Расчет количества реагентов, вступающих в химические реакции

 

Точные данные о количественных соотношениях между реаги-рующими и получаемыми в результате реакции веществами содержит правильно написанное уравнение химической реакции. В случае про-текания реакций между растворами для определения количества (массса или объем) взаимодействующих растворов необходимо учитывать содержание в них реагирующих веществ.

Решение задачи начинается с написания уравнения химической реакции. Стехиометрические коэффициенты (коэффициенты перед формулами) выражают количественное соотношение числа молей реагирующих веществ.

При решении задачи необходимо:

1. Написать уравнение реакции.

2. Рассчитать количество молей заданного реагента. Если это раствор, то учесть заданные объем и концентрацию.

3. Используя уравнение реакции, определить необходимое коли-чество молей второго вещества и соответственно его массу.

4. В случае, если второй реагент раствор, то, исходя из концен-трации, рассчитывают его объем.

Этот тип задач можно решать, используя закон эквивалентов (см. «Расчеты с использованием закона эквивалентов»).

Пример 1. Рассчитать массу карбоната кальция (CaCO₃), не-обходимого для нейтрализации 2 л 8% азотной кислоты (HNO₃) .

Уравнение реакции: CaCO₃ + 2 HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑

1. Количество HNO₃:

масса раствора 10%

 

;

 

масса растворенного вещества

 

;

 

число молей

 

[моль],

 

где М (HNO₃) = 63 г/моль.

2. Количество CaCO₃.

Согласно уравнению реакции

 

1 моль CaCO₃ – 2 моль HNO₃,

 

соответственно

 

n (CaCO₃) моль – 2,65 моль HNO₃

 

[моль].

Масса карбоната кальция:

 

[г],

 

где М (CaCO₃) = 40 + 12 + 16∙3 = 100 г/моль.

Вывод. Для нейтрализации 2 л 8% азотной кислоты необходимо 132,5 г карбоната кальция.

Пример 2. Какой объем 0,2 М раствора соляной кислоты необхо-димо добавить к 200 мл раствора нитрата серебра с молярной концен-трацией C(AgNO₃) = 0,05 моль/л для полного осаждения ионов серебра.

Уравнение реакции:

 

AgNO₃ + HCl = AgCl↓+ HNO₃

 

Так как 0,2 М раствор ≡ молярная концентрация соляной кислоты C(HCl) = 0,2 моль/л, можно рассчитать количество AgNO₃.

1. Количество AgNO₃

 

n (X) = C (X)∙ V,

 

где V − объем раствора в литрах,

 

n (AgNO₃) = С (AgNO₃)· V = 0,05·0,2 = 0, 01 моль.

 

2. Количество HCl.

Согласно уравнению реакции

 

1 моль AgNO₃ – 1 моль HCl,

 

соответственно

0,01 моль AgNO₃ – n (HCl) моль

n (HCl) = 0,01 моль.

 

3. Объем раствора HCl:

 

C (HCl) = 0,2 моль/л, 1 л раствора содержит 0,2 моль

 

V л − 0,01 моль,

мл.

 

Вывод. Для полного осаждения ионов серебра из 200 мл 0,2 М раствора нитрата серебра необходимо 50 мл 0,2 М раствора HCl.

Пример 3. Рассчитать объем оксида азота (II), образующегося при растворении 2 г меди в разбавленной азотной кислоте: Cu + HNO₃ ® Cu(NO₃) + NO↑ + H₂O.

1. Определить стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции:

 

3 Cu + 8 HNO₃ = 3 Cu(NO₃) + 2 NO↑ + 4 H₂O

3│Cu0 − 2ē = Cu+2 2│N+5 + 3ē = N+2

 

 

2. Количество меди:

 

[моль], М (Cu) = 64 г/моль.

 

3. Количество NO.

Согласно уравнению реакции

 

3 моль Cu – 2 моль NO,

 

соответственно

 

0,31 моль Cu – n (NO) моль,

 

[моль].

 

4. Объем газа

 

® .

Вывод. При растворении 2 г меди в разбавленной азотной кислоте образуется 4,7 л оксида азота (II).

Пример 4. Какой объем углекислого газа (СО₂) может поглотить 100 мл 10% раствора гидроксида натрия ?

Уравнение реакции: 2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

1. Количество NaOH.

Масса раствора

 

;

 

масса растворенного вещества

 

;

, М (NaOH) = 40 г/моль,

моль.

 

2. Количество СО₂. Согласно уравнению реакции

 

2 моль NaOH – 1 моль CO₂,

 

соответственно

0,28 моль NaOH – n (CO₂) моль;

 

моль.

3. Объем газа

 

® .

 

Вывод. 100 мл 10% раствора гидроксида натрия может поглотить 3,1 л углекислого газа.

Пример 5. Какой объем 10%-ного раствора гидроксида натрия необходимо добавить к 3 мл раствора сульфата меди (II) C(CuSO₄) = 0,5 моль/л для получения дигидроксида меди?

Уравнение реакции: CuSO₄ + 2 NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

1. Количество CuSO₄:

n (CuSO₄) = C (CuSO₄)∙ V,

 

где V − объем раствора в литрах;

 

V = 3 мл = 0,003 л, n (CuSO₄) = С (CuSO₄)· V = 0,5·0,003 = 0,0015 моль.

 

2. Количество NaOH. Согласно уравнению реакции

 

2 моль NaOH – 1 моль CuSO₄,

 

соответственно

 

n (NaOH) моль – 0,0015 моль CuSO₄,

 

моль.

 

3. Масса растворенного вещества:

 

; М (NaOH) = 40 г/моль

г.

 

4. Масса раствора NaOH с концентрацией ω% = 10%:

 

® .

 

5. Объем раствора NaOH:

 

см³.

 

Вывод. Для получения Cu(OH)₂ к 3 мл раствора CuSO₄ С(CuSO₄)·= 0,5 моль/л необходимо добавить 1,08 мл 10% раствора NaOH.