Как решать задачи по химии, готовые решения. Введение в общую химию

В химии, равно как и в физике очень важным является понятие объема, поскольку для решения задач, связанных с газообразными веществами, приходится оперировать именно этой величиной.

а) Закон Авогадро, молярный объем газа

Поскольку газы являются наиболее простым объектом для исследования, то их свойства и реакции между газообразными веществами изучены наиболее полно.

Французский ученый Ж. Л. Гей-Люссак установил закон объемных соотношений: объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа. Например, при взаимодействии 1 л хлора с 1 л водорода будет образовываться 2 л хлороводорода и т.д.

Этот закон позволил итальянскому ученому А. Авогадро предположить, что молекулы простых газов состоят из двух одинаковых атомов (водород, кислород, азот и др.). Изучение свойств газов позволило ему высказать гипотезу, которая впоследствии получила экспериментальное подтверждение и стала называться законом Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул . Следовательно, при нормальных условиях 1 моль различных газов занимает объем, равный 22,4 л . Этот объем называется молярным объемом газа:

б) Газовые законы объем газа

Кроме вышеуказанной формулы для решения расчетных химических задач, нередко приходится использовать газовые законы, известные из курса физики.

— Закон Бойля-Мариотта

При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:

— Закон Гей-Люссака

При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:

— Объединенный газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

Помимо этого, если известна масса или количество газа, его объем можно вычислить, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

где n-число молей вещества, m-масса (г), Ь - молярная масса газа (г/моль), R - универсальная газовая постоянная равная 8,31 Дж/(моль×К).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	При полном сгорании на воздухе 7,4 г кислородсодержащего органического соединения образовалось 6,72 л (н.у.) углекислого газа и 5,4 мл воды. Выведите формулу этого соединения.
Решение	Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно: C x H y O z + O z →CO 2 + H 2 O Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO 2)×M(C) = ×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H 2 O)×M(H) = ×M(H); m(H) = Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr): M(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль; M(H 2 O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль m(C) = ×12 = 3,6 г; m(H) = = 0,6 г m(O) = m(C x H y O z) - m(C) - m(H) = 7,4 - 3,6 - 0,6 = 3,2 г Определим химическую формулу соединения: x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O); x:y:z= 3,6/12:0,6/1:3,2/16; x:y:z= 0,3: 0,6: 0,2 = 1,5: 3: 1 = 3: 6: 2 Значит простейшая формула соединения C 3 H 6 O 2 и молярную массу 64 г/моль .
Ответ	C 3 H 6 O 2

ПРИМЕР 2

Задание	Какова молекулярная формула спирта, если массовые отношения m(C):m(H):m(O) = 3:1:4 и относительная молекулярная масса Mr = 32?
Решение	Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу: Найдем молярные массы углерода, водорода и кислорода (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(C) = 12 г/моль, М(H) = 1 г/моль, а M(O) = 16г/моль. Тогда, количество вещества этих элементов равно: n (C) = m (C) / M (C); n (C) = 3 / 12 = 0,25 моль n (H) = m (H) / M (H); n (H) = 1 / 1 = 1моль n (O) = m (O) / M (O); n (O) = 4 / 16 = 0,25 моль Найдем мольное отношение: n(C) :n(H):n(O) = 0,25: 1: 0, 25 = 1:4: 1, т.е. формула соединения спирта имеет вид CH 3 OH. Это метанол
Ответ	CH 3 OH

Многие из нас в школьное время задавались вопросом: «Как найти массу тела»? Сейчас мы попытаемся ответить на этот вопрос.

Нахождение массы через его объем

Допустим, в вашем распоряжении есть бочка на двести литров. Вы намерены целиком заполнить ее дизельным топливом, используемом вами для отопления своей небольшой котельной. Как найти массу этой бочки, наполненной соляркой? Давайте попробуем решить эту простейшую на первый взгляд задачу вместе с вами.

Решить задачу, вещества через его объем, довольно легко. Для этого следует применить формулу удельной плотности вещества

где p является удельной плотностью вещества;

m - его массой;

v - занимаемым объемом.

В качестве будут использоваться граммы, килограммы и тонны. Меры объёмов: сантиметры кубические, дециметры и метры. Удельная плотность будет вычисляться в кг/дм³, кг/м³, г/см³, т/м³.

Таким образом, в соответствии с условиями задачи в нашем распоряжении есть бочка объемом двести литров. Это значит, что ее объем равняется 2 м³.

Но вы хотите массу. Из вышеназванной формулы она выводится так:

Сначала нам требуется найти значение р - удельной Найти данное значение можно, используя справочник.

В книге мы находим, что р = 860,0 кг/м³.

Затем полученные значения мы подставляем в формулу:

m = 860*2 = 1720,0 (кг)

Таким образом, ответ на вопрос, как найти массу, был найден. Одна тонна и семьсот двадцать килограммов - это вес двухсот литров летнего дизтоплива. Затем вы можете точно так же сделать приблизительный расчет общего веса бочки и мощности стеллажа под бочку с соляром.

Нахождение массы через плотность и объем

Очень часто в практических заданиях по физике можно встретить такие величины, как масса, плотность и объем. Для того чтобы решить задачу, как найти массу тела, вам требуется знать его объем и плотность.

Предметы, которые вам будут нужны:

1) Рулетка.

2) Калькулятор (компьютер).

3) Емкость для измерения.

4) Линейка.

Известно, что у предметов с равным объемом, но изготовленных из различных материалов, будет разная масса (например, металл и дерево). Массы тел, которые изготовлены из определенного материала (без пустот), прямо пропорциональны объему рассматриваемых предметов. В противном случае, константа - это отношение массы к объему предметы. Этот показатель называется «плотностью вещества». Мы будем его обозначать буквой d.

Теперь требуется решить задачу, как найти массу в соответствии с формулой d = m/V, где

m является массой предмета (в килограммах),

V является его объемом (в метрах кубических).

Таким образом, плотность вещества является массой единицы его объема.

Если вам необходимо найти из которого создан предмет, то следует воспользоваться таблицей плотностей, которую можно найти в стандартном учебнике по физике.

Объем предмета вычисляется по формуле V = h * S, где

V - объем (м³),

H - высота предмета (м),

S - площадь основания предмета (м²).

В том случае, если вы не можете четко измерить геометрические параметры тела, то вам следует прибегнуть к помощи законов Архимеда. Для этого вам понадобится сосуд, у которого есть шкала, служащая для измерений объема жидкостей и опустить предмет в воду, то есть в сосуд, на котором есть деления. Тот объем, на который будет увеличено содержимое сосуда, является объемом тела, которое погружено в него.

Зная объем V и плотность d предмета, вы можете легко найти его массу по формуле m = d * V. Перед тем, как вычислить массу, требуется привести все измерительные единицы в единую систему, например, в систему СИ, являющуюся интернациональной измерительной системой.

В соответствии с вышеназванными формулами можно сделать следующий вывод: для нахождения требуемой величины массы с известным объемом и известной плотностью требуется умножить значение плотности материала, из которого изготовлено тело, на объем тела.

Химия и физика всегда подразумевают вычисление различных величин, в том числе и объём вещества. Объем вещества можно рассчитать при помощи некоторых формул. Главное знать, в каком состоянии находится данное вещество. Агрегатных состояний, в которых могут пребывать частицы, существует четыре:

• газообразное;
• жидкое;
• твёрдое;
• плазменное.

Для вычисления объёма каждого из них есть своя конкретная формула. Для того чтобы найти объем, нужно иметь определённые данные. К ним относятся масса, молярная масса, а также для газов (идеальных) - газовая постоянная.

Процесс нахождения объема вещества

Давайте рассмотрим, как найти объём вещества, если оно находится, к примеру, в газообразном состоянии. Для подсчёта нужно выяснить условия задачи: что известно, какие параметры даются. Формула, по которой можно определить, каков объём данного газа, такова:

Необходимо молярное количество имеющегося вещества (именуемого n) умножить на молярный его объём (Vm). Так можно узнать объём (V). Когда газ находится в нормальных условиях - н. у., то его Vm - объём в молях составляет 22,4 л./моль. Если в условии сказано, сколько вещества в молях имеется (n), то нужно подставить данные в формулу и выяснить конечный результат.

Если условия не предусматривают указания данных о молярном количестве (n), его нужно выяснить. Есть формула, которая поможет сделать вычисление:

Нужно массу вещества (в граммах) разделить на его молярную массу. Теперь можно сделать вычисление и определить молярное количество. М - это константа, которую можно посмотреть в таблице Менделеева. Под каждым элементом есть число, которое обозначает его массу в молях.

Определение объема вещества в миллилитрах

Как определить объём вещества в миллилитрах? Что может быть указано в условиях задачи: масса (в граммах), консистенция в молях, количество данного вам вещества, а также его плотность. Существует такая формула, по которой можно подсчитать объём:

Масса в граммах должна быть разделена на плотность указанного вещества.

Если вам не известна масса, то её можно рассчитать так:

Молярное количество вещества нужно умножить на его молярную массу. Для того чтобы правильно подсчитать молярную массу (М), нужно знать формулу того вещества, которое даётся в условии задачи. Нужно сложить атомную массу каждого из элементов вещества. Также если нужно узнать плотность вещества, можно пользоваться такой обратной формулой:

Если вам известно молярное количество (n) и концентрация (с) вещества, можно также подсчитать объём. Формула будет выглядеть следующим образом:

Вам необходимо молярное количество данного в задаче вещества разделить на его молярную концентрацию. Отсюда можно вывести формулу для нахождения концентрации.

Чтобы правильно решать задачи по физике и химии, вам нужно знать некоторые формулы и иметь под рукой таблицу Менделеева, тогда успех вам гарантирован.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

ДРУГОЕ

В химии и физике часто попадаются задачи, в которых необходимо вычислить массу вещества, зная его объём. Как найти…

Вам интересно знать, как литры перевести в килограммы и наоборот? Если привести формулу для расчета и примеры, то не…

На уроках химии в школе учат решать различные задачи, популярными среди которых являются задачи на вычисление…

Прежде чем решать задачи, следует занть формулы и правила того, как найти объем газа. Следует вспомнить закон Авогадро.…

В окружающей нас природе масса взаимосвязана с объемом (мы имеем ввиду точные науки). Совершенно любое тело имеет и…

В химии никак не обойтись без массы веществ. Ведь это один из важнейших параметров химического элемента. О том, как…

Плотностью принято называть такую физическую величину, которая определяет отношение массы предмета, вещества или…

Для того чтобы быстро и хорошо решать задачи по химии, сначала нужно научиться разбираться в основных понятиях, данных…

Довольно часто, для того чтобы было проще ориентироваться в правильном учете различных жидкостей, вам нужно постоянно…

Даже в одном грамме вещества может содержаться до тысячи различных соединений. Каждое соединение отвечает за…

Знакомая нам с детства такая величина как концентрация определяет количество находящегося в любом растворе вещества. И…

Со школьной физики все известно, что даже одинаковые по объемам тела, но из разного материала, имеют в корне различную…

При перевозках груза необходимо рассчитывать объём, чтобы определить цену, а также чтобы не перегрузить автомобиль,…

Большинство бывших, да и настоящих, школьников представляют все химические процессы лишь как теоретический процесс,…

Что такое плотность и какую роль она играет в хозяйственной деятельности человека? Чтобы ответить на этот вопрос,…

Признак

В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.

Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.

Доля выхода продукта обозначается буквой

(эта), измеряется в процентах или долях.

Также для расчётов может использоваться количественный выход:

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

	Дано: m (Mg ) = 1,2 г m практическая (MgSO 4) = 5,5 г _____________________ Найти:
	M (Mg ) = 24 г/моль M (MgSO 4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль
	ν(Mg ) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν теор) и теоретическую массу (m теор) продукта реакции	m = ν · M m теор (MgSO 4) = M (MgSO 4) · ν теор (MgSO 4) = 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г
	(MgSO 4)=(5,5г ·100%)/6г=91,7% Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи	Дано: m (CaO ) = 16,8 г 80% или 0,8 ____________________ Найти: m практ (CaC 2 ) = ?
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.
3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ	M (CaO ) = 40 + 16 = 56 г/моль M (CaC 2 ) = 40 + 2 · 12 = 64 г/моль
4. Находим количество вещества реагента по формулам	ν(CaO )=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν теор) и теоретическую массу (m теор ) продукта реакции
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле	m практич (CaC 2 ) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г Ответ: m практич (CaC 2 ) = 15,36 г

Третий типзадач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода ( IV ) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

1. Записываем краткое условие задачи	Дано: н. у. V m = 22,4 л/моль V практич (CO 2) = 28,56 л 85% или 0,85 _____________________ Найти: m(Na 2 CO 3) =?
2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо	M (Na 2 CO 3) = 2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль
3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы: 5. Определяем массу (объём) реагента по формуле: m = ν · M V = ν · V m	m = ν · M m (Na 2 CO 3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

№1.

При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr 2 O 3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3.

Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4.

К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.