Алгоритмы решения расчётных задач по химии

Алгоритм решения расчётных задач

1. Внимательно прочитайте условие задачи.
2. Слева, запишите слово «Дано», а под ним кратко данные задачи и что необходимо найти.
3. Правее запишите слово «Решение», и производите все остальные записи и расчёты под ним:

      а)

v запишите уравнение реакции, если данная задача подразумевает какое-либо химическое взаимодействие;

v  в уравнении одной чертой подчёркните химические формулы веществ, данные которых (m, V, n) указаны в условиях задачи, а двумя чертами – формулы тех веществ, данные которых требуется вычислить;

v  по уравнению реакции определите: количество (моль) тех веществ, формулы которых подчёркнуты (одной или двумя чертами). Коэффициент, стоящий перед формулами подчёркнутых (в данном случае) веществ, будет показывать количества данных веществ (n): M_r , M, V, V_m;

v  найденные значения запишите под соответствующими химическими формулами;

      б) запишите расчётные формулы, необходимые для решения данной задачи;

      в) произведите расчёты;

4.   Запишите ответ.

I. Вывод химической формулы

1. Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов.

Задача 1. Элементарный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41 %), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59 %). Выведите химическую формулу.

 2. Нахождение химической формулы по отношению масс элементов, входящих в состав данного вещества.

Задача 2. Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 9 массовых частей алюминия и 8 массовых частей кислорода.

Задача 3. В состав вещества входят 30,7 % калия, 25,2 % серы, 44 % кислорода. Вывести формулу этого соединения.

Задача 4. Подвергнув анализу вещество, установили, что в его состав входят: натрий с массовой долей 0,4207 (или 42,07 %), фосфор с массовой долей 0,1891 (или 18,91 %), кислород с массовой долей 0,3902 (или 39,02 %). Найдите форму соединения.

II. Расчёты по химическим формулам

1. Вычисление относительной молекулярной массы вещества М_r.

Задача 1. Найдите относительную молекулярную массу сульфата натрия Na₂SO₄.

2. Нахождение отношения масс элементов по химической формуле сложного вещества.

Задача 2. Найдите отношение масс элементов в гидроксиде кальция.

3. Нахождение содержания массовых долей элементов в сложном веществе.

Задача 3. Вычислите массовые доли элементов в гидроксиде натрия.

4. Нахождение массы элемента по известной массе сложного вещества.

Задача 4. Вычислите, сколько фосфора содержится в 10 т фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂.

5. Нахождение массы сложного вещества по заданной массе элемента.

Задача 5. В какой массе оксида меди (II) содержится 3,2 т меди?

III. Расчёты с использованием понятия «моль».

1. Вычисление количества вещества, соответствующего определённой массе вещества.

Задача 1. Какое количество вещества составляют 66 г оксида углерода (IV)?

Задача 2. В результате реакции получено 22 г сульфата железа (II). Какое количество сульфата железа (II) соответствует этой массе?

2. Вычисление массы вещества по известному числу молей вещества.

Задача3. Дано 2 моль серной кислоты. Вычислите массу  серной кислоты.

Задача 4. В реакции с серой взаимодействует 0,5 моль железа. Определите массу железа, которую следует взять для реакции.

3. Вычисление числа атомов и молекул, содержащихся в определённой массе вещества.

Задача 5. Сколько молекул содержится в 36 г воды?

IV. Расчёты, связанные с использованием плотностей, относительных плотностей и молярного объёма газов

1. Нахождение плотности и относительной плотности газа по химической формуле данного газа.

Задача 1. Вычислите плотность и относительные плотности оксида углерода (IV) по водороду, метану, воздуху.

2. Вычисление объёма определённой массы газообразного вещества при н.у.

Задача 2. Какой объём занимают 48 г кислорода?

3. Вычисление массы газообразного вещества, занимающего определённый объём.

Задача 3. Вычислите массу газовой смеси, состоящей из 5,6 м³ метана и 2,24 м³ оксида углерода (II).

4. Вычисление массы вещества по уравнениям химических реакций, в которых участвуют или образуются газы.

Задача 4. Какой объём кислорода и воздуха потребуется, чтобы сжечь 224 м³ оксида углерода (II), если содержание в нём негорючих примесей в объёмных долях равно 0,25 (или 25 %).

Дано:                                                                                          Решение:

   V (СО) = 224 м³        1) Вычисляем, сколько чистого оксида углерода (II) содержится в смеси               

  w (прим.) = 25 %           100 % – 25 % = 75 % (чистого СО)                                              

                                              

  Найти:                                в 100 м³ смеси содержится 75 м³ СО

  V  (O₂) -?                          в  224 м³  -----------------     x м³;         x =  =168 (м³) – V(CO)

V (возд.) -?                2) Определяем, какой объём кислорода потребуется, чтобы сжечь 168 м³                   оксида углерода (II).

                                             Запишем уравнение химической реакции, расставим коэффициенты:

                                                                    168 м³   у м³

2 СО + О₂ = 2СО₂

                                                                 2 моль    1 моль

                                                         V_m           22,4 м³/моль 

              V  (CO) = 2 ´22,4 =44,8 (м³)                     V  (O₂) = 1´22,4 = 22,4 (м³)                                                                          

;  y == 84        V  (O₂) = 84 м³

                                          3) Находим объём воздуха, необходимый для реакции.

Воздух содержит 0,209 объёмных долей (или20,9 %) кислорода. Отсюда следует:

100 м³ воздуха содержит 20,9 м³  кислорода

z м³ ------------------------ 84 м³ кислорода

; z = = 401,9 (м³) - V (возд.)

Ответ: 84 м³ кислорода; 401,9 м³ воздуха.

Задача 5. Сколько граммов воды образуется при взрыве смеси 2 г водорода и 20 г кислорода.

V. Расчёты, связанные с определением массовой доли растворённого вещества в растворе

1. Вычисление массы растворённого вещества и растворителя, если известны массовая доля  растворённого вещества и масса раствора.

Задача 1. Вычислите массу хлорида натрия и воды, необходимых для приготовления 500 г раствора, в котором содержание хлорида натрия в массовых долях равно 0,05.

Задача 2. Какой объём хлороводорода (н.у.) и воды потребуется, чтобы приготовить 1 л раствора (r = 1,05 г/см³), в котором содержание хлороводорода равно 10 %?

Задача 3. Вычислите массовую долю растворённого вещества в растворе массой 5 кг, содержащем растворённое вещество массой 1 кг.

2. Вычисления, связанные с разбавлением растворов.

Задача 4. Какой объём раствора (r = 1,80 г/см³), в котором содержание H₂SO₄ в массовых долях равно 0,88, потребуется, чтобы приготовить 1 л раствора, содержащем 10 % серной кислоты (r = 1,069 г/см³)?

Задача 5. Какой объём воды потребуется для разбавления 200 мл раствора (r = 1,4 г/см³), содержание азотной кислоты в котором составляет 68 %, чтобы получить раствор с содержанием азотной кислоты, равным 10 %?

VI. Расчёты по уравнениям химических реакций

При решении задач по уравнениям химических  реакций рекомендуется соблюдать указанную ниже последовательность:

ü  Внимательно прочитайте условие задачи и сделайте краткую запись: что дано? следует найти?

ü  Если вещества даны с примесями, то сначала вычислите массу чистого вещества, содержащегося в примеси.

ü  Составьте уравнение соответствующей химической реакции.

ü  В уравнении одной чертой подчёркните химические формулы веществ, данные которых (m, V, n) указаны в условиях задачи, а двумя чертами – формулы тех веществ, данные которых требуется вычислить.

ü  По уравнению реакции определите: количество (моль) тех веществ, формулы которых подчёркнуты (одной или двумя чертами). Коэффициент, стоящий перед формулами подчёркнутых (в данном случае) веществ, будет показывать количества данных веществ (n): M_r , M, V, V_m .

ü  Найденные значения запишите под соответствующими химическими формулами и произведите вычисления (составив пропорцию).

ü  Запишите ответ.

    Задача 1. Какова масса воды, которая образовалась при сгорании 8 г водорода?

Дано:                                                                                          Решение:

     m (Н₂) = 8 г                          m = M ´ n                8 г                      x г  

                                                                                 2 H₂ + O₂  =   2 H₂O

                                                                                          2 моль                2 моль   

Найти:                                                         M_r         2                            18

      m(H₂O) - ?                                             M          2 г/моль                18 г/моль               

                                                                m      2 г/моль ´  2 моль   18 г/моль ´  2 моль

                                       По уравнению реакции:

                                                                              из 4 г Н₂ образуется  36 г Н₂О,

                                                                           а из 8 г   ----------------  x г  

                                        Составим пропорцию

                                                                                      ;  (г)

Ответ: m(H₂O) = 72 г.

Задача 2. Какая масса гидроксида натрия образуется при взаимодействии 2,3 г натрия с водой?

Задача 3. Титан в промышленности получают магний – термическим методом:

Ti Cl₄ + 2 Mg = Ti + 2 MgCl₂

Сколько магния надо взять, чтобы из хлорида титана (IV) получить 9,6 кг титана?

Задача 4. Рассчитайте объём водорода, который выделится при растворении алюминия массой 10,8 г в избытке соляной кислоты (нормальные условия).

Задача 5. Смесь медных и магниевых опилок массой 1,5 г обработали избытком соляной кислоты. В результате реакции выделился водород объёмом 0,56 л (н.у.). Вычислите массовую долю меди в смеси.

VII. Расчёты по термохимическим уравнениям

1. Вычисление на основе термохимического уравнения количества поглощённой теплоты по известной массе одного из реагирующих веществ.

Задача 1.                                               S + O₂ = SO₂ + 297 кДж

              Вычислите по термохимическому уравнению количество теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг серы.

Задача 2. Термохимическое уравнение реакции разложения известняка:

СаСО₃ = СаО + СО₂ – 157 кДж

Сколько теплоты затрачивается на разложение 1 кг известняка?

Задача 3. Термохимическое уравнение реакции ацетилена:

2 С₂Н₂ + 5 О₂ = 4 СО₂ + 2 Н₂О + 2610 кДж

Сколько теплоты выделится, если будет израсходовано: а) 1 моль ацетилена; б) 13 г ацетилена; в) 1,12 л  ацетилена?

2.Нахождение масс реагирующих веществ, если известно, какое количество теплоты выделилось в данной реакции.

Задача 4. По термохимическому уравнению реакции:

С + О₂ = СО₂ + 402,24 кДж

вычислите, сколько сгорело угля, если при реакции выделилось 33520 кДж теплоты.

Задача 5. Термохимическое уравнение реакции оксида меди (II) с соляной кислотой:

CuO + 2 HCl = CuCl₂ + H₂O + 63,6 кДж

Сколько теплоты выделится при растворении 200 г оксида меди в соляной кислоте?

VIII. Расчёты, связанные с понятием «избыток – недостаток»

Задача 1. К раствору, содержащему нитрат кальция массой 8,2 г, прилили раствор, содержащий карбонат натрия массой 6,36 г. Рассчитайте массу полученного оксида.

Задача 2. Для образования хлорида аммония было взято 11,2 л (н.у.) газообразного аммиака и 11,4 л (н.у.) хлороводорода. Какова масса образовавшегося продукта реакции?

Задача 3. 10,7 г хлорида аммония смешали с 6 г гидроксида кальция и смесь нагрели. Какой газ и сколько его по массе и объёму (н.у.) выделилось?

Задача 4. К 300 г раствора, содержащего 0,1 массовых долей гидроксида калия, прилили 400 г раствора, содержащего 0,1 массовых долей азотной кислоты. Сколько граммов соли образовалось?

Задача 5. К раствору, содержащему 40 г сульфата меди (II), прибавили 12 г железных опилок. Рассчитайте, останется ли в растворе сульфата меди после того, как закончится реакция. 

IX. Расчёты, связанные с понятием «выход»

Алгоритм решения задач на выход продукта от теоретически возможного выхода

1) Прочитай внимательно условие задачи

2) Запиши: «Дано» и что «Найти».

!!! Если в условии задачи есть слова «получилось», «образовалось», то это практически полученное количество и масса.

3) Составьте уравнение реакции (не забудь расставить коэффициенты).

4) Помни: то, что считаем по уравнению – это теоретическое количество и масса.

5) Если выход продукта дан, то находим:

- по уравнению реакции количество, массу или объём теоретический;

- затем по формуле массу или объём практический.

6) Если дана масса или объём практический, то находим:

- по уравнению количество, массу или объём теоретический;

- затем по формуле  массовую или объёмную долю выхода продукта реакции.

ω вых  = m (практич.)                    или                                  ω вых  = V (практич.)

                  m (теоретич.)                                                                           V (теоретич.)

Задача 1. Вычислите объём оксида серы (IV), который надо взять для реакции с кислородом, чтобы получить оксид серы (VI) массой 20 г. Массовая доля выхода продукта равна 80 %. Объём рассчитайте при нормальных условиях.

Задача 2. Сколько ортофосфорной кислоты можно получить из 31 тонны ортофосфата кальция, если выход кислоты составляет 80 % по сравнению с теоретическим?

Задача 3. Сколько граммов аммиака можно получить, нагревая смесь 20 г хлорида аммония с 20 г оксида кальция, приняв, что выход составляет 98 % от теоретического?

Задача 4. Титан в промышленности получают магний – термическим методом:

Ti Cl₄ + 2 Mg = Ti + 2 MgCl₂

Сколько граммов титана можно получить из хлорида титана (IV) массой 9,6 г, если выход от теоретического составляет 95 %?

Задача 5. Сколько азотной кислоты можно получить из 14 т аммиака, если выход кислоты составляет 87 % по сравнению с теоретическим?