§ 19. Обчислення за хімічними рівняннями

• До змісту відповідей

ДІЗНАТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Як використовують маси та кількості речовини реагентів і продуктів, а також об’єми газів у розв’язуванні задач?

Ці величини використовують для проведення обчислень за хімічними рівняннями, спираючись на значення молярних мас та коефіцієнти, які вказують на співвідношення кількостей речовин (моль).

ПРАЦЮЄМО РАЗОМ

Задача 1. Обчислити кількість речовини $\text{Al}_2\text{S}_3$, яка утвориться внаслідок реакції алюмінію із сіркою кількістю речовини 0,6 моль.

Дано:
$n(S) = 0,6 \text{ моль}$

Знайти:
$n(Al_2S_3) - ?$

Розв’язання:
Записуємо рівняння реакції:
$2\text{Al} + 3\text{S} = \text{Al}_2\text{S}_3$
Згідно з рівнянням, із 3 моль сірки ($\text{S}$) утворюється 1 моль алюміній сульфіду ($\text{Al}_2\text{S}_3$).
Співвідношення кількостей речовин: $n(S) : n(Al_2S_3) = 3:1$.
$n(Al_2S_3) = \dfrac{1}{3} n(S) = \dfrac{1}{3} \cdot 0,6 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$.

Відповідь: 0,2 моль.

Задача 2. Обчислити масу магнію, який прореагував з киснем, якщо маса одержаного оксиду $\text{MgO}$ становила 16 г.

Дано:
$m(MgO) = 16 \text{ г}$

Знайти:
$m(Mg) - ?$

Розв’язання:
Записуємо рівняння реакції:
$2\text{Mg} + \text{O}_2 = 2\text{MgO}$

1. Обчислимо кількість речовини магній оксиду ($M(\text{MgO}) = 40 \text{ г/моль}$):
   $n(\text{MgO}) = \dfrac{16 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль}$.
2. За рівнянням кількість речовини магнію дорівнює кількості речовини оксиду ($n(Mg) = n(MgO)$), тому $n(\text{Mg}) = 0,4 \text{ моль}$.
3. Обчислимо масу магнію ($M(Mg) = 24 \text{ г/моль}$):
   $m(\text{Mg}) = 0,4 \text{ моль} \cdot 24 \text{ г/моль} = 9,6 \text{ г}$.

Відповідь: 9,6 г.

Обчисліть масу речовини $\text{LiI}$, яку одержали за реакцією літію з йодом $\text{I}_2$ кількістю речовини 0,1 моль.

Дано:
$n(I_2) = 0,1 \text{ моль}$

Знайти:
$m(LiI) - ?$

Розв’язання:
Записуємо рівняння реакції:
$2\text{Li} + \text{I}_2 = 2\text{LiI}$

1. Згідно з рівнянням, з 1 моль йоду ($\text{I}_2$) утворюється 2 моль літій йодиду ($\text{LiI}$).
   $n(\text{LiI}) = 2 \cdot n(I_2) = 2 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}$.
2. Молярна маса $\text{LiI}$ становить $7 + 127 = 134 \text{ г/моль}$.
3. Маса продукту:
   $m(\text{LiI}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 134 \text{ г/моль} = 26,8 \text{ г}$.

Відповідь: 26,8 г.

Задача 3. Обчислити об’єм кисню, який утвориться внаслідок повного розкладу гідроген пероксиду кількістю речовини 0,3 моль.

Дано:
$n(H_2O_2) = 0,3 \text{ моль}$

Знайти:
$V(O_2) - ?$

Розв’язання:
Записуємо рівняння реакції:
$2\text{H}_2\text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$

1. За рівнянням із 2 моль $\text{H}_2\text{O}_2$ виділяється 1 моль $\text{O}_2$.
   $n(\text{O}_2) = \dfrac{1}{2} n(H_2O_2) = \dfrac{0,3}{2} = 0,15 \text{ моль}$.
2. Об’єм кисню (н.у., $V_M = 22,4 \text{ л/моль}$):
   $V(\text{O}_2) = 0,15 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 3,36 \text{ л}$.

Відповідь: 3,36 л.

Мідь можна одержати за реакцією оксиду $\text{CuO}$ з воднем. Обчисліть масу оксиду і об’єм водню, які взаємодіють, якщо утворюється мідь масою 16 г.

Дано:
$m(Cu) = 16 \text{ г}$

Знайти:
$m(CuO) - ?$
$V(H_2) - ?$

Розв’язання:
Записуємо рівняння реакції:
$\text{CuO} + \text{H}_2 = \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$

1. Обчислимо кількість речовини міді ($M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$):
   $n(\text{Cu}) = \dfrac{16 \text{ г}}{64 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$.
2. За коефіцієнтами рівняння $n(\text{CuO}) = n(\text{Cu}) = 0,25 \text{ моль}$ і $n(\text{H}_2) = n(\text{Cu}) = 0,25 \text{ моль}$.
3. Маса купрум(II) оксиду ($M(\text{CuO}) = 80 \text{ г/моль}$):
   $m(\text{CuO}) = 0,25 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 20 \text{ г}$.
4. Об’єм водню (н.у.):
   $V(\text{H}_2) = 0,25 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 5,6 \text{ л}$.

Відповідь: 20 г CuO; 5,6 л H2.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про способи розв’язування задач з використанням мас, кількостей речовини реагентів і продуктів, об’ємів газів.

Основним способом розв’язання задач є використання хімічного рівняння, де коефіцієнти вказують на співвідношення кількостей речовини (моль) реагентів і продуктів. Обчислення можна проводити двома методами:

1. Шляхом складання пропорції безпосередньо за рівнянням, використовуючи молярні маси та молярний об’єм.
2. Шляхом попереднього переведення всіх відомих величин у кількість речовини ($n$), визначення кількості речовини шуканої сполуки за рівнянням та подальшого обчислення її маси або об’єму.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям.

Чому під час розрахунків за хімічними рівняннями ми не можемо напряму прирівнювати маси речовин у грамах так само, як ми використовуємо співвідношення їхніх коефіцієнтів?

Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх.

Моя відповідь ґрунтується на розумінні моля як кількості частинок: різні атоми мають різну масу, тому співвідношення мас не дорівнює співвідношенню кількості частинок. Більшість однокласників відповіли правильно, зазначивши різницю в атомних масах, тому я оцінюю відповіді як високі.

Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Я вважаю таку оцінку справедливою, оскільки ми правильно зрозуміли головну ідею параграфа: хімічні реакції відбуваються між певним числом частинок (молями), а не між грамами.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

203. У наведених записах укажіть значення $x$: a) $\text{SO}_3 + \text{Li}_2\text{O} = \text{Li}_2\text{SO}_4$; б) $\text{MgO} + 2\text{HCl} = \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$; в) $\text{CO}_2 + 2\text{KOH} = \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$; г) $\text{SO}_2 + \text{CaO} = \text{CaSO}_3$.

• а) $n(SO_3) : n(Li_2O) = 1:1$. Якщо $n(Li_2O) = 0,2 \text{ моль}$, то $x = 0,2 \text{ моль}$.
• б) $n(MgO) : n(HCl) = 1:2$. $n(MgO) = 8 \text{ г} / 40 \text{ г/моль} = 0,2 \text{ моль}$. Тоді $x = 0,2 \cdot 2 = 0,4 \text{ моль}$.
• в) $n(CO_2) : n(KOH) = 1:2$. На 1 моль лугу потрібно 0,5 моль газу. $x = 0,5 \cdot 22,4 = 11,2 \text{ л}$.
• г) $n(SO_2) = 44,8 / 22,4 = 2 \text{ моль}$. Потрібно 2 моль $\text{CaO}$. $x = 2 \cdot 56 = 112 \text{ г}$.

204. Обчисліть кількість речовини сполуки $\text{FeCl}_3$, яка утворилася внаслідок взаємодії заліза з хлором $\text{Cl}_2$ кількістю речовини 0,1 моль.

Дано:
$n(Cl_2) = 0,1 \text{ моль}$

Знайти:
$n(FeCl_3) - ?$

Розв’язання:
$2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 = 2\text{FeCl}_3$
Співвідношення кількостей речовини $n(\text{Cl}_2) : n(\text{FeCl}_3) = 3:2$.
$n(\text{FeCl}_3) = \dfrac{2}{3} n(Cl_2) = \dfrac{0,1 \cdot 2}{3} \approx 0,067 \text{ моль}$.

Відповідь: 0,067 моль.

205. Реакція відбувається згідно з рівнянням $A + 3B = 2V + 3G$. Які кількості речовини $V$ і $G$ утворяться, якщо прореагує: а) 0,1 моль $A$; б) 6 моль $B$? (Усно.)

а) Дано $n(A) = 0,1 \text{ моль}$.
За рівнянням $n(V) = 2 \cdot n(A) = 0,2 \text{ моль}$; $n(G) = 3 \cdot n(A) = 0,3 \text{ моль}$.

б) Дано $n(B) = 6 \text{ моль}$.
За рівнянням $n(V) = \dfrac{2}{3} n(B) = \dfrac{6 \cdot 2}{3} = 4 \text{ моль}$; $n(G) = n(B) = 6 \text{ моль}$.

Відповідь: а) 0,2 моль V та 0,3 моль G; б) 4 моль V та 6 моль G.

206. Обчисліть масу оксиду $\text{CaO}$, яка утворилася після спалювання кальцію масою 10 г. (Усно.)

Дано:
$m(Ca) = 10 \text{ г}$

Знайти:
$m(CaO) - ?$

Розв’язання:
$2\text{Ca} + \text{O}_2 = 2\text{CaO}$
$n(\text{Ca}) = 10 \text{ г} / 40 \text{ г/моль} = 0,25 \text{ моль}$.
$n(\text{CaO}) = n(\text{Ca}) = 0,25 \text{ моль}$.
$m(\text{CaO}) = 0,25 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 14 \text{ г}$.

Відповідь: 14 г.

207. Обчисліть об’єм сірчистого газу $\text{SO}_2$, який було одержано спалюванням сірки масою 16 г. (Усно.)

Дано:
$m(S) = 16 \text{ г}$

Знайти:
$V(SO_2) - ?$

Розв’язання:
$\text{S} + \text{O}_2 = \text{SO}_2$
$n(\text{S}) = 16 \text{ г} / 32 \text{ г/моль} = 0,5 \text{ моль}$.
$n(\text{SO}_2) = n(\text{S}) = 0,5 \text{ моль}$.
$V(\text{SO}_2) = 0,5 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 11,2 \text{ л}$.

Відповідь: 11,2 л.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

208. Обчисліть кількість речовини кисню, який прореагував з оксидом $\text{NO}$, якщо утворився оксид $\text{NO}_2$ об’ємом 5,6 л.

Дано:
$V(NO_2) = 5,6 \text{ л}$

Знайти:
$n(O_2) - ?$

Розв’язання:
$2\text{NO} + \text{O}_2 = 2\text{NO}_2$
$n(\text{NO}_2) = \dfrac{5,6 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,25 \text{ моль}$.
$n(\text{O}_2) = \dfrac{1}{2} n(NO_2) = \dfrac{0,25}{2} = 0,125 \text{ моль}$.

Відповідь: 0,125 моль.

209. Після повного термічного розкладу крейди $\text{CaCO}_3$ утворилися оксид $\text{CaO}$ кількістю речовини 0,15 моль і вуглекислий газ. Обчисліть масу крейди, використаної в досліді. Вважайте, що в крейді немає домішок.

Дано:
$n(CaO) = 0,15 \text{ моль}$

Знайти:
$m(CaCO_3) - ?$

Розв’язання:
$\text{CaCO}_3 = \text{CaO} + \text{CO}_2$
$n(\text{CaCO}_3) = n(\text{CaO}) = 0,15 \text{ моль}$.
$M(\text{CaCO}_3) = 100 \text{ г/моль}$.
$m(\text{CaCO}_3) = 0,15 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} = 15 \text{ г}$.

Відповідь: 15 г.

210. Обчисліть сумарний об’єм газів, одержаних унаслідок розкладу електричним струмом води кількістю речовини 0,1 моль.

Дано:
$n(H_2O) = 0,1 \text{ моль}$

Знайти:
$V_{\text{сум}} - ?$

Розв’язання:
$2\text{H}_2\text{O} = 2\text{H}_2 + \text{O}_2$
З 2 моль води утворюється 3 моль газів ($2 + 1 = 3$).
$n(\text{газів}) = \dfrac{3}{2} \cdot n(H_2O) = \dfrac{0,1 \cdot 3}{2} = 0,15 \text{ моль}$.
$V = 0,15 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 3,36 \text{ л}$.

Відповідь: 3,36 л.

211. У лабораторії одержали кисень термічним розкладом речовини $\text{KClO}_3$. Схема цієї реакції: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$. Маса речовини, використаної в досліді, становила 3,5 г, а об’єм одержаного кисню — 560 мл. За допомогою обчислень визначте, чи вся речовина розклалася.

Дано:
$m(KClO_3) = 3,5 \text{ г}$
$V(O_2) = 560 \text{ мл} = 0,56 \text{ л}$

Знайти:
Чи вся речовина розклалася?

Розв’язання:
$2\text{KClO}_3 = 2\text{KCl} + 3\text{O}_2$

1. Обчислимо теоретичну кількість речовини $\text{KClO}_3$ ($M = 122,5 \text{ г/моль}$):
   $n(\text{KClO}_3) = \dfrac{3,5 \text{ г}}{122,5 \text{ г/моль}} \approx 0,0286 \text{ моль}$.
2. Теоретичний об’єм кисню при повному розкладі:
   $n_{\text{теор}}(\text{O}_2) = \dfrac{3}{2} n(KClO_3) = 0,0286 \cdot 1,5 = 0,0429 \text{ моль}$.
   $V_{\text{теор}} = 0,0429 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 0,96 \text{ л} = 960 \text{ мл}$.
3. Оскільки $560 \text{ мл} < 960 \text{ мл}$, речовина розклалася не повністю.

Відповідь: не вся речовина розклалася.

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

212. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Приклад таблиці для самооцінювання: