Задачі з рівнянням хімічної реакції. Частина 1

• ← Назад до змісту довідника

1. Задачі за рівнянням хімічної реакції. Частина 1

Розрахунки за хімічними рівняннями — це головний та найбільш фундаментальний тип розрахункових задач у шкільному курсі хімії. Усі подальші складніші теми базуються саме на вміннях узгоджувати хімічні формули, коефіцієнти та фізичні величини між собою.

Покроковий розбір базового алгоритму на прикладі Задачі 1 (за конспектом)

Умова задачі 1:
Яка маса оксиду кальцію утвориться під час взаємодії кальцію масою $20\text{ г}$ з киснем?

Крок 1. Запис скороченої умови («Дано»)
Числове значення $20\text{ г}$ належить вихідному металу — кальцію. За правилами оформлення записуємо вихідні дані зверху, проводимо горизонтальну лінію і під нею вказуємо шукану величину зі знаком питання: $m(\mathrm{CaO}) - ?$:

Крок 2. Складання схеми хімічної реакції
Записуємо формули реагентів і продукту реакції:
$\mathrm{Ca} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CaO}$

Крок 3. Розстановка коефіцієнтів
Зрівнюємо кількість атомів кожного елемента:

• У лівій частині $2$ атоми Оксигену $\implies$ перед $\mathrm{CaO}$ ставимо коефіцієнт $2$.
• Тепер у правій частині $2$ атоми Кальцію $\implies$ перед $\mathrm{Ca}$ також ставимо коефіцієнт $2$:
  $2\mathrm{Ca} + \mathrm{O_2} = 2\mathrm{CaO}$

Крок 4. Підкреслення потрібних речовин та знесення коефіцієнтів під риску
У рівнянні підкреслюємо лише дві речовини (самі формули сполук, без коефіцієнтів):

• ту, про яку є відомі дані в умові ($\mathrm{Ca}$);
• ту, про яку запитують у задачі ($\mathrm{CaO}$).

А під рисками записуємо коефіцієнти біля цих речовин як кількість речовини і дописуємо слово «моль»:
$\underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{Ca}}} + \mathrm{O_2} = \underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{CaO}}}$

(Кисень $\mathrm{O_2}$ не підкреслюємо, щоб не створювати зайвих записів і не плутатися під час обчислень).

Крок 5. Поняття «рецепту реакції» та позначення шуканого $x\text{ моль}$
Перед нами ніби «рецепт» реакції, який каже: щоб утворилося $2\text{ моль}$ $\mathrm{CaO}$, необхідно витратити $2\text{ моль}$ $\mathrm{Ca}$. Але скільки оксиду кальцію вийде в нашій задачі — ми поки не знаємо, тому над $\mathrm{CaO}$ ставимо запис $x\text{ моль}$:
$\underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{Ca}}} + \mathrm{O_2} = \overset{x\text{ моль}}{\underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{CaO}}}}$

⚠️ Важливе застереження щодо типової помилки:
Ніколи не записуйте в саме рівняння реакції значення маси в грамах ($20\text{ г}$) чи об’єму в літрах!
У рівняння хімічної реакції дозволено ставити ВИКЛЮЧНО кількість речовини (молі)!

💡 «У будь-якій незрозумілій ситуації — завжди шукайте хімічну кількість речовини ($n$)!»

Хімічну кількість кальцію обчислюємо за відомою формулою:
$n = \dfrac{m}{M}$

Молярна маса Кальцію за Періодичною системою: $M(\mathrm{Ca}) = 40\text{ г/моль}$.
$n(\mathrm{Ca}) = \dfrac{20\text{ г}}{40\text{ г/моль}} = 0{,}5\text{ моль}$

Крок 6. Запис кількості речовини над рівнянням
Знайдене числове значення $0{,}5\text{ моль}$ записуємо в рівнянні реакції зверху над кальцієм:
$\overset{0{,}5\text{ моль}}{\underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{Ca}}}} + \mathrm{O_2} = \overset{x\text{ моль}}{\underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{CaO}}}}$

Крок 7. Складання пропорції
З наявних даних про кількості речовин над і під рівнянням складаємо математичну пропорцію:
$\dfrac{0{,}5}{2} = \dfrac{x}{2}$

Крок 8. Знаходження невідомого члена пропорції ($x$)

Знаходимо невідомий член $x$ за правилом пропорції:

$x = \dfrac{0{,}5 \cdot 2}{2} = 0{,}5$

Отже, хімічна кількість утвореного оксиду кальцію:
$n(\mathrm{CaO}) = 0{,}5\text{ моль}$

Крок 9. Розрахунок кінцевої величини (маси)
За умовою задачі потрібно знайти масу оксиду кальцію. Використовуємо формулу:
$m = n \cdot M, \quad M = M_r$

Обчислюємо молярну масу оксиду кальцію:
$M_r(\mathrm{CaO}) = 40 + 16 = 56 \implies M(\mathrm{CaO}) = 56\text{ г/моль}$
$m(\mathrm{CaO}) = 0{,}5\text{ моль} \cdot 56\text{ г/моль} = 28\text{ г}$

Оформлення задачі у чистовому зошитовому вигляді:

Задача 2: Розрахунок об’єму газу

Умова задачі 2: Який об’єм кисню (за н. у.) знадобиться на спалювання сірки масою $16\text{ г}$?

Покроковий хід розв’язання:

• Спалювання — це реакція взаємодії простої речовини з киснем:
  $\mathrm{S} + \mathrm{O_2} = \mathrm{SO_2}$
  Коефіцієнти перед речовинами дорівнюють $1$.
• Підкреслюємо сірку ($\mathrm{S}$) і кисень ($\mathrm{O_2}$). Під рисками записуємо по $1\text{ моль}$, а над киснем — $x\text{ моль}$.
• Знаходимо кількість речовини сірки:
  $M(\mathrm{S}) = 32\text{ г/моль}$
  $n(\mathrm{S}) = \dfrac{m}{M} = \dfrac{16\text{ г}}{32\text{ г/моль}} = 0{,}5\text{ моль}$
• Записуємо $0{,}5\text{ моль}$ над сіркою та складаємо пропорцію:
  $\dfrac{0{,}5}{1} = \dfrac{x}{1} \implies x = \dfrac{0{,}5 \cdot 1}{1} = 0{,}5\text{ моль } (n(\mathrm{O_2}))$
• Знаходимо об’єм газу за нормальних умов ($V_m = 22{,}4\text{ л/моль}$ або $\text{дм}^3/\text{моль}$):
  $V = n \cdot V_m$
  $V(\mathrm{O_2}) = 0{,}5\text{ моль} \cdot 22{,}4\text{ л/моль} = 11{,}2\text{ л}$

Задача 3: Взаємодія металу з кислотою

Умова задачі 3: Який об’єм водню виділиться під час взаємодії магнію масою $12\text{ г}$ із сульфатною кислотою?

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Розрахуйте хімічну кількість кисню, що утворюється під час розкладання калій хлорату $\mathrm{KClO_3}$ масою $24{,}5\text{ г}$ за рівнянням хімічної реакції:
$2\mathrm{KClO_3} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{KCl} + 3\mathrm{O_2}$

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 1

Дано:

Розв’язання:

$m(\mathrm{KClO_3}) = 24{,}5\text{ г}$ $n(\mathrm{O_2}) - ?$

$\overset{0{,}2\text{ моль}}{\underset{2\text{ моль}}{2\underline{\mathrm{KClO_3}}}} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{KCl} + \overset{x\text{ моль}}{\underset{3\text{ моль}}{3\underline{\mathrm{O_2}}}}$ $n = \dfrac{m}{M}, \quad M = M_r$ $M(\mathrm{KClO_3}) = 39 + 35{,}5 + 16 \cdot 3 = 122{,}5\text{ г/моль}$ $n(\mathrm{KClO_3}) = \dfrac{24{,}5\text{ г}}{122{,}5\text{ г/моль}} = 0{,}2\text{ моль}$ $\dfrac{0{,}2}{2} = \dfrac{x}{3} \implies x = \dfrac{0{,}2 \cdot 3}{2} = 0{,}3\text{ моль } (n(\mathrm{O_2}))$ Відповідь: $n(\mathrm{O_2}) = 0{,}3\text{ моль}$

Завдання 2. Який об’єм кисню (за н. у.) знадобиться на спалювання вуглецю масою $12\text{ г}$?

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 2

Дано:

Розв’язання:

$m(\mathrm{C}) = 12\text{ г}$ $V(\mathrm{O_2}) - ?$

$\overset{1\text{ моль}}{\underset{1\text{ моль}}{\underline{\mathrm{C}}}} + \overset{x\text{ моль}}{\underset{1\text{ моль}}{\underline{\mathrm{O_2}}}} = \mathrm{CO_2}$ $n = \dfrac{m}{M}, \quad M(\mathrm{C}) = 12\text{ г/моль}$ $n(\mathrm{C}) = \dfrac{12\text{ г}}{12\text{ г/моль}} = 1\text{ моль}$ $\dfrac{1}{1} = \dfrac{x}{1} \implies x = \dfrac{1 \cdot 1}{1} = 1\text{ моль } (n(\mathrm{O_2}))$ $V = n \cdot V_m, \quad V_m = 22{,}4\text{ дм}^3/\text{моль}\text{ (л/моль)}$ $V(\mathrm{O_2}) = 1\text{ моль} \cdot 22{,}4\text{ л/моль} = 22{,}4\text{ л}$ Відповідь: $V(\mathrm{O_2}) = 22{,}4\text{ л}$ (або $22{,}4\text{ дм}^3$)

Завдання 3. Яка хімічна кількість цинк хлориду утвориться під час дії хлоридної кислоти на цинк масою $6{,}5\text{ г}$?

🔍 Показати розв'язок та відповідь до Завдання 3

Дано:

Розв’язання:

$m(\mathrm{Zn}) = 6{,}5\text{ г}$ $n(\mathrm{ZnCl_2}) - ?$

$\overset{0{,}1\text{ моль}}{\underset{1\text{ моль}}{\underline{\mathrm{Zn}}}} + 2\mathrm{HCl} = \overset{x\text{ моль}}{\underset{1\text{ моль}}{\underline{\mathrm{ZnCl_2}}}} + \mathrm{H_2}\uparrow$ $n = \dfrac{m}{M}, \quad M(\mathrm{Zn}) = 65\text{ г/моль}$ $n(\mathrm{Zn}) = \dfrac{6{,}5\text{ г}}{65\text{ г/моль}} = 0{,}1\text{ моль}$ $\dfrac{0{,}1}{1} = \dfrac{x}{1} \implies x = \dfrac{0{,}1 \cdot 1}{1} = 0{,}1\text{ моль } (n(\mathrm{ZnCl_2}))$ Відповідь: $n(\mathrm{ZnCl_2}) = 0{,}1\text{ моль}$

• ← Назад до змісту довідника