта реакции. Это и будет теоретический выход продукта реакции. В реальных экспериментах часть продукта обычно теряется из-за неидеальных условий.

Шаги

Часть 1

Найдите ключевой компонент реакции

1. Начните со сбалансированного уравнения химической реакции. Уравнение реакции подобно рецепту. С левой стороны в нем приведены реагенты, а с правой - продукты реакции. В правильно сбалансированном уравнении химической реакции слева и справа стоит одинаковое число атомов каждого элемента.

   • В качестве примера рассмотрим простое уравнение → . Слева и справа стоит по два атома водорода. Однако со стороны реагентов находятся два атома кислорода, и лишь один атом кислорода представлен в виде продукта реакции.
   • Чтобы сбалансировать уравнение, умножим на два продукт реакции: H 2 + O 2 {\displaystyle H_{2}+O_{2}} → .
   • Проверим баланс. Теперь у нас правильное количество атомов кислорода, по два атома с каждой стороны. Однако на этот раз мы имеем два атома водорода слева и четыре атома водорода справа.
   • Умножим на два водород в части реагентов. В результате у нас получится 2 H 2 + O 2 {\displaystyle 2H_{2}+O_{2}} → 2 H 2 O {\displaystyle 2H_{2}O} . Теперь мы имеем по четыре атома водорода и по два атома кислорода с каждой стороны уравнения. Таким образом, уравнение сбалансировано.
   • В качестве более сложного примера рассмотрим реакцию кислорода и глюкозы с образованием углекислого газа и воды: → . В этом уравнении с каждой стороны стоит 6 атомов углерода (C), 12 атомов водорода (H) и 18 атомов кислорода (O). Уравнение сбалансировано.
   • Чтобы узнать более подробно, как балансировать химические уравнения, прочтите .

2. Переведите количество каждого реагента из граммов в моли. В реальном эксперименте известны массы реагентов в граммах. Чтобы перевести их в количество молей, поделите массу каждого реагента на его молярную массу.

   • Предположим, в реакцию вступают 40 граммов кислорода и 25 граммов глюкозы.
   • 40 г O 2 {\displaystyle O_{2}} / (32 г/моль) = 1,25 моля кислорода.
   • 25 г / (180 г/моль) = примерно 0,139 моля глюкозы.

3. Определите соотношение реагентов. Моль используется в химии для того, чтобы по массе вещества определить количество его молекул. Определив количество молей кислорода и глюкозы, вы узнаете, сколько молекул каждого вещества вступает в реакцию. Чтобы найти соотношение между двумя реагентами, поделите число молей одного реагента на количество молей другого реагента.

   • В рассматриваемом примере в начале реакции имеется 1,25 моля кислорода и 0,139 моля глюкозы. Таким образом, отношение количества молекул кислорода к числу молекул глюкозы составляет 1,25 / 0,139 = 9,0. Это означает, что молекул кислорода в 9 раз больше, чем молекул глюкозы.

4. Найдите стехиометрическое соотношение реагентов. Посмотрите на сбалансированное уравнение химической реакции. Коэффициенты перед каждой молекулой показывают относительное количество данного вида молекул, необходимое для протекания реакции. Уравнение химической реакции дает так называемое стехиометрическое соотношение реагентов, при котором они будут расходоваться полностью.

   • Для данной реакции имеем 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 {\displaystyle 6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}} . Коэффициенты указывают на то, что на каждую молекулу глюкозы требуется 6 молекул кислорода. Таким образом, стехиометрическое соотношение для этой реакции составляет 6 молекул кислорода / 1 молекула глюкозы = 6,0.

5. Сравните соотношения, чтобы найти ключевой компонент реакции. В большинстве химических реакций один из реагентов расходуется раньше остальных. Этот реагент называют ключевым компонентом реакции. Он определяет, как долго будет продолжаться данная реакция и каким будет теоретический выход продукта реакции. Сравните два рассчитанных соотношения, чтобы определить ключевой компонент реакции:

   • В рассматриваемом примере начальное количество молей кислорода в 9 раз превышает число молей глюкозы. Согласно уравнению, стехиометрическое отношение кислорода к глюкозе составляет 6:1. Следовательно, у нас имеется больше кислорода, чем требуется, поэтому второй реагент, глюкоза, является ключевым компонентом реакции.

   Часть 2

   Определите теоретический выход реакции

   1. Посмотрите на уравнение и определите ожидаемый продукт реакции. Правая часть уравнения содержит продукты реакции. Если уравнение сбалансировано, коэффициенты перед каждым продуктом реакции показывают его относительное количество в молях. Они соответствуют теоретическому выходу продуктов реакции в том случае, если взять стехиометрическое соотношение реагентов.

      • Вернемся к приведенному выше примеру: 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 {\displaystyle 6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}} → 6 C O 2 + 6 H 2 O {\displaystyle 6CO_{2}+6H_{2}O} . Справа стоят два продукта реакции: углекислый газ и вода.
      • Чтобы вычислить теоретический выход, можно начать с любого продукта реакции. Бывает так, что интересен только определенный продукт. В этом случае лучше начать с него.

   2. Запишите количество молей ключевого компонента реакции. Всегда следует сравнивать число молей реагента с количеством молей продукта реакции. Сравнение их масс не даст правильного результата.

      • В рассматриваемом примере ключевым компонентом реакции является глюкоза. Расчеты молярной массы показали, что 25 граммов глюкозы соответствуют 0,139 моля.

   3. Сравните соотношение молекул продукта и реагента. Вернитесь к сбалансированному уравнению и поделите количество молекул ожидаемого продукта на число молекул ключевого компонента реакции.

      • В нашем случае сбалансированное уравнение реакции имеет следующий вид: 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 {\displaystyle 6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}} → 6 C O 2 + 6 H 2 O {\displaystyle 6CO_{2}+6H_{2}O} . Согласно этому уравнению, на 6 молекул ожидаемого продукта реакции, углекислого газа ( C O 2 {\displaystyle CO_{2}} ), приходится 1 молекула глюкозы ( C 6 H 12 O 6 {\displaystyle C_{6}H_{12}O_{6}} ).
      • Отношение углекислого газа к глюкозе составляет 6/1 = 6. Иными словами, в данной реакции из одной молекулы глюкозы получается 6 молекул углекислого газа.
      • В нашем примере молярная масса CO 2 составляет около 44 г/моль (молярная масса углерода ~12 г/моль, кислорода ~16 г/моль, в итоге имеем 12 + 16 + 16 = 44).
      • Умножьте 0,834 моля CO 2 x 44 г/моль CO 2 = ~36,7 грамма. Таким образом, теоретический выход продукта реакции равен 36,7 грамма CO 2 .

   4. При желании проделайте такие же вычисления для других продуктов реакции. Во многих экспериментах интерес представляет лишь один продукт реакции. Однако если вы хотите найти теоретический выход второго продукта, просто повторите вычисления.

      • В нашем примере вторым продуктом реакции является вода, H 2 O {\displaystyle H_{2}O} . Согласно сбалансированному уравнению реакции, из 6 молекул глюкозы получается 6 молекул воды. Это соответствует соотношению 1:1. Таким образом, если в начале реакции имеется 0,139 моля глюкозы, в конце должно получиться 0,139 моля воды.
      • Умножьте количество молей воды на ее молярную массу. Молярная масса воды составляет 2 + 16 = 18 г/моль. В результате получаем 0,139 моля H 2 O x 18 г/моль H 2 O = ~2,50 грамма. Таким образом, в данном эксперименте теоретический выход воды составит 2,50 грамма.

Задачи на практический выход.

1 .Вычислите объем аммиака, который можно получить, нагревая 20г хлорида аммония с избытком гидроксида кальция, если объемная доля выхода аммиака составляет 98%.

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = 2NH 3 +H 2 O; Mr(NH 4 Cl) =53,5

NH 4 Cl +0,5Са(ОH ) 2 = NH 3 +0,5H 2 O

1)Рассчитаем теоретический выход

20/53,5=Х/22,4; Х=8,37л(это теоретический выход)

2) Рассчитаем практический выход

V (практического)=V (теоретического)/выход прдукта*100%

V (практического)=8,37л*98%/(делим на) 100% = 8.2л

Ответ: 8,2 л N Нз

2.Из 320г сернистого колчедана, содержащего 45% серы, было получено 405г серной кислоты (расчёт на безводную кислоту). Вычислите массовую долю выхода серной кислоты.

Составим схему производственного получения серной кислоты

320г 45% 405г, ή-?

FeS 2 → S → H 2 SO 4

1)Рассчитаем долю серы в колчедане

2)Рассчитаем теоретический выход серной кислоты

3) Рассчитаем выход продукта в процентах

З.Вычислите массу фосфора необходимую для получения 200 кг фосфорной кислоты, если массовая доля выхода продукта составляет 90%.

Составим схему производственного получения фосфорной кислоты

Х 200кг,ή=90%

P → H 3 PO 4

1)Рассчитаем массу теоретического выхода фосфорной кислоты

m т =

2) Рассчитаем массу фосфора

Ответ:70,Зкг

4.Юный химик на занятиях кружка решил получить азотную кислоту реакцией обмена между нитратом калия и концентрированной серной кислотой. Вычислить массу азотной кислоты, которую он получил из 20,2г- нитрата калия, если массовая доля выхода кислоты была 0,98

5.При нагревании нитрита аммония N Н 4 NO 2 образуются азот и вода. Вычислите объем азота (н. у), который можно получить при разложении 6,4г нитрита аммония, если объемная доля выхода азота составляет 89%.

6.Вычислите объем оксида азота (II), который можно получит при каталитическом окислении в лаборатории 5,6л аммиака, если объемная доля выхода оксида азота (II ) равна 90%.

7.Металлический барий получают восстановлением его оксида металлическим алюминием c образованием оксида алюминия и бария. Вычислите массовую долю выхода бария, если из 4,59 кг оксида бария было получено 3,8 кг бария.

Ответ: 92,5%

8.Определите, какая масса меди потребуется для реакции с избытком концентрированной азотной кислоты для получения 2,1 л (н. у) оксида азота (IV ), если объемная доля выхода оксида азота (IV ) равна 94%.

Ответ: 3,19

9.Какой объем оксида серы (IV ) надо взять для реакции окисления кислородом, чтобы получить оксид серы (V I) массой 20г. если выход продукт равен 80% (н.у).?

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 ; V.(SO 2 ) =22.4 л; Mr(SO 3 ) =80

1) Рассчитаем теоретический выход

m (теорет) =

2)Рассчитаем массу SO 2

10.При нагревании смеси оксида кальция массой 19,6г с коксом массой 20г получили карбид кальция массой 16г. Определите выход карбида кальция, если массовая доля углерода в коксе составляет 90%.

Ответ: 71.4%

11 .Через раствор массой 50г с массовой долей иодида натрия 15% пропустили избыток хлора, выделился йод массой 5,6г. Определите выход продукта реакции от теоретически возможного в %.

Ответ: 88,2%.

12.Определить выход силиката натрия в % к теоретическому, если при сплавлении 10 кг гидроксида натрия с оксидом кремния (IV ) получено 12,2 кг силиката натрия. Ответ 80%

13.Из 4 кг оксида алюминия удаётся выплавить 2 кг алюминия. Вычислите массовую долю выхода алюминия от теоретически возможного.

Ответ:94,3%

14.Вьичислите объем аммиака, который получается при нагревании смеси хлорида аммония массой 160,5 г и гидроксида кальция, если объемная доля выхода аммиака от теоретически возможного составляет 78%.

Ответ:52.4л

15.Какое количество аммиака потребуется для получения 8 т нитрата аммония, если выход продукта составляет 80% от теоретически возможного?

Ответ:2,IЗт

16.Какое количество уксусного альдегида может быть получено по реакции Кучерова, если в реакцию вступило 83,6 л ацетилена, а практический выход составил 80% от теоретически возможного?

Ответ: 131,З6г

17.Какое количество бензола потребуется для получения 738г нитробензола, если практический выход составляет 92% от теоретического.?

Ответ 508.75г

1 8.При нитрировании 46,8 бензола получено 66,42г нитробензола. Определите практический выход нитробензола в % от теоретически возможного.

19.Сколько граммов бензола можно получить из 22,4 л ацетилена, если практический выход бензола составил 40%.?

20.Какой объем бензола (ρ=0,9г/см 3) потребуется, чтобы получить 30,75г нитробензола, если выход при нитровании составляет 90% от теоретически возможного?

21 .Из 32г этилена было получено 44г спирта. Вычислите практический выход продукта в % от теоретически возможного.

22.Сколько граммов этилового спирта можно получить из 1м 3 природного газа, содержащего 6% этилена, если практический выход составил 80%?

23.Какое количество кислоты и спирта необходимо для получения 29,6г уксуснометилового эфира, если его выход составил 80% от теоретически возможного?

24.При гидролизе 500кг древесины, содержащей 50% целлюлозьг, получается 70кг глюкозы. Вычислите ее практический выход в % от теоретически возможного.

25.Сколько глюкозы получается из 250 кг опилок, содержащих 40% глюкозы. Какое количество спирта можно получить из этого количества глюкозы при 85%-ном практическом выходе?

Ответ:43,43г

26.Сколько граммов нитробензола нужно взять, чтобы восстановлением получить 186г анилина, выход которого составляет 92% от теоретического 27. Вычислите массу сложного эфира, который получили из 460г муравьиной кислоты и 460г этилового спирта. Выход эфира от теоретически возможного составляет 80%.

28.При обработке 1т фосфорита, содержащего 62% фосфата кальция, серной кислотой было получено 910,8кг суперфосфата. Определить выход суперфосфата в % по отношению к теоретическому.

Са 3 (РО 4) 2 + 2Н 2 S 0 4 = Са (Н 2 Р0 4) 2 + 2СаS 0 4

З0.Для получения кальциевой селитры, 1т мела обработали разбавленной азотной кислотой. При этом выход кальциевой селитры составил 85% по отношению к теоретическому. Сколько селитры было получено?

Ответ: 1394кг

31 .Из 56кг азота было синтезировано 48 кг аммиака. Каков выход аммиака в процентах к теоретическому.

Ответ: 70,5%

32. 34 кг аммиака пропустили через раствор серной кислоты. Выход сульфата аммония составил 90% от теоретического. Сколько килограммов сульфата аммония получено?

Ответ:118,8кг

З3.При окислении З4кг аммиака было получено 54кг окиси азота (II ).Вычислить выход окиси азота в % по отношению к теоретическому.

34.В лаборатории аммиак получают взаимодействием хлористого аммония с гашёной известью. Сколько граммов аммиака было получено, если израсходовано 107г хлористого аммония и выход аммиака составил 90% от теоретического?

Ответ:30,6г

35.Из 60кг водорода и соответствующего количества азота было синтезировано 272 кг аммиака. Каков выход аммиака в % к теоретически возможному?

36. Из 86,7г натриевой селитры, содержащей 2% примесей, получено 56,7г азотной кислоты, каков выход азотной кислоты в % к теоретически возможному?

Ответ: 90%.

37.При пропускания аммиака через 6Зкг 50% раствора азотной кислоты было получено З8кг аммиачной селитры. Каков выход ее в % к теоретически возможному?

38.Для получения фосфорной кислоты было израсходовано ЗI4кг фосфорита, содержащего 50% фосфата кальция. Выход фосфорной кислоты составил 95%.Сколько кислоты было получено?

Ответ:94,Зкг

39. 49кг 50% раствора серной кислоты было нейтрализовано гашёной известью, причем получилось 30,6кг сульфата кальция. Определить выход продукта в % к теоретическому.

40.Фосфор получают в технике по уравнению реакции;

Саз (Р0 4) 2 + 3SiО 2 +5С →ЗСaSi О 3 + 2Р +5СО

Каков выход фосфора в % к теоретическому, если его получилось 12,4 кг из 77 кг фосфорнокислого кальция?

Ответ: 80,5%

41 .Вычислите выход карбида кальция в % к теоретическому, если 15,2кг его

были получены из I4кг окиси кальция.

42. Ацетилен получают взаимодействием.карбида кальция с водой

СаС 2 +2Н 2 0= Са(ОН) 2 +С 2 Н 2

Сколько граммов ацетилена получится, если израсходовано 33,7г карбида кальция, содержащего 5% примесей и выход ацетилена составил 90% к теоретическому?

Ответ: 11,7г

43.При действии соляной кислоты на 50г мела получилось 20г углекислого газа. Каков выход его в % к теоретическому?

Ответ: 90,9%

44.При обжиге 1т известняка, содержащего 10% примесей, выход углекислого газа составил 95%. Сколько килограммов углекислого газа было получен?

Ответ: 376,2 кг.

45. Определить выход силиката натрия в % к теоретическому, если при сплавлении 10кг едкого натра с песком получено 12,2 кг силиката натрия.