Алгоритмы решения задач по химии

Алгоритм расчёта выхода продукта реакции.

Схема:

                                                                                          

1.    Д а н о :                                                        

     m (V, n) реагента                                                                                           

    m_{практич.} (V_пр., n_пр.) продукта                                                                    

     η - ?                                                   

                                                                            2. Составление уравнения реакции:

                                                                             а А     +  b B    →   c C

                                                                           а моль   b моль   с моль

                                             

3.Определение количества вещества

   А или B по условию задачи:

 n(А, B) = m/M;  n (A, B) = V/V_m

                                                               4.Определение количества вещества

                                                               продукта (С) по уравнению реакции

                                                               (теоретического) путём составления

                                                                и решения пропорции:

                                                                    n(А)  ‗ n(C)    или   n(B)  ‗  n(C)   

                                                                      a           c                    b            c

5. Определение m (V) продукта

    (теоретического) по количеству

     вещества (С):

      m (C) = M(C) _* n    или

      V(C) = V_{m *} n  

                                                                6. Определение выхода продукта

                                                                     по отношению к теоретически

                                                                     возможному по формуле:

                                                                          η = m_практ. / m _теор.  или

                                                                          φ = V_практ./ V_теор.

Расчёт выхода продукта реакции по отношению к теоретически возможному.

Помните: первым действием в решении задачи является определение массы (объема, количества

                            вещества) продукта реакции по уравнению и исходным данным.

Порядок действий (пошаговый):	Пример: Определите выход продукта реакции синтеза    аммиака, если при взаимодействии 6,72 л азота с избытком водорода получено 6,72 л аммиака.
I. Запишите краткое условие задачи и уравнение    химической реакции, подчеркните вещества, о которых идет речь в задаче. Переведите массу (объем) известного исходного вещества (реагента) в количество (моли): n = m : M (n = V : Vm)	Д а н о :                                     Решение:   V(N2) = 6.72 л                  N2 + 3 H2 =  2 NH3 Vпракт.(NH3)=6.72 л     1 моль                2 моль                                                                  φ (NH3) = ?                                  n (N2) = 6.72 л : 22.4 л/моль = 0,3 моль
II.Определите количество продукта по уравнению     реакции.      Т.е. теоретически возможное (если бы выход реакции      составлял бы 100%) .	По уравнению:       1 моль  (N2)   →    2 моль (NH3) Следовательно:            0,3 моль  (N2)    →   0,6 моль (NH3)                                     nтеорет.  (NH3)  = 0.6 моль  (или 13,44 л)
III. Определите, какую часть от теоретически возможного        составляет практически полученная по условию         масса (объем, количество) продукта.        Воспользуйтесь формулой:           η = mпракт. / m теор.  или  φ = Vпракт./ Vтеор.       Запишите ответ.	Обратите внимание:   Vпракт./ Vтеор = nпракт. / nтеорет. = φ   nпракт. (NH3) = 6.72 л : 22.4 л/моль = 0,3 моль  φ (NH3) = 0,3моль (6,72 л) : 0,6моль (13,44л) = 0,5 (50%)                        Ответ: φ (NH3) = 50%.

Расчёт массы (объема, количества) исходного вещества по известному выходу продукта.

 

          Помните: первым действием в решении задачи является определение теоретической массы

                           (объема, количества)продукта по известному выходу.  

Порядок действий (пошаговый):	Пример: Определите массу карбоната кальция, необходимую                  для получения 7 л углекислого газа реакцией разло-                  жения, если его выход составляет 0,8 (80%).
I. Запишите краткое условие задачи и уравнение    химической реакции, подчеркните вещества, о которых идет речь в задаче.	Д а н о :                             Решение:   Vпракт. (СО2) = 7 л        СаСО3   →  СаО  +  СО2   φ (СО2) = 0,8             m (СаСО3) = ?
II. Определите теоретическую массу (объем) продукта      по формуле:     m теор. =  mпракт. / η     (Vтеор. = Vпракт./ φ  )	Vтеор. (СО2) = 7 : 0,8 = 8,75 л
III. Подставьте данные в уравнение реакции и   опре-       делите массу (объем) исходного вещества любым        известным Вам способом.               Запишите ответ.	Х г                         8,75 л                           СаСО3   →  СаО  +  СО2                               1 моль                      1 моль                         М = 100г/моль          Vm=22.4л/моль                         m = 100г                      V = 22,4л                                Х      ‗  8,75              Х = 39 г                                100        22,4                                                           Ответ: m (СаСО3) = 39 г.

Алгоритм решения задач с использованием выхода продукта в процентах от теоретически возможного

Пример

Задача: Какой объем метана (н.у.) потребуется, чтобы синтезировать 30 г муравьиной кислоты, если её выход составляет 90 % ?

1.     Запишите кратко условие задачи:

Дано:                                              Решение:

m (HCOOH) = 30 г

W (вых.) = 90 %

Найти: V (СН₄)

2.     Найдите теоретический выход продукта, используя формулу

          m (практ. вых.)                                                m (прак. вых)

W =                                                 m (теор. вых.) =   

          m (теор. вых.)                                                      W (вых)

m (теор. вых.) = 30 : 0,9 = 33,3 г

3.     Запишите уравнение реакции:

2 СН₄  +  3О₂                2 Н – СООН  + 2 Н₂О

4.     Над формулами веществ запишите данные:

Х л                                 33,3 г

2 СН₄  +  3О₂                2 Н – СООН  + 2 Н₂О

5.     Под формулами запишите количества веществ, их молярный объем, молярную массу, объем и массу:

Х л                                 33,3 г

2 СН₄  +  3О₂                2 Н – СООН  + 2 Н₂О

n = 2 моль                      n = 2 моль 

V_m = 22,4 л/моль             M = 46 г/моль 

V = 44,8 л                           m  = 92 г         

6.     Составьте и решите пропорцию:

X л : 44,8 л = 33,3 г : 92 г                 X = 16,2 л

7.     Запишите ответ: 16,2 л

Задача: Из 13,44 л ацетилена получили 12 г бензола (н. у.). Сколько процентов это составляет от теоретически возможного выхода?

1.     Сделайте краткую запись условия задачи:

Дано:                    Решение:

V = 13,44 л

m = 12 г

Найти:

W (вых.)

2.     Запишите уравнение реакции:

3C₂H₂             C₆H₆

3.     Над формулами запишите данные, обзначив через Х теоретический выход бензола:

 13,44 л           Х г

3C₂H₂             C₆H₆

4.     Под формулами веществ укажите число молей веществ по уравнению реакции, их молярную массу и молярный объем, массу и объем:

  13,44 л                      Х г

  3C₂H₂                       C₆H₆

V_m = 22,4л/моль       M = 78г/моль

V = 67,2 л                  m = 78 г

5.     Составьте и решите пропорцию:

13,44 л : 67,2 л  = Х : 78 г             Х = 15,6 г

6.     Найдите практический выход в % к теоретическому, используя формулу:

          m (практ. вых.)                                                m (прак. вых)

W =                                                 m (теор. вых.) =   

          m (теор. вых.)                                                      W (вых)

W = 12: 15,6 = 0,77 = 77 %

7. Запишите ответ: 77 %