Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Данный фундаментальный труд Анны Анастази зарекомендовал себя как один из лучших классических учебников по дифференциальной психологии мирового уровн...полностью>>
'Закон'
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа с. Кочегуры Чернянского района Белгородской области» функционирует в ...полностью>>
'Календарно-тематический план'
- закрепление и углубление знаний, полученных студентами в период теоретического обучения, приобретение необходимых умений, навыков, и опыта практиче...полностью>>
'Реферат'
Новаторский характер творчества любимого композитора Л.Г. Николаи – К.В. Глюка. Близость мировоззрения и взглядов на музыку К.В. Глюка и Л.Г. Николаи...полностью>>

Задача 1 (1)

Главная > Задача
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Математические методы решения химических задач

Расчет состава смесей по уравнениям химических реакций

            Стандартный сценарий подобных задач сводится к тому, что смесь двух веществ реагирует с одним реагентом. Зная количество израсходованного реагента (полученного продукта), и массу смеси веществ, можно определить доли каждого из веществ. Возможны несколько усложненные варианты: например, когда масса смеси веществ неизвестна, но смесь веществ участвует в двух реакциях, или когда дана смесь из трех веществ с известной массой и две серии реакций. Встречаются задачи, когда смесь из трех веществ неизвестной массы участвует в трех сериях реакций. Анализу различных  способов решения этих задач посвящена данная глава.

            Задача 2.1.  В результате полного восстановления 30,4 г смеси монооксида железа  FeO и триоксида  дижелеза Fe2O3  избытком CO было получено 11,2 л (н. у.) углекислого газа. Определите массовую долю монооксида железа в смеси.

            Способ 2А. Составлением системы уравнений. Начнем решение задачи с составления уравнений реакций:

FeO + CO              Fe + CO2

Fe2O3  + 3CO         2Fe + 3CO2

Под уравнениями подставим данные, соответствующие молярному уровню прочтения уравнения. Например, уравнение взаимодействия триоксида дижелеза с СО можно прочитать так: В результате взаимодействия 1 моля Fe2O3 c 3 молями угарного газа образуется 2 моля металлического железа и 3 моля углекислого газа. Над уравнением поместим данные, соответствующие условию задачи, введя минимальное число неизвестных. Предварительно переведем полученный объем углекислого газа в количество вещества (СО2)=11,2:22,4=0,5 моль

     x г                                (0,5-y)

   FeO  +  СО          Fe +  СО2

1 моль                              1 моль 

  72 г                                        

 

(30,4-x)г                            y 

Fe2O3  + 3СО      2Fe + 3СО2

1 моль                          3 моль   

 160 г                                           

Отношение массы реагента из условия задачи к массе реагента, подставленной из уравнения реакции, равно такому же отношению масс, молей, объемов для продукта реакции, т. е.: x/72=(0,5-y):1 и (30,4-x)/160=y/3. Таким образом, мы получили систему уравнений с двумя неизвестными. Решение системы уравнений даст количество диоксида углерода, полученного при восстановлении Fe2O3 равное 0,3 молям. Следовательно, при восстановлении FeO образовалось 0,2 моль CO2. Значит в исходной смеси находилось 0,2 моль FeO и 0,1 моль Fe2O3. Общая масса такой смеси будет равна 0,272 + 0,1160=30,4. Массовая доля FeO будет равна 14,4:30,4=0,4737 или 47,37%.

             Способ 2Б.  Составлением системы уравнений в неявном виде. Этот способ является более простым в сравнении с предыдущим, т. к. связан с более легкими расчетами. Отличие его от способа 2а состоит в том, что количества продуктов, выражаем двумя неизвестными, например, y1 и y2.   

 

   x г                                    y1

   FeO  +  CO        Fe +   CO2

1 моль                              1 моль 

  72 г                                        

(30,4-x)г                               y2

Fe2O3  + 3CO         2Fe + 3CO2

1 моль                              3 моль   

 160 г                                           

            Нам известно, что y1 + y2 = 0,5 моль (11,2 л). Из пропорций выразим y1 и y2, подставив полученные значения в предыдущее уравнение, получим: х:72 + 3(30,4-x):160 = 0,5. Решив уравнение получим х=14,4.

            Способ 2В. С использованием количества вещества. 

  х                             у

FeO + CO         Fe + CO2

 

  у                                  3у 

Fe2O3  + 3CO          2Fe + 3CO2 

            Примем количество FeO за х, а количество Fe2O3 за у.  Из уравнений реакций следует, что 1 моль FeO позволит получить 1 моль углекислого газа. А 1 моль Fe2O3 - 3 моль углекислого газа. Следовательно из х моль FeO получится х моль углекислого газа, а из у моль Fe2O3 - 3у моль СО2. Выразим массу оксидов железа через принятые нами количества вещества. m(FeO)=72x; m(Fe2O3) = 160yПолученные значения масс позволяют получить первое уравнение m(FeO) + m(Fe2O3) = 30,4 или 72х + 160у = 30,4. Найдём полученное количество углекислого газа 11,2/22,4=0,5. Найдя суммарное в обеих реакциях количество углекислого газа, получим второе уравнение. х + 3у = 0,5. Таким образом нам удалось получить систему уравнений с двумя неизвестными: 72х + 160у = 30,4

                        х + 3у = 0,5

Умножив второе уравнение на 72 получим: 72х + 216у = 36. Отняв от первого уравнения второе найдем: 56у=5,6. Откуда у=0,1, а х = 0,2. Таким образом массовая доля монооксида железа будет равна (FeO)= 0,272/30,4= 14,4/30,4=0,4737 или 47,37%.

           

            Задача 2.2. Смесь муравьиной и уксусной кислот была поделена на 2 равные части. Одна часть смеси при взаимодействии с магнием выделила 5,6 л водорода, а  другая была сожжена. Продукты ее сгорания были пропущены в избыток раствора известковой воды. Масса выпавшего при этом осадка составила 80 г. Определите состав исходного раствора (в мольных долях) и его массу.

            Для решения задачи воспользуемся способом 2в.  Начнем с составления уравнений реакций химических процессов, описанных в задаче.

2CH3COOH + Mg  Mg(CH3COO)2 + H2

2HCOOH  + Mg  Mg(HCOO)2 + H2

CH3COOH +  2O2   2CO2 + 2H2

HCOOH +    0,5O2   CO2 + H2O

CO2  + Ca(OH)2       CaCO3 + H2

            Найдем количество выделившегося водорода.  (Н2) = 5,6/22,4=0,25 моль.

            Из уравнений реакции кислот с магнием следует, что количество кислот вдвое превышает количество выделившегося водорода. Значит (СН3СООН) + (НСООН) = 0,5 моль.

            С другой стороны, из уравнения реакции углекислого газа с гидроксидом кальция следует, что количество выпавшего в осадок карбоната кальция равно количеству образовавшегося в ходе реакции горения кислот углекислого газа. (СаСО3) = m/M=80/100 = 0,8 моль.  (СО2) = 0,8 моль.

            Каждый моль муравьиной кислоты в результате горения образует 1 моль углекислого газа, а каждый моль уксусной кислоты образует 2 моль углекислого газа.  (НСООН) + 2(СН3СООН) = 0,8 моль.

            Решим полученную систему уравнений:

(СН3СООН) + (НСООН) = 0,5 моль.

(НСООН) + 2(СН3СООН) = 0,8 моль. 

            Решив найдем, что (СН3СООН) = 0,3 моль (после разделения)

(НСООН)=0,2 моль (после разделения).

Нетрудно определить, что количество исходной уксусной смеси в смеси до её разделения было равно 0,32=0,6 моль; количество исходной муравьиной кислоты было равно 0,22=0,4 моль. Мольная доля уксусной кислоты в исходной смеси равна (СН3СООН) = 0,6/1=0,6 или 60%. Мольная доля муравьиной кислоты равна (НСООН) = 0,4/1=0,4 или 40%.

            Масса исходного раствора равна m(НСООН) + m(СН3СООН) = 0,446 + 0,660= 18,4 + 36 = 54,4 г.

            Задача 2.3. При сжигании 2,48 г смеси пропана, пропена, пропина образовалось 4,03 л углекислого газа (н. у.). Сколько граммов воды получилось при этом?

            Для решения найдем количество углекислого газа. (СО2)= V:Vм=4,03 л: 22,4 л/моль =0,18 моль. (С)= (СО2)=0,18 моль. Найдем массу углерода m(C)= M= 0,18 моль12 г/моль=2,16 г. Масса водорода, входящего в состав углеводородов будет равна m(H) = 2,48 г - 2,16 г = 0,32 г. Найдем количество водорода (Н)= m/M 0,32 г/1 г/моль = 0,32 моль. (Н)= (Н2О)2. (Н2О)=0,16 моль. m(H2O) = M = 0,16 моль18=2,88 г.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Задача №1 (1)

    Задача
    1. Упростить схему, заменив последовательно и параллельно соединенные резисторы четвертой и шестов ветви эквивалентными. Дальнейший расчет (п2-п10 вести по упрощенной схеме).
  2. Задача№6/1

    Задача
    Для заданной статически определенной фермы необходимо построить диаграмму Максвелла-Кремоны; по построенной диаграмме определить числовые значения усилий и составить таблицу учетных данных.
  3. Задача №9

    Задача
    Третье начало термодинамики говорит о том, как энтропия ведет себя вблизи абсолютного нуля температур. Третье начало термодинамики относится только к равновесным состояниям
  4. Задачей данного курса является повышение квалификации врачей-хирургов по колопроктологии и избранным разделам абдоминальной хирургии

    Программа
    Задачей данного курса является повышение квалификации врачей-хирургов по колопроктологии и избранным разделам абдоминальной хирургии. Программа предусматривает получение слушателями современных знаний по эндоскопической диагностике
  5. Задача расчет линейной цепи при постоянных токах и напряжениях

    Задача
    Для составления уравнения путем непосредственного применения законов Кирхгофа зададим направления токов во всех шести ветвях схемы, а также укажем направления обхода контуров.
  6. Задачи по теме: «Молекулярная физика» 4-06

    Документ
    1. Сочинения Демокрита – одного из родоначальников атомной гипотезы – были утеряны в первых веках нашей эры, сохранилось лишь небольшое число отрывков и свидетельств античных авторов, живших позднее.

Другие похожие документы..