Виды задач по химии
Несмотря на то, что химия – одна из экспериментальных наук, без расчетов здесь не обойтись. Умение решать разные виды задач по химии для тех, кто хочет стать специалистом в этой непростой научной области, не менее важно, чем знание важнейших законов и приобретение практических навыков.
Задачи по уравнению
Этот тип расчетов встречается уже на начальном этапе изучения химии. Для решения таких задач, в первую очередь, нужно знать, что вещества вступают в реакции в количествах, пропорциональных их коэффициентам. Например, из уравнения 2А + В = С следует, что 2 моль вещества А могут прореагировать с 1 моль вещества В. Если взять 3 моля А, то с ним прореагирует 1, 5 моль вещества В, как это следует из уравнения (перед А – коэффициент 2, перед В – 1, то есть В всегда будет в 2 раза меньше, чем А).
Пригодятся для решения таких задач и простые формулы:
n=m/M, где n – количество вещества, измеряется в моль (в некоторых изданиях его обозначают как ν), M – молярная масса, г/моль), m – масса (г).
n = V/Vm, где V – объем (л), Vm – молярный объем (величина постоянная, 22,4 л/моль). Помимо указанных, встречаются единицы измерения в 1000 раз большие или меньшие.
Рассмотрим алгоритм решения таких задач
Определите массу гидроксида натрия, необходимого для полной нейтрализации раствора, содержащего 490 г серной кислоты.
1. Запишем условие
Дано:
m (H2SO4) = 490г
m (NaOH) = ?
2. Составим уравнение
Решение
x моль
2NaOH+ H2SO4= Na2SO4 + 2H2O
2 моль 1 моль
3. Найдем количество вещества H2SO4
n = m/M; n(H2SO4) = 490 / 98 = 5 моль
M(H2SO4) = 1×2+32+16×4=98 г/моль, где 1, 32, 16 – значения относительных атомных масс H, S и O соответственно, 2 и 4 – количества атомов H и О (индексы из формулы).
4. Подставим найденное значение в уравнение и составим пропорцию.
x моль 5 моль
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
2 моль 1 моль
x= 5
2 1
x = 2×5/1 = 10 моль
n(NaOH) = 10 моль
5. Найдем массу NaOH
m(NaOH) = n(NaOH)×M(NaOH)
М(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль
m (NaOH) = 10 моль×40 г/моль = 400 г
Ответ: m (NaOH) = 400 г
Определение массовой доли растворенного вещества
Другой, не менее распространенный вид задач по химии – это расчеты, позволяющие определить состав раствора. Здесь встречается ещё одна величина – массовая доля (ω). Ее вычисляют по формуле: ω = m растворенного вещества / m раствора × 100%
Определите массу серной кислоты, содержащуюся в 1000 г ее 49%- ного раствора
Дано:
m (р-ра) = 1000 г
ω (H2SO4) = 49%
m(H2SO4) ?
Решение
m (H2SO4) = ω (H2SO4)× m (р-ра) / 100%
m (H2SO4) = 49%×1000 г /100% = 490 г
Ответ: m (H2SO4) = 490 г
Комбинированные задачи
Так как большинство реакций происходит в растворах, не менее распространены и такие виды задач по химии:
Определите массу гидроксида натрия, необходимого для полной нейтрализации 1000 г 49%-ного раствора серной кислоты.
Данная задача является комбинацией первого и второго типа расчетов, рассмотренных выше.
Дано:
m (р-ра) = 1000 г
ω (H2SO4) = 49%
m (NaOH) ?
Решение:
1. Найдем m(H2SO4):
m(H2SO4) = m(р-ра)×ω(H2SO4)/100%
m (H2SO4) = 1000г × 49% / 100% = 490 г
2. Составим уравнение
x моль
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
2 моль 1 моль
3. Найдем количество вещества H2SO4
n = m/M; n (H2SO4) = 490 г/ 98 г/моль = 5 моль
4. Подставим найденное значение в уравнение и составим пропорцию.
x моль 5 моль
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O
2 моль 1 моль
x= 5
2 1
x = 2×5/1 = 10 моль
n(NaOH) = 10 моль
5. Найдем массу NaOH
m(NaOH) = n(NaOH)×M(NaOH)
m (NaOH) = 10 моль×40 г/моль = 400 г
Ответ: m (NaOH) = 400 г
По уравнению можно делать и другие расчеты, например, определять выход продукта, рассчитывать состав смесей и определять количество продукта, если одно из исходных веществ дано в избытке. Эти задачи будут рассмотрены в других статьях.