Готуємося до олімпіади з хімії

Розрахунки з використанням формул для обчислення кількісних характеристик газуватих сумішей

Об’ємна частка газів у суміші обчислюється як відношення об’єму компонента до об’єму суміші:

φ(A)= V(A)/ V(суміші);

Молярна маса суміші газів дорівнюється сумі добутків об’ємної частки на молярну масу на молярну масу кожного компонента:

М(суміші)= φ(A)*М(А) +  φ(В)*М(А);

Маса компонентів суміші:

m(А)= М(А)*N(A)/ NA

m(А)= М(А)*V(A)/ VA

m(А)= М(А)*υ(A);

об’єми компонентів суміші:

V(A)= m(A)*Vм / M(A) 

Приклад розв’язування  задач:

1.     Змішали карбон(ІV) оксид та азот. Одержали суміш газів об’ємом 20,16л. (н.у.) і масою 36г. Обчисліть масову частку (%) карбон(ІV) оксиду в одержаній суміші.

Розв’язання:

Нехай х -  m(СО2) у суміші газів; у - -  m(N2) у суміші газів, тоді:

х+ у= 36 (перше рівняння системи алгебраїчних рівнянь).

Об’єми складових суміші газів:

V(СО2)= m(СО2)*Vм / M(СО2) = х*22,4г/моль / 44г/моль;

V(N2)= m(N2)*Vм / M(N2) = у*22.4г/моль /28г/моль

0,51х + 0,8у = 20,16 ( друге рівняння системи алгебраїчних рівнянь).

Система алгебраїчних рівнянь:

{ х+у= 36,

{0,51х+0,8у=20,16.

Звідси: х=29,8;  у=6,2

  m(СО2)= 29,8г,   m(N2)= 6,2г.

масова частка ω(СО2)= 29,8/36=82,78%;

масова частка ω(N2) = 6,2/36= 17,22%.

Відповідь: 82,8%; 17,5%.

                                                                        Задачі  для самостійного розв’язування

Задача 1.  8л суміші газів, яка складається з водню та метану, важить 4,36г. Скільки літрів кожного з газів входить до складу цієї суміші?

Задача 2. Посудину місткістю 120л заповнили за нормальних умов 75г суміші амоніаку та водню. Розрахуйте:

А) об’єм (н.у.) кожного газу, що міститься в посудині;

Б) відносну густину суміші за повітрям.

Задача 3.  Під час неповного окиснення палива у двигунах внутрішнього згоряння в довкілля з вихлопними газами потрапляє чадний газ СО (сильна отрута) та вуглекислий газ СО2. Обчисліть об’ємні частки (%) складових суміші, густина якої за воднем становить 18,93.

Задача 4  Суміш, яку приготували з карбон (ІV) оксиду об’ємом 16,8л та азоту об’ємом 16,8л (н.у.), має молярну масу: (36 г/моль, 72г/моль, 18г/моль), ії відносна густина за воднем дорівнює: (18, 9, 1,8)?  

Обчислення за газовими законами

Закон об’ємних відношень газів:

За однакових умов об’єми газів, що вступають у реакцію, відносяться між собою та до об’єму утворених газів як невеликі цілі числа.

Ці числа відповідають коефіцієнтам у рівняннях хімічних реакцій між газами.

Закон справедливий лише для газів, що перебувають за однакових умов.

Нормальні умови (н.у.):

Т (температура) – 0 С , або 273 К;

Р (тиск) – 1, 01325*10 5 Па (101, 325 кПа), або 760 мм рт. ст.., або 1 атм.

Рівняння Клапейрона – Менделєєва:

P*V= m/M*R*T,             R – універсальна газова стала – 8,31 Дж/К*моль

                                                       - 0,082 л*атм/К*моль                                                           M= mRT/pV                                              

Приклад розв’язування задач:

Задача 1. Обчисліть об’єм кисню, який було використано для озонування, якщо після завершення реакції сталося зменшення об’єму на 125л. Обчисліть об’єм озону, що утворився.

Розв’язання:

3О2 = 2О3

3V      2V

1.     Унаслідок реакції озонування відбулося зменшення об’єму:

 V = 3V (O2) – 2V (O3) = 1V

2. За зміни об’єму: на 1V  реагують 3V   О2;

                                 На 125л – Хл О2;

                                        Х= 375л О2

2.     За рівнянням реакції:

                               З 3V     О2 утворилися    2V    О3;

                                  З 375л О2  -           Хл       О3;

                                     Х = 250л.

Відповідь:  375л О2;  250л О3.

Задачі для самостійного розв’язування:

Задача 1. Газ масою 0,78г займає об’єм 0,2л за температури 27 С і тиску 324 кПа. Обчисліть відносну молекулярну масу газу.

Задача 2. Балон ємністю 25л наповнений газуватим киснем під тиском 150 атм при температурі 20С. Визначте кількість речовини в балоні.

Задача 3. У процесі озонування об’єм вихідного газу зменшився на 102мл. Обчисліть об’єм кисню, що прореагував, та об’єм озону, який утворився.

Формула речовини та стехіометричні співвідношення

Пригадаємо:

         Стехіометрія – вивчає кількісний склад речовини, а також кількісні зміни, що відбуваються з речовинами під час хімічних реакцій.

         Закон сталості складу речовини – кожна сполука, незалежно від способу її одержання, завжди має той самий склад.

         Закон кратних відносин – якщо два елементи утворюють кілька сполук, то маси одного елемента, що припадають на ту саму масу іншого елемента, співвідносяться як цілі числа.

Масова частка елемента в речовині – ω= А(Х)*n/ M речовини

Приклади розв’язування задач

Задача 1. Назвіть елемент Х, масова частка якого в речовині складу ХСО3 становить 28,57%.

На кислотний залишок (М (СО3) =60г/моль) припадає  - 71,43%;

На невідомий елемент Х                                                    -  28,57%.

З відси М (Х) = 24г/моль – це магній.

Задача 2. У результаті згорання 0,62г газоподібної органічної речовини Х одержали (н.у.) 448 мл вуглекислого газу, 224мл азоту й 0,9г води. Визначте найпростішу формулу речовини Х.

Обчислимо кількість речовини кожного з продуктів реакції:

υ (СО2) = 0,448/22,4 = 0,02 моль

υ (N2) = 0,224/22,4 = 0,01  моль

υ (Н2О) = 0,9/18 = 0,05      моль

Обчислимо їхні маси:

m (С) = 0,02*12 = 0,24г

m (N) = 0,01*2*14 = 0,28г

m (Н) = 0,05*2*1 = 0,1г

Сумарна маса елементів становить 0,24+0,28+0,1 = 0,62г.

Порівнюючи одержану масу з масою згорілої речовини Х, можна зробити висновок про відсутність атомів Оксисену в складі речовини Х.

Речовина має склад С Н N, молярне співвідношення атомів у якому вже відоме: 0,02:0,1:0,02 = 1:5:1 – СН5N.

         Задача 3. Виведіть формули сполуки, що складається з елементів кальцію, сульфуру, оксисену, масове співвідношення між якими дорівнює 5:4:8.

Находимо найменше кратне (40+32+16)/ 17  = 5;

25:20:40 = 5:4:8

Ca S O = 25/40: 20/32: 40/16 = 0,6: 0,6 : 2,5 = 1:1:4

 Відповідь: Ca S O4

                                  Задачи для самостійного розв'язування 

Задача 1. Массовая доля Карбона в его соединении с Оксигеном – 27,3%. Выведите формулу этого соединения , зная, что относительная молекулярная маса – 44. В газообразном состоянии это вещество используют для газирования минеральноъ води,  а в твердом состоянии известен как «сухой лед».

Задача 2. Массовая доля Купрума в соединении с Оксисеном равно 88,9%. Относительная молекулярная маса этого соединения – 144. Виведите формулу этого соединения, которое известно как минерал куприт красного цвета.

Задача 3. Элемент, высший оксид которого соответствует формуле RO2, образует с водородом соединение массовая доля Гидрогена в котором – 25%. Определите какой это элемент?

Задача 4. Массовая доля Оксигена в высшем оксиде элемента составляет 60%, а водородное соединение этого элемента соответствует формуле RH2 , какой это элемент?

Задача 5. Укажите элемент V группы, высший оксид которого содержит Оксигена- 56,4%.

Задача 6. До складу молекули харчової соди входять атоми Натрію, Гідрогену, Карбону, Оксисену. Масові частки елементів відповідно дорівнюють: 27,4%; 1,2%; 14,3%; 57,1%. Визначте формулу питної соди й обчислити Ії молекулярну масу.

Задача 7. Виведіть формулу сполуки, що складається з елементів кальцію, сульфуру, оксигену, масове співвідношення між якими дорівнює 5:4:8.

Задача 8. Сожгли органическое вещество массой 27,6г. Получили углекислый газ массой 52,8г и воду массой 32,4г. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху 1,59. Определите молекулярную формулу  и возможные структурные формулы этого вещества.