§ 31. Розрахунки за рівняннями хімічних реакцій

Пригадайте: способи обчислення кількості речовини за відомою масою або об'ємом (за § 24-26).

Коли кухар готує будь-яку страву, він відповідно до рецепта змішує продукти в чітко визначеному співвідношенні. Так само й хімік перед проведенням хімічної реакції має вирішити, у якому масовому співвідношенні слід змішати реагенти та обчислити масу продукту, що має утворитися.

Такі розрахунки можна здійснити за допомогою рівнянь хімічних реакцій. Якщо відомо масу одного з учасників реакції, то можна визначити маси всіх інших речовин — і реагентів, і продуктів реакції.

Хімічне рівняння показує, які речовини та в якому співвідношенні взаємодіють, а також у якому співвідношенні утворюються продукти реакції. Наприклад, рівняння реакції взаємодії водню з азотом

N₂ + 3Н₂ = 2NH₃

показує, що три молекули водню Н₂ взаємодіють з однією молекулою азоту N₂ з утворенням двох молекул амоніаку NH₃ (мал. 31.1).

Мал. 31.1. Схематичне зображення кількісного співвідношення реагентів і продуктів реакції синтезу амоніаку

Таке саме співвідношення буде і для кількості речовини всіх сполук у реакції: три моля водню вступає в реакцію з одним молем азоту, і при цьому утворюється два моля амоніаку.

Якщо для проведення реакції взяти не три моля водню, а будь-яку іншу кількість (наприклад, 3х моль), то кількість азоту, що прореагував, буде в три рази меншою, ніж кількість водню, тобто n(N₂) = х моль:

n(H₂) : n(N₂) = 3х : х = 3 : 1

Отже, речовини вступають у хімічні реакції в кількостях, що пропорційні їхнім коефіцієнтам у рівнянні реакції (стехіометричним коефіцієнтам). Іншими словами, співвідношення кількостей реагентів (у молях) дорівнює співвідношенню відповідних коефіцієнтів у рівнянні реакції.

Розглянемо рівняння реакції горіння сірководню:

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2Н₂O

З нього видно, що два моля сірководню реагує із трьома молями кисню з утворенням двох молей сірчистого газу і двох молей води. Якщо в реакцію вступає х моль сірководню, то співвідношення реагентів і продуктів реакції виглядає так:

Отже, для будь-якої хімічної реакції, що можна описати рівнянням:

аА + bВ = сС

справедливим є співвідношення для кількості речовини всіх учасників реакції:

За цим співвідношенням можна робити будь-які обчислення за рівнянням хімічної реакції.

Задача 1. Яка кількість речовини кисню необхідна для спалювання сірководню кількістю 1,5 моль?

Для проведення реакцій потрібно знати не тільки кількості речовин, але і їхні маси або об’єми. Ці величини пов’язані співвідношеннями:

m = n · М;

V = n · V_m

Але задачі за рівняннями хімічних реакцій простіше розв’язувати з використанням кількості речовини. Якщо в умові задачі наведені маса або об’єм речовини, зручніше одразу обчислити кількість речовини й далі використовувати цю величину для розрахунків.

Задача 2. Обчисліть об’єм азоту (н. у.), необхідний для добування амоніаку NH₃ кількістю 0,8 моль.

Задача 3. Обчисліть масу фосфор(V) оксиду, який можна добути спалюванням фосфору в кисні об’ємом 11,2 л (н. у.).

Задача 4. Просту речовину масою 10,8 г спалили, на що витратили кисень об’ємом 6,72 л (н. у.). У результаті утворився оксид складу Е₂O₃. Яку речовину спалили?

Висновки

Хімічні речовини вступають у хімічні реакції в певних, чітко визначених співвідношеннях. Кількості речовин усіх учасників реакції співвідносяться як їхні стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції. Для реакції аA + bВ = сС справедливе співвідношення:

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Проаналізуйте рівняння реакції горіння метану подібно до того, як це зроблено в цьому параграфі для реакції горіння сірководню.

2. У якому кількісному співвідношенні слід змішати залізо із сіркою для добування ферум(ІІ) сульфіду?

3. Визначте співвідношення кількості речовини реагентів для добування купрум(ІІ) оксиду з простих речовин.

4. Обчисліть кількість речовини фосфор(V) оксиду, що утвориться після згоряння фосфору кількістю речовини 2 моль. Яка кількість речовини кисню витрачається при цьому?

5. Визначте кількість речовини кальцій гідроксиду, що утворюється внаслідок взаємодії води з: а) 0,5 моль кальцій оксиду; б) 8 г кальцій оксиду.

6. Складіть рівняння реакції згоряння амоніаку NH₃ у кисні з утворенням азоту й води. Обчисліть об'єм кисню (н. у.), що необхідний для спалювання амоніаку кількістю 24 моль. Який об'єм (н. у.) кожного з продуктів реакції при цьому утворюється?

7. Обчисліть масу кальцій карбонату, що утворюється внаслідок взаємодії карбон(ІV) оксиду об'ємом 11,2 л (н. у.) з кальцій оксидом.

8. Обчисліть масу сульфур(VІ) оксиду, необхідну для добування сульфатної кислоти масою 4,9 г.

9. Обчисліть масу гідроген пероксиду, необхідну для добування кисню об'ємом 5,6 л (н. у.).

10. Карбон(ІV) оксид можна добути спалюванням вуглецю або метану. Обчисліть, якої речовини й у скільки разів більше (за масою) необхідно для добування карбон(ІV) оксиду об'ємом 28 л (н. у.).

11. Обчисліть масу ортофосфатної кислоти, що утворюється внаслідок взаємодії фосфор(V) оксиду масою 1 кг з водою.

12. Під час пропускання сульфур(ІV) оксиду крізь розчин барій гідроксиду утворилася сіль масою 43,4 г. Обчисліть об'єм (н. у.) витраченого газу.