Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> Контрольна робота №1. Розв’язування задач на надлишок. Розв’язування задач на вихід продукту

Ви знаєте, що речовини взаємодіють у певних співвідношеннях. Але часто одна з вихідних речовин береться у надлишку, щоб забезпечити повнішу взаємодію іншої речовини. Реакція між речовинами відбувається доти, доки повністю прореагує одна з них, а надлишок іншої речовини залишається. Він участі в реакції не бере. Тому, розв'язуючії задачі цього типу, потрібно:
1)  з'ясувати насамперед, яка саме з вихідних речовим узята у надлишку, бо надлишок не реагуватиме;
2)  дальші обчислення робити за тією речовиною, яка прореагувала повністю.

Зверніть увагу, що під час розв'язування задач можливі різні варіанти.           

Для прикладу розглянемо розв'язування конкретних задач.

Задача 1.До розчину, який містить 1,42 г сульфату натрію, долили розчин, що містить 2,8 г нітрату барію. Утворений осад відфільтрували. Які речовини містяться у фільтраті?

Дано: m(Na₂S0₄) = 1,42 г     

          m(Ba(NO₃)₂) = 2,8 г     

              ^{------------------------------------------------}

          речовини у фільтраті = ?

Аналізуючи умову задачі, бачимо, що для обох солей, які реагують одна з одною, зазначена певна маса, яка може бути стехіометричною. Але, як правило, це ознака того, що на надлишок, він не реагуватиме. Тому визначаємо передусім яка з вихідних речовин узята у надлишку. Для цього складаємо рівняння реакції:

_{1,42 Г                                          2,8 Г}
Na₂S0₄      +                 Ba(NO₃)₂      =      BaS0₄ ↓ + 2NaN0₃

M = 46 + 32 + 64 =      M = 137 + 28 + 96 =
    = 142 г/моль               = 261 г/моль
m = 142 г                     m = 261г

З рівняння реакції видно, що 142 г Na₂S0₄ взаємодіє із 961 г Ba(N0₃)₂, а якщо Na₂S0₄ узято 1,42 г, тобто у 100 раз менше, то й маса Ba(N0₃)₂, що реагуватиме, буде у 100 раз меншою — 2,61 г. Отже, нітрат барію Ba(N0₃)₂ узято у надлишку. Цей надлишок становитиме: 2,8 г - 2,61 г = 0,19 г, і міститиметься він у фільтраті разом з нітратом натрію NaNO який залишився в розчині, коли осад BaS0₄ відфільтрували.

Відповідь: у фільтраті містяться нітрат натрію NaN0₃ і надлишок нітрату барію Ba(N0₃)₂.

Задача 2. У розчин, що містить їдкий натр масою 20 г, пропустили оксид сульфуру(ІV) об'ємом 15 л (н. у.). Визначте масу солі, яка утворилась внаслідок реакції.

Дано: m(NaOH) = 20 г

          V(S0₂) = 15 л

^{--------------------------------------------------}
          m (солі) = ?

Ознакою того, що дана задача на надлишок, є зазначення в її умові даних обох речовин, що взаємодіють між собою. Тож потрібно спочатку з'ясувати, яка речовина узята у надлишку. Для цього слід скласти рівняння реакції. Але як це зробити, якщо ми не знаємо, яка сіль утворилась? Адже може бути або середня, або кисла сіль. Якщо надлишок їдкого натру, то утворюється середня сіль, а якщо надлишок оксиду сульфуру (IV), то — кисла сіль (чому? Обґрунтуйте).

Припускаємо, що утворилася середня сіль, тоді...

Перший спосіб                  

1) Яка з вихідних речовин у надлишку, якщо утворюється середня сіль?

2NaOH        +          S0₂      =     Na₂S0₃ + Н₂0

v = 2 моль            v = 1 моль                                          
М = 40 г/моль      Vm = 22,4 л/моль
m = 40 • 2 = 80 г  V = 22,4 л

Дізнаємось, яку кількість речовини  становлять  20 г NaOH:

                20 г • 1 моль  
 v(NaOH) =----------------= 0,25 моль.
                       80 г                      

З'ясовуємо мольне співвідношення речовин, які взаємодіють. З рівняння реакції видно, що

v(NaOH): v(S0₂) = 2 :1,

тобто кількість речовини S0₂ вдвічі менша, отже, якщо взаємодіє 0,25 моль NaOH, то S0₂ — вдвічі менше, а с 0,125 моль:

2 :1 = 0,25 : 0,125.

Обчислюємо, яку кількість речовини становлять 15л S0₂:

              _{15 л • 1 моль}   
v(SO₂) =     22,4 л      = 0,67 моль;

0,67 > 0,125, отже, S0₂ у надлишку.

А ми вже знаємо, якщо S0₂ у надлишку, то утворюєть кисла сіль (чому?). Складаємо інше рівняння реакції і за ним перевіряємо, чи справді сіль кисла, й обчислюємо її масу:

NaOH          +         S0₂      =                NaHS0₃
v = 1 моль              v = 1 моль              М = 104 г/моль
М = 40 г/моль        Vm = 22,4 л/моль   m = 104 г
m = 40 г                 V = 22,4 л

                   _{20 г • 1моль}  
v(NaOH) =------------------= 0,5 моль;

                       ^{40 г}
v(NaOH) : v(S0₂) = 1 : 1;     1 : 1 = 0,5 : 0,5;

             _{15 л • 1моль}
v(SO₂)=------------------- = 0,67 моль;

                    ^{22,4 л}
0,67 > 0,5, отже, SO₂ у надлишку, сіль — кисла.

Це означає, що подальші розрахунки треба проводити за їдким натром, оскільки він прореагував повністю.

2) Яка маса утвореної солі?

                                    m = M • v;

m = (NaHS0₃) = 104 г/моль •  0,5 моль = 52 г.

Відповідь: m(NaHS0₃) = 52 г.

Другий спосіб
1) Яка з вихідних речовин у надлишку, якщо утворюється середня сіль?
   _{20 г                                          15 л}
2NaOH                           SO₂                     =     Na₂S0₃ + H₂0
v = 2 моль                   v = 1 моль    

М = 40 г/моль             Vm  = 22,4 л/моль

m = 80 г                       V = 22,4 л

З рівняння реакції видно, що 80 г NaOH повністю взаємодіють з 22,4 л SO₂, а 20 г NaOH — з х л SO₂, отже:

                                             _{20 г  • 22,4 л}

80 : 20 = 22,4 :x,      х = ---------------------= 5,6л (SO₂).

                                                      ^{80 г}
За умовою задачі пропускали 15 л SО₂,  a npoреагувало лише 5,6 л. Отже, оксид сульфуру(IV) взято у надлишку. Це означає, що сіль, яка утворюється, кисла. У такому разі треба скласти інше хімічне рівняння і за ним перевірити, чи справді утворюється кисла сіль:
NaOH             +            SO₂        =              NaHS0₃
v = 1 моль                   v = 1 моль                М = 104 г/моль
М = 40 г/моль             Vm = 22,4 г/моль      m =104г
m = 40 г                     V = 22,4 л

                                       _{20 г • 22,4 л}
40 : 20 = 22,4 : х;      х =---------------------= 11,2 л (SO₂).
                                             ^{40 г}
Сіль кисла NaHSO₃ і у даному разі S0₂ у надлишку.

2) Тепер можна обчислювати масу утвореної солі. Ви пам'ятаєте, що розрахунок ведеться за (речовиною, яка прореагувала повністю, тобто за гідроксилом натрію NaОН.

З рівняння реакції видно, якщо взаємодіє S0₂ і 40 г Na0H, то утворюється 104 г NaНS0₃, а якщо з S0₂ взаємодіє 20 г NaОН, то — х г солі гідросульфіту натрію:

40 : 20 = 104 : x;   х = 20 г • 104 г = 52 г (NaHSO₃)

                                                    ^{40 г}

Відповідь: m(NaHS0₃) = 52 г.

Розв’язування задач на вихід продукту

Ви розумієте, що в основі виробництва сульфатної кислоти (так само і будь-якого іншого хіміко-технологічного процесу) лежить хімічне перетворення речовин — хімічні реакції. Їхню суть виражають хімічними рівняннями, що складаються на основі закону збереження маси речовин.

Сформулюйте закон збереження маси речовин і поясніть і поясніть його з погляду атомно-молекулярного вчення.

Знання закону збереження маси дає змогу не тільки складати рівняння реакцій, а й проводити за ними різні розрахунки, у тому числі обчислювати вихід продукту виробництва.

Вuxiд продукту — важливий показник ефективності виробничого процесу. На його підставі роблять висновок про повноту використання сировини тощо. Річ у тім, що в реальних виробничих умовах через оборотність багатьох реакцій і виробничі втрати вихід продукту реакції завжди менший від того, який мав би утворитись згідно з рівнянням реакції (на підставі закону збереження маси). Отже, практичний вихід продукту завжди менший за теоретичний.

Вихід продукту — це відношення фактично добутого продукту до максимально можливого, обчисленого за рівнянням реакції.

Вихід продукту виражають у частках одиниці або у відсотках. Зверніть увагу, що для розв'язування задач на вихід продукту зовсім не має значення, як його обчислювати: за відношенням мас, об'ємів чи кількості речовини. В усіх цих випадках буде знайдено те саме значення шуканої величини.

Розглянемо конкретні приклади.

Задача 1. З 320 т сірчаного колчедану, масова частка Сульфуру в якому 45 %, добуто сульфатну кислоту масою 405 т (у перерахунку на безводну). Обчислити вихід сульфатної кислоти.

 Дано: m(FeS₂) = 320 т
           w(S) = 45 % = 0,45
          m(H₂SO₄) = 405 т
 ---------------------------------------------
         вихід H₂S0₄ = ?

1. Обчислюємо масу Сульфуру, що міститься у 320 т сірчаного колчедану:

m(S) = 320 т • 0,45 = 144 т.

2. Обчислюємо  масу сульфатної кислоти,  яку можна було б добути теоретично з цього Сульфуру — 144 т.

        S            <--->¹        H₂SO₄
M = 32 г/моль            М = 98 г/моль
m = 32 г                    m = 98 г

¹Між сіркою S і сульфатною кислотою H₂S0₄ (за кількістю Сульфуру існує взаємно однозначна відповідність, яку будемо позначати знаком

Із запису видно, що 32 г (32 кг, 32 т) Сульфуру відповідають 98 г (98 кг, 98 т) сульфатної кислоти H₂S0₄, а 144 т Сульфуру — х т сульфатної кислоти, отже:          

                  _{144т • 98т}  

 m(H₂S0₄) = ——— = 441 т.

                        ^32т
3. Обчислюємо вихід сульфатної кислоти.

Ми бачимо, що теоретично можна було б добути 441 т сульфатної кислоти, а фактично добули лише 405 т. Отже, відношення практично добутого продукту до теоретично можливого і буде виходом продукту:

                           _{405 т}

вихід H₂S0₄ = ----------= 0,918, або 91,8 %.
                          ^{441 т}
Відповідь: вихід сульфатної кислоти становить 91,8 %.

Задача 2. Обчислити масу діоксиду сульфуру, яку можна добути з 1 т сірчаного колчедану з масовою часткою Сульфуру 45 %, якщо вихід S0₂ становить 98 %.

Дано:  m(FeS₂) = 1 т = 1000 кг
           w(S) = 45 % = 0,45
           вихід (SO₂) = 98

 ----------------------------------------------
             m(S0₂) = ?

1. Обчислюємо масу Сульфуру, що міститься в 1 т колчедану:

m(S) = 1000 кг • 0,45 = 450 кг.

2. Знаходимо, яку масу S0₂ можна добути з 450 кг Сульфуру теоретично:

      S             <--->             S0₂
М = 32 г/моль                М = 32 + 32 = 64 г/моль
m = 32 г                          m = 64 г

Теоретично виходить, що з будь-якої маси Сульфуру S утворюється вдвічі більше діоксиду сульфуру S0₂, тобто з 450 кг S утворюється 900 кг S0₂:

32 кг S — 64 кг S0₂                х = 900 кг (S0₂)
450 кг S — х                                                  

3. Знаходимо масу діоксиду сульфуру, яка фактично утворилась.

Теоретичний вихід S0₂, що становить 900 кг, приймаємо за 100 %, або за одиницю, тоді практичний вихід, який ми шукаємо, становитиме 98 %, або 0,98, звідси:

m(S0₂) = 900 кг • 0,98 = 882 кг.

Відповідь: маса S0₂, якщо вихід 98%, становить 882 кг.

Завдання для самоконтролю
1. У розчин, що містить гідроксид барію масою 350 г, пропустили оксид сульфуру (IV) об'ємом 44,8 л (н.у.). Яка сіль і якої маси утворилась у результаті реакції?
2. Змішали оксид кальцію масою 300 г і оксид сульфуру (VI) масою 400 г. Які речовини і якої маси залишилися після закінчення реакції?
3. Оксид сульфуру (IV), добутий в результаті спалювання сірководню об'ємом 44,8 л (н. у), пропущено крізь 0,5 л розчину їдкого натру з масовою часткою NaOH 25% і густиною 1,28 г/см³. Яка сіль утворилася?
4. Обчисліть масу безводної сульфатної кислоти, яку можна було б добути з 800 т сірчаного колчедану з масовою часткою сульфуру 45 %, якби вихід кислоти був стовідсотковим.
5. Із 100 т сірчаного колчедану з масовою часткою Сульфуру 48 % добувають 132,3 т сульфатної кислоти. Визначте вихід кислоти.
6. Обчисліть вихід сульфатної кислоти, якщо з 800 т сірчаного колчедану з масовою часткою Сульфуру 46 % добуто її масою 1000 т.
7. Яку масу сірки спалено, якщо добуто діоксид сульфуру об'ємом 89,6 м³ (н. у.), що становить 80 % від теоретично можливого виходу?
8. Обчисліть масу розчину сульфатної кислоти з масовою часткою H₂S0₄ 80 %, який можна добути, використовуючи 2 кг руди,  що містить пірит і домішки. Масова частка домішок у руді становить 40 %. Вихід кислоти з руди дорівнює 90 %.

Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія, 10 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Скачати підручники та книги онлайн, планування з хімії, курси та завдання з хімії для 10 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.