Що таке стехіометричний коефіцієнт? Стехіометричні співвідношення

При складанні рівнянь окисно-відновних реакцій необхідно дотримуватися двох наступних важливих правил:

Правило 1: У будь-якому іонному рівнянні повинне дотримуватися збереження зарядів. Це означає, що сума всіх зарядів у лівій частині рівняння («ліворуч») повинна співпадати із сумою всіх зарядів у правій частині рівняння («праворуч»). Це правило відноситься до будь-яких іонних рівнянь як для повних реакцій, так і для напівреакцій.

Заряди ліворуч

Правило 2: Число електронів, що втрачаються в окислювальній напівреакції, повинно дорівнювати числу електронів, що придбаваються у відновлювальній напівреакції. Наприклад, у першому прикладі, наведеному на початку даного розділу (реакція між залізом і гідратованими іонами двовалентної міді), число електронів, що втрачаються в окислювальній напівреакції, дорівнює двом:

Отже, число електронів, що придбаваються у відновлювальній напівреакції, теж має дорівнювати двом:

Для складання рівняння повної окислювально-відновної рекції із рівнянь двох напівреакцій може використовуватися така процедура:

1. Рівняння кожної з двох напівреакцій балансуються окремо, причому для виконання зазначеного вище правила 1 до лівої або правої частини кожного рівняння додається відповідне число електронів.

2. Рівняння обох напівреакцій балансуються по відношенню один до одного, так щоб число електронів, що втрачаються в одній реакції, дорівнювало числу електронів, що придбаваються в іншій напівреакції, як цього вимагає правило 2.

3. Рівняння обох напівреакцій підсумовують для отримання повного рівняння окисно-відновної реакції. Наприклад, підсумовуючи рівняння двох наведених вище напівреакцій і видаляючи з лівої та правої частини отриманого рівняння

рівну кількість електронів, знаходимо

Збалансуємо рівняння наведених нижче напівреакцій і складемо рівняння окислювально-відновної реакції окислення водного розчину будь-якої солі двовалентного заліза в сіль тривалентного заліза за допомогою кислого розчину калію.

Стадія 1. Збалансуємо спочатку окремо рівняння кожної з двох напівреакцій. Для рівняння (5) маємо

Щоб збалансувати обидві сторони цього рівняння, необхідно додати до його лівої частини п'ять електронів або відняти стільки ж електронів з правої частини. Після цього отримаємо

Це дозволяє записати наступне збалансоване рівняння:

Оскільки до лівої частини рівняння довелося додавати електрони, воно описує відновлювальну напівреакцію.

Для рівняння (6) можна записати

Щоб збалансувати це рівняння, можна додати один електрон до його правої частини. Тоді

Одним з найважливіших хімічних понять, на якому ґрунтуються стехіометричні розрахунки, є хімічна кількість речовини. Кількість деякої речовини X позначається n(X). Одиницею вимірювання кількості речовини є моль.

Моль - це кількість речовини, в якій міститься 6,02 · 1023 молекул, атомів, іонів або інших структурних одиниць, з яких складається речовина.

Маса одного моля деякої речовини Х називається молярною масою M(X) цієї речовини. Знаючи масу m(X) деякої речовини X та її молярну масу, можна розрахувати кількість цієї речовини за формулою:

Число 6,02 · 10 23 називається числом Авогадро(N a); його розмірність моль –1.

Помножуючи число Авогадро N a кількість речовини n(X), можна розрахувати число структурних одиниць, наприклад, молекул N(X) деякої речовини X:

N(X) = N a · n(X) .

За аналогією з поняттям молярної маси ввели поняття молярного об'єму: молярний обсяг V m (X) деякої речовини X – це обсяг одного моля цієї речовини. Знаючи об'єм речовини V(X) та її молярний об'єм, можна розрахувати хімічну кількість речовини:

У хімії особливо часто доводиться мати справу з молярним об'ємом газів. Відповідно до закону Авогадро в рівних обсягах будь-яких газів, взятих при одній і тій же температурі і рівному тиску, міститься одне й те ж число молекул . За рівних умов 1 моль будь-якого газу займає той самий обсяг. За нормальних умов (н.у.) – температура 0°С та тиск 1 атмосфера (101325 Па) – цей обсяг дорівнює 22,4 л. Таким чином, за н.у. V m (газу) = 22,4 л/моль. Слід особливо наголосити, що величина молярного об'єму 22,4 л/моль застосовується. тільки для газів.

Знання молярних мас речовин та числа Авогадро дозволяє виразити масу молекули будь-якої речовини у грамах. Нижче наведено приклад розрахунку маси молекули водню.



1 моль газоподібного водню містить 6,02 10 23 молекул H 2 і має масу 2 г (т.к. M(H 2) = 2 г/моль). Отже,

6,02·10 23 молекул H 2 мають масу 2 г;

1 молекула H2 має масу x р; x = 3,32 · 10 -24 р.

Поняття «моль» широко використовується щодо розрахунків за рівняннями хімічних реакцій, оскільки стехиометрические коефіцієнти у рівнянні реакції показують, у яких молярних співвідношеннях речовини реагують друг з одним і утворюються внаслідок реакції.

Наприклад, рівняння реакції 4 NH 3 + 3 O 2 → 2 N 2 + 6 H 2 O містить таку інформацію: 4 моль аміаку реагують без надлишку та нестачі з 3 моль кисню, при цьому утворюється 2 моль азоту та 6 моль води.


Приклад 4.1Розрахуйте масу осаду, що утворюється при взаємодії розчинів, що містять 70,2 г кальцію дигідрофосфату і 68 г гідроксиду кальцію. Яка речовина залишиться надлишком? Чому дорівнює його маса?

3 Ca(H 2 PO 4) 2 + 12 KOH ® Ca 3 (PO 4) 2 ¯ + 4 K 3 PO 4 + 12 H 2 O

З рівняння реакції видно, що 3 моль Ca(H 2 PO 4) 2 реагує з 12 моль KOH. Розрахуємо кількості реагуючих речовин, які дано за умовою завдання:

n(Ca(H 2 PO 4) 2) = m(Ca(H 2 PO 4) 2) / M(Ca(H 2 PO 4) 2) = 70,2 г: 234 г/моль = 0,3 моль ;

n(KOH) = m(KOH) / M(KOH) = 68 г: 56 г/моль = 1,215 моль.

на 3 моль Ca(H 2 PO 4) 2 потрібно 12 моль KOH

на 0,3 моль Ca(H 2 PO 4) 2 потрібно х моль KOH

х = 1,2 моль – стільки KOH потрібно, щоб реакція пройшла без надлишку і нестачі. А за умовою завдання є 1215 моль KOH. Отже, KOH – у надлишку; кількість залишився після реакції KOH:

n(KOH) = 1,215 моль - 1,2 моль = 0,015 моль;

його маса m(KOH) = n(KOH) × M(KOH) = 0,015 моль × 56 г/моль = 0,84 г.

Розрахунок продукту реакції, що утворюється (осад Ca 3 (PO 4) 2) слід вести по речовині, яка знаходиться в нестачі (в даному випадку - Ca(H 2 PO 4) 2), так як ця речовина прореагує повністю. З рівняння реакції видно, що число моль утворюється Ca 3 (PO 4) 2 в 3 рази менше числа моль, що прореагував Ca(H 2 PO 4) 2:

n(Ca 3 (PO 4) 2) = 0,3 моль: 3 = 0,1 моль.

Отже, m(Ca 3 (PO 4) 2) = n(Ca 3 (PO 4) 2)×M(Ca 3 (PO 4) 2) = 0,1 моль×310 г/моль = 31 г.

Завдання №5

а) Розрахуйте хімічні кількості реагуючих речовин, наведених у таблиці 5 (обсяги газоподібних речовин наведені за нормальних умов);

б) розставте коефіцієнти в заданій схемі реакції та за рівнянням реакції визначте, яка з речовин перебуває у надлишку, а яка у нестачі;

в) знайдіть хімічну кількість продукту реакції, зазначеного в таблиці 5;

г) розрахуйте масу чи обсяг (див. таблицю 5) цього продукту реакції.

Таблиця 5 - Умови завдання № 5

№ варіанта Реагуючі речовини Схема реакції Розрахувати
m(Fe)=11,2 г; V(Cl 2)=5,376 л Fe+Cl 2 ® FeCl 3 m(FeCl 3)
m(Al)=5,4 г; m(H 2 SO 4)=39,2 г Al+H 2 SO 4 ® Al 2 (SO 4) 3 +H 2 V(H 2)
V(CO)=20 л; m(O 2)=20 г CO+O 2 ® CO 2 V(CO 2)
m(AgNO 3)=3,4 г; m(Na 2 S)=1,56 г AgNO 3 +Na 2 S®Ag 2 S+NaNO 3 m(Ag 2 S)
m(Na 2 CO 3)=53 г; m(HCl)=29,2 г Na 2 CO 3 +HCl®NaCl+CO 2 +H 2 O V(CO 2)
m(Al 2 (SO 4) 3)=34,2 г;m(BaCl 2)=52 г Al 2 (SO 4) 3 +BaCl 2 ®AlCl 3 +BaSO 4 m(BaSO 4)
m(KI)=3,32 г; V(Cl 2)=448 мл KI+Cl 2 ® KCl+I 2 m(I 2)
m(CaCl 2)=22,2 г; m(AgNO 3)=59,5 г CaCl 2 +AgNO 3 ®AgCl+Ca(NO 3) 2 m(AgCl)
m(H 2)=0,48 г; V(O 2)=2,8 л H 2 +O 2 ® H 2 O m(H 2 O)
m(Ba(OH) 2)=3,42г; V(HCl)=784мл Ba(OH) 2 +HCl ® BaCl 2 +H 2 O m(BaCl 2)

Продовження таблиці 5

№ варіанта Реагуючі речовини Схема реакції Розрахувати
m(H 3 PO 4)=9,8 г; m(NaOH)=12,2 г H 3 PO 4 +NaOH ® Na 3 PO 4 +H 2 O m(Na 3 PO 4)
m(H 2 SO 4)=9,8 г; m(KOH)=11,76 г H 2 SO 4 +KOH ® K 2 SO 4 +H 2 O m(K 2 SO 4)
V(Cl 2)=2,24 л; m(KOH)=10,64 г Cl 2 +KOH ® KClO+KCl+H 2 O m(KClO)
m((NH 4) 2 SO 4)=66 г;m(KOH)=50 г (NH 4) 2 SO 4 +KOH®K 2 SO 4 +NH 3 +H 2 O V(NH 3)
m(NH 3)=6,8 г; V(O 2)=7,84 л NH 3 +O 2 ® N 2 +H 2 O V(N 2)
V(H 2 S)=11,2 л; m(O 2)=8,32 г H 2 S+O 2 ® S+H 2 O m(S)
m(MnO 2)=8,7 г; m(HCl)=14,2 г MnO 2 +HCl ® MnCl 2 +Cl 2 +H 2 O V(Cl 2)
m(Al)=5,4 г; V(Cl 2)=6,048 л Al+Cl 2 ® AlCl 3 m(AlCl 3)
m(Al)=10,8 г; m(HCl)=36,5 г Al+HCl ® AlCl 3 +H 2 V(H 2)
m(P)=15,5 г; V(O 2)=14,1 л P+O 2 ® P 2 O 5 m(P 2 O 5)
m(AgNO 3)=8,5 г;m(K 2 CO 3)=4,14 г AgNO 3 +K 2 CO 3 ®Ag 2 CO 3 +KNO 3 m(Ag 2 CO 3)
m(K 2 CO 3)=69 г; m(HNO 3)=50,4 г K 2 CO 3 +HNO 3 ®KNO 3 +CO 2 +H 2 O V(CO 2)
m(AlCl 3)=2,67 г; m(AgNO 3)=8,5 г AlCl 3 +AgNO 3 ®AgCl+Al(NO 3) 3 m(AgCl)
m(KBr)=2,38 г; V(Cl 2)=448 мл KBr+Cl 2 ® KCl+Br 2 m(Br 2)
m(CaBr 2)=40 г; m(AgNO 3)=59,5 г CaBr 2 +AgNO 3 ®AgBr+Ca(NO 3) 2 m(AgBr)
m(H 2)=1,44 г; V(O 2)=8,4 л H 2 +O 2 ® H 2 O m(H 2 O)
m(Ba(OH) 2)=6,84 г;V(HI)=1,568 л Ba(OH) 2 +HI ® BaI 2 +H 2 O m(BaI 2)
m(H 3 PO 4)=9,8 г; m(KOH)=17,08 г H 3 PO 4 +KOH ® K 3 PO 4 +H 2 O m(K 3 PO 4)
m(H 2 SO 4)=49 г; m(NaOH)=45 г H 2 SO 4 +NaOH ® Na 2 SO 4 +H 2 O m(Na 2 SO 4)
V(Cl 2)=2,24 л; m(KOH)=8,4 г Cl 2 +KOH ® KClO 3 +KCl+H 2 O m(KClO 3)
m(NH 4 Cl)=43 г; m(Ca(OH) 2)=37 г NH 4 Cl+Ca(OH) 2 ®CaCl 2 +NH 3 +H 2 O V(NH 3)
V(NH 3)=8,96 л; m(O 2)=14,4 г NH 3 +O 2 ® NO+H 2 O V(NO)
V(H 2 S)=17,92 л; m(O 2)=40 г H 2 S+O 2 ® SO 2 +H 2 O V(SO 2)
m(MnO 2)=8,7 г; m(HBr)=30,8 г MnO 2 +HBr ® MnBr 2 +Br 2 +H 2 O m(MnBr 2)
m(Ca)=10 г; m(H 2 O)=8,1 г Ca+H 2 O ® Ca(OH) 2 +H 2 V(H 2)

КОНЦЕНТРАЦІЯ РОЗЧИН

В рамках курсу загальної хімії студенти вивчають 2 способи вираження концентрації розчинів – масова частка та молярна концентрація.

Масова частка розчиненої речовиниХ розраховується як відношення маси цієї речовини до маси розчину:

,

де ω(X) - масова частка розчиненої речовини X;

m(X) – маса розчиненої речовини X;

m розчину – маса розчину.

Масова частка речовини, розрахована за наведеною вище формулою - безрозмірна величина, виражена в частках одиниці (0< ω(X) < 1).


Масову частку можна висловити у частках одиниці, а й у відсотках. У цьому випадку розрахункова формула має вигляд:

Масову частку, виражену у відсотках, часто називають процентною концентрацією . Очевидно, що процентна концентрація розчиненої речовини 0%< ω(X) < 100%.

Відсоткова концентрація показує, скільки масових частин розчиненої речовини міститься у 100 масових частинах розчину. Якщо в якості одиниці маси вибрати грам, то це визначення можна записати так: процентна концентрація показує, скільки грамів розчиненої речовини міститься в 100 грамах розчину .

Зрозуміло, що, наприклад, 30% розчину відповідає масова частка розчиненої речовини, що дорівнює 0,3.

Іншим способом вираження вмісту розчиненої речовини у розчині є молярна концентрація (молярність).

Молярна концентрація речовини, або молярність розчину, показує, скільки моль розчиненої речовини міститься в 1 літрі (1 дм 3) розчину

де C(X) – молярна концентрація розчиненої речовини X (моль/л);

n(X) – хімічна кількість розчиненої речовини Х (моль);

V розчину – об'єм розчину (л).

Приклад 5.1Розрахуйте молярну концентрацію H 3 PO 4 у розчині, якщо відомо, що масова частка H 3 PO 4 дорівнює 60%, а щільність розчину – 1,43 г/мл.

За визначенням процентної концентрації

100 г розчину міститься 60 г фосфорної кислоти.

n(H 3 PO 4) = m(H 3 PO 4) : M(H 3 PO 4) = 60 г: 98 г/моль = 0,612 моль;

V розчину = m розчину: розчину = 100 г: 1,43 г/см 3 = 69,93 см 3 = 0,0699 л;

С(H 3 PO 4) = n(H 3 PO 4) : V розчину = 0,612 моль: 0,0699 л = 8,755 моль/л.

Приклад 5.2Є 0,5 М розчин H2SO4. Чому дорівнює масова частка сірчаної кислоти у цьому розчині? Щільність розчину прийняти рівною 1 г/мл.

За визначенням молярної концентрації

в 1 л розчину міститься 0,5 моль H 2 SO 4

(запис «0,5 М розчин» означає, що (H 2 SO 4) = 0,5 моль/л).

m розчину = V розчину × ρ розчину = 1000 мл × 1 г/мл = 1000 г;

m(H 2 SO 4) = n(H 2 SO 4) × M(H 2 SO 4) = 0,5 моль × 98 г/моль = 49 г;

ω(H 2 SO 4) = m(H 2 SO 4): m розчину = 49 г: 1000 г = 0,049 (4,9%).


Приклад 5.3Які об'єми води та 96% розчину H 2 SO 4 щільністю 1,84 г/мл необхідно взяти для приготування 2 л 60% розчину H 2 SO 4 щільністю 1,5 г/мл.

При вирішенні завдань на приготування розведеного розчину з концентрованого слід враховувати, що вихідний розчин (концентрований), вода та отриманий розчин (розведений) мають різні густини. У цьому випадку слід мати на увазі, що V вихідного розчину + V води ≠ V отриманого розчину,

тому що в ході змішування концентрованого розчину та води відбувається зміна (збільшення або зменшення) обсягу всієї системи.

Вирішення подібних завдань потрібно починати з з'ясування параметрів розведеного розчину (тобто того розчину, який потрібно приготувати): його маси, маси розчиненої речовини, якщо необхідно, то й кількості розчиненої речовини.

M 60% розчину = V 60% розчину ∙ ρ 60% розчину = 2000 мл × 1,5 г/мл = 3000 г.

m(H 2 SO 4) у 60% р-рі = m 60% р-ну · w(H 2 SO 4) у 60% р-рі = 3000 г · 0,6 = 1800 р.

Маса чистої сірчаної кислоти в приготованому розчині повинна дорівнювати масі сірчаної кислоти в тій порції 96%-го розчину, яку необхідно взяти для приготування розведеного розчину. Таким чином,

m(H 2 SO 4) у 60% р-рі = m(H 2 SO 4) у 96% р-рі = 1800 р.

m 96% розчину = m (H 2 SO 4) в 96% розчині: w(H 2 SO 4) в 96% розчині = 1800 г: 0,96 = 1875 р.

m (H 2 O) = m 40% розчину – m 96% розчину = 3000 г – 1875 р = 1125 р.

V 96% розчину = m 96% розчину: ρ 96% розчину = 1875 р: 1,84 г/мл = 1019 мл » 1,02 л.

V води = m води: ? води = 1125г: 1 г/мл = 1125 мл = 1,125 л.

Приклад 5.4Змішали 100 мл 0,1 M розчину CuCl 2 і 150 мл 0,2 М розчину Cu(NO 3) 2 Розрахувати молярну концентрацію іонів Cu 2+ , Cl - і NO 3 - в отриманому розчині.

При вирішенні подібного завдання на змішування розведених розчинів, важливо розуміти, що розведені розчини мають приблизно однакову щільність, приблизно рівну щільності води. При їх змішуванні загальний обсяг системи практично не змінюється: V 1 розбавленого розчину + V 2 розбавленого розчину + ... V отриманого розчину.

У першому розчині:

n(CuCl 2) = C(CuCl 2) · V розчину CuCl 2 = 0,1 моль/л × 0,1 л = 0,01 моль;

CuCl 2 – сильний електроліт: CuCl 2 ® Cu 2+ + 2Cl –;

Тому n(Cu 2+) = n(CuCl 2) = 0,01 моль; n(Cl -) = 2 × 0,01 = 0,02 моль.

У другому розчині:

n(Cu(NO 3) 2) = C(Cu(NO 3) 2)×V розчину Cu(NO 3) 2 = 0,2 моль/л × 0,15 л = 0,03 моль;

Cu(NO 3) 2 – сильний електроліт: CuCl 2 ® Cu 2+ + 2NO 3 – ;

Тому n(Cu 2+) = n(Cu(NO 3) 2) = 0,03 моль; n(NO 3 -) = 2×0,03 = 0,06 моль.

Після змішування розчинів:

n(Cu 2+) заг. = 0,01 моль + 0,03 моль = 0,04 моль;

V заг. » V розчину CuCl 2 + V розчину Cu (NO 3) 2 = 0,1 л + 0,15 л = 0,25 л;

C(Cu 2+) = n(Cu 2+): V заг. = 0,04 моль: 0,25 л = 0,16 моль/л;

C(Cl –) = n(Cl –): V заг. = 0,02 моль: 0,25 л = 0,08 моль/л;

C(NO 3 –) = n(NO 3 –): V заг. = 0,06 моль: 0,25 л = 0,24 моль/л.


Приклад 5.5У колбу внесли 684 мг сульфату алюмінію та 1 мл 9,8% розчину сірчаної кислоти щільністю 1,1 г/мл. Суміш, що утворилася, розчинили у воді; об'єм розчину довели водою до 500 мл. Розрахувати молярні концентрації іонів H + , Al 3+ SO 4 2 в отриманому розчині.

Розрахуємо кількості розчинних речовин:

n(Al 2 (SO 4) 3)=m(Al 2 (SO 4) 3) : M(Al 2 (SO 4) 3)=0,684 г: 342 г моль=0,002 моль;

Al 2 (SO 4) 3 – сильний електроліт: Al 2 (SO 4) 3 ® 2Al 3+ + 3SO 4 2– ;

Тому n(Al 3+)=2×0,002 моль=0,004 моль; n(SO 4 2–)=3×0,002 моль=0,006 моль.

m розчину H 2 SO 4 = V розчину H 2 SO 4 × ρ розчину H 2 SO 4 = 1 мл × 1,1 г/мл = 1,1 г;

m(H 2 SO 4) = m розчину H 2 SO 4 × w(H 2 SO 4) = 1,1 г · 0,098 = 0,1078 р.

n(H 2 SO 4) = m(H 2 SO 4): M(H 2 SO 4) = 0,1078 г: 98 г/моль = 0,0011 моль;

H 2 SO 4 – сильний електроліт: H 2 SO 4 ® 2H + + SO 4 2– .

Тому n(SO 4 2–) = n(H 2 SO 4) = 0,0011 моль; n(H +) = 2 × 0,0011 = 0,0022 моль.

За умовою завдання обсяг отриманого розчину дорівнює 500 мл (0,5 л).

n(SO 4 2–) заг. = 0,006 моль + 0,0011 моль = 0,0071 моль.

С(Al 3+) = n(Al 3+) : V розчину = 0,004 моль: 0,5 л = 0,008 моль/л;

С(H +) = n(H +): V розчину = 0,0022 моль: 0,5 л = 0,0044 моль/л;

З(SO 4 2–) = n(SO 4 2–) заг. : V розчину = 0,0071 моль: 0,5 л = 0,0142 моль/л.

Приклад 5.6Яку масу залізного купоросу (FeSO 4 ·7H 2 O) та який обсяг води необхідно взяти для приготування 3 л 10% розчину сульфату заліза (II). Щільність розчину прийняти рівною 1,1 г/мл.

Маса розчину, який необхідно приготувати, дорівнює:

m розчину = V розчину ∙ ρ розчину = 3000 мл ∙ 1,1 г/мл = 3300 г.

Маса чистого сульфату заліза (II) у цьому розчині дорівнює:

m(FeSO 4) = m розчину x w(FeSO 4) = 3300 г × 0,1 = 330 г.

Така ж маса безводного FeSO 4 повинна міститися в тій кількості кристалогідрату, яку необхідно взяти для приготування розчину. Зі зіставлення молярних мас М(FeSO 4 ·7H 2 O) = 278 г/моль і М(FeSO 4) = 152 г/моль,

отримуємо пропорцію:

у 278 г FeSO 4 ·7H 2 O міститься 152 г FeSO 4 ;

в х г FeSO 4 ·7H 2 O міститься 330 г FeSO 4;

x = (278 · 330): 152 = 603,6 р.

m води = m розчину - m залізного купоросу = 3300 г - 603,6 г = 2696,4 г.

Т.к. щільність води дорівнює 1 г/мл, то об'єм води, який необхідно взяти для приготування розчину, дорівнює: V води = m води: ρ води = 2696,4 г: 1 г/мл = 2696,4 мл.

Приклад 5.7Яку масу глауберової солі (Na 2 SO 4 ·10H 2 O) потрібно розчинити в 500 мл 10% розчину сульфату натрію (щільність розчину 1,1 г/мл), щоб отримати 15% розчин Na 2 SO 4 ?

Нехай потрібно x грамів глауберової солі Na 2 SO 4 ·10H 2 O. Тоді маса розчину, що утворюється, дорівнює:

m 15% розчину = m вихідного (10%) розчину + m глауберової солі = 550 + х (г);

m вихідного (10%) розчину = V 10% розчину × ρ 10% розчину = 500 мл × 1,1 г/мл = 550 г;

m(Na 2 SO 4) у вихідному (10%) розчині = m 10% розчин a · w(Na 2 SO 4) = 550 г · 0,1 = 55 г.


Виразимо через ікс масу чистого Na 2 SO 4 міститься в х грамах Na 2 SO 4 ·10H 2 O.

М(Na 2 SO 4 ·10H 2 O) = 322 г/моль; М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль; отже:

в 322 г Na 2 SO 4 · 10H 2 O міститься 142 г безводного Na 2 SO 4;

в х г Na 2 SO 4 ·10H 2 O міститься m г безводного Na 2 SO 4 .

m(Na 2 SO 4) = 142 x: 322 = 0,441×x .

Загальна маса сульфату натрію в отриманому розчині дорівнюватиме:

m(Na 2 SO 4) у 15% розчині = 55 + 0,441×x (г).

В отриманому розчині: = 0,15

, Звідки x = 94,5 р.

Завдання №6

Таблиця 6 - Умови завдання № 6

№ варіанта Текст умови
У воді розчинили 5 г Na 2 SO 4 ×10H 2 O і обсяг розчину, що утворився, довели водою до 500 мл. Розрахуйте масову частку Na 2 SO 4 у цьому розчині (ρ = 1 г/мл) та молярні концентрації іонів Na + та SO 4 2– .
Змішали розчини: 100 мл 0,05 М Cr 2 (SO 4) 3 і 100 мл 0,02 М Na 2 SO 4 . Розрахуйте молярні концентрації іонів Cr 3+ , Na + та SO 4 2– в отриманому розчині.
Які об'єми води та 98%-ного розчину (щільність 1,84 г/мл) сірчаної кислоти потрібно взяти для приготування 2 літрів 30%-го розчину, щільністю 1,2 г/мл?
У 400 мл води розчинили 50 г Na 2 CO 3 ×10H 2 O. Якими є молярні концентрації іонів Na + і CO 3 2– та масова частка Na 2 CO 3 в отриманому розчині (ρ=1,1 г/мл)?
Змішали розчини: 150 мл 0,05 М Al 2 (SO 4) 3 і 100 мл 0,01 М NiSO 4 . Розрахуйте молярні концентрації іонів Al 3+ , Ni 2+ , SO 4 2 в отриманому розчині.
Які об'єми води та 60%-го розчину (щільність 1,4 г/мл) азотної кислоти потрібні для приготування 500 мл 4 М розчину (щільністю 1,1 г/мл)?
Яка маса мідного купоросу (CuSO 4 ×5H 2 O) необхідна для виготовлення 500 мл 5% розчину сульфату міді щільністю 1,05 г/мл?
У колбу внесли 1 мл 36% розчину (ρ = 1,2 г/мл) HCl і 10 мл 0,5 М розчину ZnCl 2 . Об'єм розчину, що утворився, довели водою до 50 мл. Якими є молярні концентрації іонів H + , Zn 2+ , Cl – в отриманому розчині?
Якою є масова частка Cr 2 (SO 4) 3 у розчині (ρ » 1 г/мл), якщо відомо, що молярна концентрація сульфат іонів у цьому розчині дорівнює 0,06 моль/л?
Які об'єми води та 10 М розчину (ρ=1,45 г/мл) гідроксиду натрію потрібні для приготування 2 л 10% розчину NaOH (ρ= 1,1 г/мл)?
Скільки грамів залізного купоросу FeSO 4 ×7H 2 O можна отримати, випаривши воду з 10 л 10%-го розчину сульфату заліза (II) (щільність розчину 1,2 г/мл)?
Змішали розчини: 100 мл 0,1 М Cr 2 (SO 4) 3 і 50 мл 0,2 М CuSO 4 . Розрахувати молярні концентрації іонів Cr 3+ , Сu 2+ , SO 4 2 в отриманому розчині.

Продовження таблиці 6

№ варіанта Текст умови
Які об'єми води і 40% розчину фосфорної кислоти з щільністю 1,35 г/мл потрібні для приготування 1 м 3 5% розчину H 3 PO 4 , щільність якого дорівнює 1,05 г/мл?
У воді розчинили 16,1 г Na 2 SO 4 ×10H 2 O і обсяг розчину, що утворився, довели водою до 250 мл. Розрахуйте масову частку і молярну концентрацію Na 2 SO 4 в розчині (щільність розчину вважати рівною 1 г/мл).
Змішали розчини: 150 мл 0,05 М Fe 2 (SO 4) 3 і 100 мл 0,1 М MgSO 4 . Розрахуйте молярні концентрації іонів Fe 3+ , Mg 2+ , SO 4 2- в отриманому розчині.
Які об'єми води та 36% соляної кислоти (щільністю 1,2 г/мл) необхідні для приготування 500 мл 10% розчину, щільність якого 1,05 г/мл?
У 200 мл води розчинили 20 г Al 2 (SO 4) 3 ×18H 2 O. Яка масова частка розчиненої речовини в отриманому розчині, густина якого дорівнює 1,1 г/мл? Розрахуйте молярні концентрації іонів Al 3+ та SO 4 2– у цьому розчині.
Змішали розчини: 100 мл 0,05 М Al 2 (SO 4) 3 і 150 мл 0,01 М Fe 2 (SO 4) 3 . Розрахуйте молярні концентрації іонів Fe 3+ , Al 3+ та SO 4 2- в отриманому розчині.
Які об'єми води та 80% розчину оцтової кислоти (щільністю 1,07 г/мл) знадобляться для приготування 0,5 л столового оцту, в якому масова частка кислоти становить 7%? Щільність столового оцту прийняти дорівнює 1 г/мл.
Яка маса залізного купоросу (FeSO 4 ×7H 2 O) необхідна для виготовлення 100 мл 3% розчину сульфату заліза? Щільність розчину дорівнює 1 г/мл.
У колбу внесли 2 мл 36% розчину HCl (щільність 1,2 г/см 3 ) та 20 мл 0,3 М розчину CuCl 2 . Об'єм розчину, що утворився, довели водою до 200 мл. Розрахуйте молярні концентрації іонів H + , Cu 2+ та Cl – в отриманому розчині.
Чому дорівнює процентна концентрація Al 2 (SO 4) 3 у розчині, в якому молярна концентрація сульфат-іонів дорівнює 0,6 моль/л. Щільність розчину 1,05 г/мл.
Які об'єми води та 10 М розчину KOH (щільність розчину 1,4 г/мл) потрібні для приготування 500 мл 10% розчину KOH щільністю 1,1 г/мл?
Скільки грамів мідного купоросу CuSO 4 ×5H 2 O можна отримати, випаривши воду з 15 л 8% розчину сульфату міді, густина якого дорівнює 1,1 г/мл?
Змішали розчини: 200 мл 0,025 М Fe 2 (SO 4) 3 і 50 мл 0,05 М FeCl 3 . Розрахуйте молярну концентрацію іонів Fe 3+ , Cl – , SO 4 2– в отриманому розчині.
Які об'єми води та 70% розчину H 3 PO 4 (щільністю 1,6 г/мл) потрібні для приготування 0,25 м 3 10% розчину H 3 PO 4 (щільністю 1,1 г/мл)?
У 100 мл води розчинили 6 г Al 2 (SO 4) 3 ×18H 2 O. Розрахуйте масову частку Al 2 (SO 4) 3 та молярні концентрації іонів Al 3+ та SO 4 2– в отриманому розчині, щільність якого дорівнює 1 г / Мол.
Змішали розчини: 50 мл 0,1 М Cr 2 (SO 4) 3 і 200 мл 0,02 М Cr(NO 3) 3 . Розрахуйте молярні концентрації іонів Cr 3+ , NO 3 – , SO 4 2- в отриманому розчині.
Які об'єми 50% розчину хлорної кислоти (щільність 1,4 г/мл) та води необхідні для приготування 1 літра 8% розчину щільністю 1,05 г/мл?
Скільки грамів глауберової солі Na 2 SO 4 ×10H 2 O потрібно розчинити в 200 мл води, щоб отримати 5% розчин сульфату натрію?
У колбу внесли 1 мл 80% розчину H 2 SO 4 (щільність розчину 1,7 г/мл) та 5000 мг Cr 2 (SO 4) 3 . Суміш розчинили у воді; об'єм розчину довели до 250 мл. Розрахуйте молярні концентрації іонів H + , Cr 3+ та SO 4 2- в отриманому розчині.

Продовження таблиці 6

ХІМІЧНА РІВНОВАГА

Усі хімічні реакції можна розділити на 2 групи: реакції необоротні, тобто. протікають до повного витрати хоча б однієї з реагуючих речовин, і реакції оборотні, в яких жодна з реагуючих речовин не витрачається повністю. Це з тим, що оборотна реакція може протікати як і прямому, і у зворотному напрямі. Класичним прикладом оборотної реакції може бути реакція синтезу аміаку з азоту та водню:

N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3 .

У момент початку реакції концентрації вихідних речовин у системі максимальні; в цей момент максимальна швидкість прямої реакції. У момент початку реакції у системі ще відсутні продукти реакції (у цьому прикладі – аміак), отже, швидкість зворотної реакції дорівнює нулю. У міру взаємодії вихідних речовин одна з одною їх концентрації зменшуються, отже, зменшується і швидкість прямої реакції. Концентрація продукту реакції поступово зростає, отже, зростає і швидкість зворотної реакції. Через деякий час швидкість прямої реакції стає дорівнює швидкості зворотної. Цей стан системи називається станом хімічної рівноваги. Концентрації речовин у системі, яка перебуває у стані хімічної рівноваги, називаються рівноважними концентраціями. Кількісною характеристикою системи у стані хімічної рівноваги є константа рівноваги.

Для будь-якої оборотної реакції a A + b B+ ... ⇆ p P + q Q + … вираз константи хімічної рівноваги (К) записується у вигляді дробу, у чисельнику якого знаходяться рівноважні концентрації продуктів реакції, а в знаменнику – рівноважні концентрації вихідних речовин, причому концентрація кожної речовини повинна бути зведена в ступінь, що дорівнює стехіометричному коефіцієнту в рівнянні реакції.

Наприклад, для реакції N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3 .

Слід мати на увазі, що у вираз константи рівноваги входять рівноважні концентрації тільки газоподібних речовин або речовин, що знаходяться в розчиненому стані . Концентрація твердої речовини вважається постійною і не записується у вираз константи рівноваги.


CO 2 (газ) + C (тв.) ⇆ 2CO (газ)

CH 3 COOH (розчин) ⇆ CH 3 COO - (розчин) + H + (розчин)

Ba 3 (PO 4) 2 (тв.) ⇆ 3 Ba 2+ (насич. розчин) + 2 PO 4 3– (насич. розчин) К=C 3 (Ba 2+)·C 2 (PO 4 3–)

Існує два найбільш важливі типи завдань, пов'язаних з розрахунком параметрів рівноважної системи:

1) відомі початкові концентрації вихідних речовин; з умови завдання можна знайти концентрації речовин, що прореагували (або утворилися) на момент настання рівноваги; у завданні потрібно розрахувати рівноважні концентрації всіх речовин та чисельну величину константи рівноваги;

2) відомі початкові концентрації вихідних речовин та константа рівноваги. В умові немає даних про концентрації речовин, що прореагували або утворилися. Потрібно розрахувати рівноважні концентрації всіх учасників реакції.

Для вирішення подібних завдань необхідно розуміти, що рівноважну концентрацію будь-якого вихідного речовини можна знайти, відібравши від початкової концентрації концентрацію речовини, що прореагував:

З рівноважна = З початкова – З речовини, що прореагувала.

Рівноважна концентрація продукту реакції дорівнює концентрації продукту, що утворився на момент настання рівноваги:

З рівноважна = З продукту, що утворився.

Таким чином, для розрахунку параметрів рівноважної системи дуже важливо вміти визначити, скільки на момент настання рівноваги прореагувало вихідної речовини і скільки утворилося продукту реакції. Для визначення кількості (або концентрації) речовин, що прореагували і утворилися, проводяться стехіометричні розрахунки за рівнянням реакції.

Приклад 6.1Початкові концентрації азоту та водню в рівноважній системі N 2 + 3H 2 ⇆ 2 NH 3 відповідно дорівнюють 3 моль/л та 4 моль/л. На момент настання хімічної рівноваги у системі залишилося 70% водню від його початкової кількості. Визначити константу рівноваги цієї реакції.

З умови завдання випливає, що на момент настання рівноваги прореагувало 30% водню (завдання 1 типу):

4 моль/л H 2 – 100%

х моль/л H 2 – 30%

х = 1,2 моль/л = З прореаг. (H 2)

Як очевидно з рівняння реакції, азоту мало розпочати реакцію втричі менше, ніж водню, тобто. З прореаг. (N 2) = 1,2 моль/л: 3 = 0,4 моль/л. Аміаку ж утворюється в 2 рази більше, ніж прореагувало азоту:

З образів. (NH 3) = 2 × 0,4 моль/л = 0,8 моль/л


Рівноважні концентрації всіх учасників реакції будуть такі:

З рівн. (H 2) = C поч. (H 2) - C прореаг. (H 2) = 4 моль/л – 1,2 моль/л = 2,8 моль/л;

З рівн. (N 2) = C поч. (N 2) - C прореаг. (N 2) = 3 моль/л - 0,4 моль/л = 2,6 моль/л;

З рівн. (NH 3) = З образів. (NH 3) = 0,8 моль/л.

Константа рівноваги = .

Приклад 6.2Розрахувати рівноважні концентрації водню, йоду та йодоводороду в системі H 2 + I 2 ⇆ 2 HI, якщо відомо, що початкові концентрації H 2 і I 2 дорівнюють 5 моль/л і 3 моль/л відповідно, а константа рівноваги дорівнює 1.

Слід звернути увагу, що в умові цього завдання (завдання 2 типу) в умові нічого не йдеться про концентрації вихідних речовин, що прореагували, і продуктів, що утворилися. Тому при вирішенні таких завдань зазвичай концентрація якої-небудь речовини, що прореагувала, приймається за ікс.

Нехай на момент настання рівноваги прореагувало x моль/л H 2 . Тоді, як випливає з рівняння реакції, має прореагувати x моль/л I 2 і утворитися 2x моль/л HI. Рівноважні концентрації всіх учасників реакції будуть такі:

З рівн. (H2) = C поч. (H 2) - C прореаг. (H 2) = (5 - x) моль/л;

З рівн. (I 2) = C поч. (I 2) - C прореаг. (I 2) = (3 – x) моль/л;

З рівн. (HI) = З образів. (HI) = 2x моль/л.

4x 2 = 15 - 8x + x 2

3x 2 + 8x - 15 = 0

x 1 = -3,94 x 2 = 1,27

Фізичний сенс має лише позитивний корінь x = 1,27.

Отже, С рівн. (H 2) = (5 - x) моль/л = 5 - 1,27 = 3,73 моль/л;

З рівн. (I 2) = (3 – x) моль/л = 3 – 1,27 = 1,73 моль/л;

З рівн. (HI) = 2x моль/л = 2·1,27 = 2,54 моль/л.

Завдання №7

Таблиця 7 - Умови завдання № 7


Продовження таблиці 7

Коефіцієнт надлишку повітря при такому способі організації процесу згоряння повинен відповідати багатим сумішам, близьким до стехіометричних. Організувати ефективне згоряння бідних сумішей у разі буде дуже складно внаслідок недостатньо високої швидкості поширення фронту полум'я з великою ймовірністю згасання вогнищ займання, значною цикловою нерівномірністю згоряння і, зрештою, пропусками займання. Таким чином, цей напрямок можна назвати гранично повільним згорянням багатих газоповітряних сумішей.

Коефіцієнт надлишку повітря (а) істотно впливає на процес горіння та компонентний склад продуктів згоряння. Очевидно, що за а 1,0) практично не впливає на компонентний склад димових газів і призводить тільки до зниження концентрації компонентів за рахунок розведення не використаним в процесі горіння повітрям.

Виходячи зі стехіометричних коефіцієнтів реакції отримання діалкілхлортіофосфату та оптимального рішення для критерію 2, накладаємо обмеження Х3 =-0,26 (1,087 моля/моль).

24.5

Це дає значення стехіометричного коефіцієнта для споживання поліфосфату 1/нас, р = р Р/г ГПК(НАс).

У табл. 24.5 наведено стехіометричні коефіцієнти виходу, визначені в дослідах, що проводяться в реакторах періодичної безперервної дії з чистою культурою. Ці значення досить добре узгоджуються, незважаючи на різні умови мікробіологічного зростання.

З виразу (3.36) знаходимо стехіометричний коефіцієнт "нас.р = 0,05 г Р/г ГПК(НАс). [...]

[ ...]

З прикладу 3.2 можна знайти стехіометричні коефіцієнти рівняння видалення оцтової кислоти: 1 моль НАс (60 г НАс) вимагає 0,9 моль 02 та 0,9 32 = 29 г 02.

3.12

У цих формулах перша вихідна речовина входить у всі стехіометричні рівняння та її стехіометричний коефіцієнт у них V/, = -1. Для цього речовини задані ступеня перетворення лу у кожному стехіометричному рівнянні (всього їх - К). У рівняннях (3.14) і (3.15) передбачається, що г -й компонент - продукт, для якого визначають селективність і вихід, утворюється тільки в 1-му стехіометричному рівнянні (тоді Е / = х (). Кількості компонентів у цих формулах вимірюються в молях (позначення ЛВ, як це традиційно прийнято в хімічних науках. [...]

При складанні окислювально-відновних рівнянь знаходять стехіометричні коефіцієнти за окисленістю елемента до і після реакції. Окисленість елемента в з'єднаннях визначається числом електронів, що витрачаються атомом на утворення полярних та іонних зв'язків, а знак окисленості - на напрям зсуву сполучних електронних пар. Наприклад, окисленість іону натрію в поєднанні NaCl дорівнює +1, а хлору -I.

Більш зручно уявити стехіометрію мікробіологічної реакції стехіометричним рівнянням балансу, а не у формі таблиць значень коефіцієнтів виходу. Такий опис складу компонентів мікробіологічної клітини вимагає застосування емпіричної формули. Експериментально була встановлена ​​формула речовини клітини C5H702N, яка часто застосовується при складанні стехіометричних рівнянь.

У табл. 3.6 представлені типові значення кінетичних та інших констант, а також стехіометричних коефіцієнтів для аеробного процесу очищення міських стоків. Слід зазначити, що між індивідуальними константами існує певна кореляція, тому необхідно користуватися набором констант із одного джерела, а не вибирати окремі константи з різних джерел. У табл. 3.7 представлені подібні кореляції.

Метод стандартизується за відомою кількістю йоду, що перераховується на озон, виходячи зі стехіометричного коефіцієнта, що дорівнює одиниці (1 моль озону звільняє 1 моль йоду). На користь такого коефіцієнта свідчать результати низки робіт, на підставі яких було встановлено стехіометричність реакцій озону з олефінами. За іншого коефіцієнта ці результати було б важко пояснити. Однак у роботі знайдено, що цей коефіцієнт дорівнює 1,5. Це узгоджується з даними, за якими стехіометричний коефіцієнт, рівний одиниці, виходить при pH 9, а в кислому середовищі виділяється значно більше йоду, ніж у нейтральній та лужній.

Випробування проводилися при повному навантаженні та постійній частоті обертання колінчастого валу 1500 хв1. Коефіцієнт надлишку повітря змінювався в діапазоні 0,8 [...]

Матеріальні процеси в живій природі, круговороти біогенних елементів пов'язані з потоками енергії стехіометричними коефіцієнтами, що змінюються у різних організмів лише в межах одного порядку. При цьому завдяки високій ефективності каталізу витрати енергії на синтез нових речовин в організмах набагато менші ніж у технічних аналогах цих процесів.

Вимірювання характеристик двигуна та емісій шкідливих викидів для всіх камер згоряння проведено у широкому діапазоні зміни коефіцієнта надлишку повітря від стехіометричного значення до гранично бідної суміші. На рис. 56 і 57 наведені основні результати в залежності від а, отримані при частоті обертання 2 ТОВ хв і повністю відкритою дросельною заслінкою. Значення кута випередження запалювання вибиралося з умови отримання максимального моменту, що крутить.

Біологічний процес видалення фосфору складний, тому, звичайно, підхід, що використовується нами, істотно спрощений. У табл. 8.1 представлений набір стехіометричних коефіцієнтів, що описують процеси, що протікають за участю ФАО. Таблиця виглядає складно, адже в ній вже зроблено спрощення.

В одній з останніх робіт прийнято, що 1 моль N02 дає 0,72 г-іона N07. За даними, представленими Міжнародною організацією стандартизації, стехіометричний коефіцієнт залежить від складу реагентів типу Гриса. Запропоновано шість варіантів цього реагенту, що відрізняються складом компонентів, що входять до нього, і зазначено, що ефективність поглинання для всіх типів поглинальних розчинів 90%, а стехіометричний коефіцієнт з урахуванням ефективності поглинання варіює від 0,8 до 1. Зменшення кількості NEDA і заміна сульфанілової кислоти сульфанілами (білий стрептоцид) дає більшого значення цього коефіцієнта. Автори роботи пояснюють це втратами HN02 за рахунок утворення NO при побічних реакціях.

При проектуванні споруд біохімічної очистки стічних водта аналіз їх роботи зазвичай використовують такі розрахункові параметри: швидкість біологічного окислення, стехіометричні коефіцієнти для акцепторів електронів, швидкість росту і Фізичні властивостібіомаси активного мулу. Вивчення хімічних змін у взаємозв'язку з біологічними перетвореннями, що відбуваються в біореакторі, дає можливість отримати досить повне уявлення про роботу споруди. Для анаеробних систем, яких можна віднести анаеробні фільтри, такі відомості потрібні, щоб забезпечити оптимальне значення pH середовища, що є основним фактором нормальної роботи очисних споруд. У деяких аеробних системах, наприклад, таких, в яких відбувається нітрифікація, контроль pH середовища також необхідний для забезпечення оптимальної швидкості росту мікроорганізмів. Для закритих очисних споруд, що увійшли до практики наприкінці 60-х років, у яких використовується чистий кисень (окси-тенк), вивчення хімічних взаємодій стало необхідним як регулювання pH, але й інженерного розрахунку газопровідного оборудования.[ ...]

Константа швидкості каталітичного перетворення в загальному випадку являє собою при даній температурі функцію констант швидкостей прямої, зворотної та побічних реакцій, а також коефіцієнтів дифузії вихідних реагентів та продуктів їх взаємодії. Швидкість гетерогенного каталітичного процесу визначається, як зазначено вище, відносними швидкостями окремих його стадій і лімітується найповільнішою з них. Внаслідок цього порядок каталітичної реакції майже ніколи не збігається з молекулярністю реакції, що відповідає стехіометричному співвідношенню в рівнянні цієї реакції, а вирази для розрахунку константи швидкості каталітичного перетворення є специфічними для конкретних стадій та умов його реалізації.

Щоб контролювати реакцію нейтралізації, треба знати, яку кількість кислоти або лугу слід додати до розчину для отримання необхідного значення pH. Для вирішення цієї проблеми може бути використаний метод емпіричної оцінки стехіометричних коефіцієнтів, що здійснюється за допомогою титрування.

Рівноважний склад продуктів згоряння камері визначається згідно із законом діючих мас. Відповідно до цього закону швидкість хімічних реакцій прямо пропорційна концентрації вихідних реагентів, кожен з яких береться до ступеня, що дорівнює стехіометричному коефіцієнту, з яким речовина входить до рівняння хімічної реакції. Виходячи зі складу палив, можна вважати, що продукти згоряння, наприклад, рідких ракетних палив у камері будуть складатися з С02, Н20, СО, N0, ОН, Ы2, Н2, N. Н, Про для твердого ракетного палива - з А1203, Ы2, Н2, НС1, СО, С02, Н20 при Т = 1100 ... 2200 К. [...]

Для обґрунтування можливості застосування двоступінчастого спалювання природного газу були проведені експериментальні дослідження розподілу локальних температур, концентрацій оксидів азоту та горючих речовин по довжині смолоскипу залежно від коефіцієнта надлишку повітря, що подається через пальник. Досліди виконувалися при спалюванні природного газу в топці котла ПТВМ-50, обладнаного вихровим пальником ВТІ з периферійною видачею газових струменів у закручений поперечний потік повітря. Встановлено, що з аг О.вб процес вигоряння палива закінчується з відривом 1ф/Х>Вых = 4,2, а за аг=1,10 - з відривом Ьф10вых = 3,6. Це вказує на розтягнутість процесу горіння в умовах, що значно відрізняються від стехіометричних.

Спрощена матриця параметрів процесу з активним мулом без нітрифікації представлена ​​у табл. 4.2. Тут прийнято, що в процес конверсії внесок вносять три основні фактори: біологічне зростання, розпад та гідроліз. Швидкості реакцій вказані у правій колонці, а подані в таблиці коефіцієнти є стехіометричними. За допомогою даних таблиці можна написати рівняння масового балансу, наприклад, для органічної речовини Бе, що легко розкладається, в реакторі ідеального перемішування. Вирази, відповідальні за транспорт, не потребують пояснень. Два вирази, що описують перетворення речовини, знаходимо, помножуючи стехіометричні коефіцієнти (в даному випадку) «компонентних» колонок на відповідні швидкості реакцій з правої колонки табл. 4.2.

На рис. 50 наведено зміну вмісту Шх у продуктах згоряння (г/кВт-год) залежно від складу суміші та кута випередження запалення. Т.к. утворення ЫОх значною мірою залежить від температури газу, при ранньому запаленні емісія ЫОх зростає. Залежність освіти 1 Юх від коефіцієнта надлишку повітря є складнішою, т.к. існують два протилежно діючі фактори. Освіта 1ЧОх залежить від концентрації кисню в згоряючій суміші та температури. Збіднення суміші підвищує концентрацію кисню, але знижує максимальну температуру згоряння. Це призводить до того, що максимум змісту досягається при роботі на сумішах трохи біднішими від стехіометричних. При цих значеннях коефіцієнта надлишку повітря ефективний ККД має максимум.

На рис. 7.2 показано експериментальні залежності концентрації метанолу від концентрації NO3-N на виході з біофільтра повного витіснення. Лінії, що з'єднують експериментальні точки, характеризують розподіл речовини вздовж фільтра за різних відносин Smc/Sn- Нахил кривих відповідає значенню стехіометричного коефіцієнта: 3,1кг СН3ОН/кг NO -N.

Співвідношення, що пов'язує концентрації реагуючих речовин з константою рівноваги, є математичним виразом закону дії мас, який можна сформулювати так: для даної оборотної реакції при стані хімічної рівноваги відношення добутку рівноважних концентрацій продуктів реакції до твору рівноважних концентрацій вихідних речовин при даній температурі є постійна величина, причому концентрація кожної речовини повинна бути зведена до ступеня її стехіометричного коефіцієнта.

У Радянському Союзі визначення NO¡¡ в атмосфері застосовується метод Полежаєва і Гириной . Для уловлювання двоокису азоту в цьому методі використовується 8% розчин KJ. Визначення нітрит-іонів в отриманому розчині виробляють за допомогою реагенту Гриса-Ілосвая. Розчин іодиду калію - значно ефективніший поглинач N02, ніж розчин лугу. При його обсязі (всього 6 мл) і швидкості пропускання повітря (0,25 л/хв) за поглинальний прилад з скляною пористою пластинкою проскакує не більше 2% N02. Відібрані проби добре зберігаються (близько місяця). Стехіометричний коефіцієнт при поглинанні NOa розчином KJ становить 0,75 з урахуванням проскоку. За нашими даними, у цьому методі не заважає NO щодо концентрацій NO: NOa 3: 1.

Недоліками цього методу, широко впровадженого у практику високотемпературної переробки відходів, є необхідність застосування дорогих лужних реагентів (ІаОН та Ыа2С03). Таким чином, можна задовольнити потреби багатьох галузей промисловості, які мають необхідність знешкодження невеликих кількостей рідких відходів з широким спектром компонентів. хімічного складуі будь-яким вмістом хлорорганічних сполук. Однак до спалювання розчинів, що містять хлор, слід підходити обережно, так як за певних умов (1 > 1200°С, коефіцієнт надлишку повітря > 1,5) у відхідних газах може міститися фосген - високотоксичний хлороксид вуглецю, або хлорангідрид вугільної кислоти(СОС12). Небезпечна життя концентрація цієї речовини становить 450 мг на 1 м3 повітря.

Для процесів вилуговування або хімічного вивітрювання важкорозчинних мінералів або їх асоціацій характерне утворення нових твердих фаз; рівноваги між ними та розчиненими компонентами аналізуються за допомогою термодинамічних діаграм стану. Принципові складності тут зазвичай виникають у зв'язку з необхідністю опису кінетики процесів, якого їх розгляд часто не виправдано. Відповідні кінетичні моделі вимагають відображення хімічних взаємодій у явному вигляді - через парціальні концентрації реагуючих речовин сх з урахуванням стехіометричних коефіцієнтів V. конкретних реакцій.

Стехіометрія включає знаходження хімічних формул, складання рівнянь хімічних реакцій, розрахунки, що застосовуються в препаративній хімії та хімічному аналізі.

У той самий час багато неорганічні сполуки з різних причин може мати змінний склад (бертоліди). Речовини, для яких спостерігаються відхилення від законів стехіометрії, називають нестехіометричними. Так, оксидтитану(II) має змінний склад , в якому на один атом титану може припадати від 0,65 до 1,25 атомів кисню. Натрієвольфрамова бронза (що відноситься до оксидних бронз вольфрамат натрію) у міру видалення з неї натрію змінює свій колір від золотисто-жовтого (NaWO 3) до темного синьо-зеленого (NaO 3WO 3), проходячи через проміжні червоний і . І навіть хлорид натрію може мати нестехіометричний склад, набуваючи синій колір при надлишку металу. Відхилення від законів стехіометрії спостерігаються для конденсованих фаз і пов'язані з утворенням твердих розчинів (для кристалічних речовин), з розчиненням в рідині надлишку компонента реакції або термічної диссоціацією утворюється сполуки (в рідкій фазі, в розплаві).

Якщо вихідні речовинивступають у хімічну взаємодію у строго певних співвідношеннях, а в результаті реакції утворюються продукти, кількість яких піддається точному розрахунку, то такі реакції називаються стехіометричними, а описують їх хімічні рівняння - стехіометричними рівняннями. Знаючи відносні молекулярні маси різних сполук, можна розрахувати, у яких співвідношеннях ці сполуки будуть реагувати. Молние співвідношення між речовинами - учасниками реакції показують коефіцієнти, які називають стехіометричними (вони ж коефіцієнти хімічних рівнянь, вони ж коефіцієнти рівнянь хімічних реакцій). Якщо речовини реагують у співвідношенні 1:1, їх стехіометричні кількості називають еквімолярними.

Термін «стехіометрія» ввів І. Ріхтер у книзі «Початки стехіометрії, або Мистецтво вимірювання хімічних елементів» (J. B. Richter. Anfangsgründe der Stöchyometrie oder Meßkunst chymischer Elemente. Erster, Zweyter und Dritter Theil. Breßlau und Hirschberg, 1792-93), який узагальнив результати своїх визначень мас кислот і основ при утворенні солей.

В основі стехіометрії лежать закони збереження маси, еквівалентів, закон Авогадро, Гей-Люссака, закон сталості складу, закон кратних відносин. Відкриття законів стехіометрії, строго кажучи, започаткувало хімію як точну науку. Правила стехіометрії лежать в основі всіх розрахунків, пов'язаних з хімічними рівняннями реакцій і застосовуються в аналітичній та препаративній хімії, хімічній технології та металургії.

Закони стехіометрії використовують у розрахунках, пов'язаних із формулами речовин та знаходженням теоретично можливого виходу продуктів реакції. Розглянемо реакцію горіння термітної суміші:

Fe 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Fe. (85.0 g Fe 2 O 3 1) (1 mol Fe 2 O 3 160 g Fe 2 O 3) (2 mol Al 1 mol Fe 2 O 3) (27 g Al 1 mol A l) = 28.7 g A l (\displaystyle \mathrm (\left((\frac (85.0\ g\ Fe_(2)O_(3))(1))\right)\left((\frac (1\ mol\ Fe_( 2)O_(3))(160\ g\ Fe_(2)O_(3)))\right)\left((\frac (2\ mol\ Al)(1\ mol\ Fe_(2)O_(3) ))) \ right) \ left (( \ frac (27 \ g \ Al) (1 \ mol \ Al)) \ right) = 28.7 \ g \ Al) )

Таким чином, для проведення реакції з 85,0 г оксиду заліза (III), необхідно 28,7 г алюмінію .

Енциклопедичний YouTube

    1 / 3

    Стехіометрія

    Хімія 11 Стехіометричні хімічні закони

    Завдання з хімії. Суміші речовин. Стехіометричні ланцюжки

    Субтитри

    Ми знаємо, що таке хімічне рівняння, і ми дізналися, як його збалансувати. Тепер ми готові досліджувати стехіометрію. Це надзвичайно химерне слово часто змушує людей думати, що важка стехіометрія. Насправді вона просто займається вивченням чи розрахунком співвідношень між різними молекулами реакції. Ось яке визначення дає Вікіпедія: Стехіометрія – це розрахунок кількісних чи вимірюваних співвідношень реагентів та продуктів. Ви побачите, що у хімії часто використовують слово реагенти. Для більшості наших цілей ви можете використовувати слово реагенти та реактанти як синоніми. Вони обидва є реактантами реакції. Термін «реагенти» іноді використовують для певних типів реакційде ви хочете додати реагент і подивитися, що при цьому відбудеться. І перевірити, чи правильне ваше припущення про речовину чи ні. Але для наших цілей реагент та реактант – це однакові поняття. Є співвідношення між реактантами та продуктами у збалансованому хімічному рівнянні. Якщо нам дано незбалансоване рівняння, ми знаємо як отримати збалансоване. Збалансоване хімічне рівняння. Давайте займемося стехіометрією. Отже, щоб отримати досвід у балансуванні рівнянь, я завжди починатиму з незбалансованих рівнянь. Допустимо, у нас є триоксид заліза. Запишу його. У ньому два атоми заліза пов'язані з трьома атомами кисню. Плюс алюміній... Алюміній. В результаті виходить Al2O3 плюс залізо. Нагадаю, що коли ми займаємося стехіометрією, насамперед ми маємо збалансувати рівняння. Велика кількістьзадач стехіометрії даватиметься з використанням вже збалансованого рівняння. Але я вважаю корисною практикою знаходження балансу самих рівнянь. Спробуємо збалансувати його. Ми маємо два атоми заліза тут, в цьому триоксиді заліза. Скільки атомів заліза ми маємо у правій частині рівняння? У нас лише один атом заліза. Давайте помножимо його на 2 ось тут. Відмінно, тепер у нас три кисні у цій частині. І три кисні в цій частині рівняння. Це виглядає добре. Алюміній у лівій частині рівняння. У нас лише один атом алюмінію. У правій частині рівняння ми маємо два атоми алюмінію. Ми повинні поставити 2 тут. Ми збалансували це рівняння. Тепер ми готові зайнятися стехіометрією. Приступимо. Існує не один тип стехіометричних завдань, але всі вони дотримуються таких схем: якщо мені дано ікс грамів цього, скільки грамів алюмінію необхідно додати, щоб відбулася реакція? Або якщо я дам вам гравець грамів цих молекул і сет грамів цих молекул, то які з них витрачаються першими? Усе це стехіометрія. Ми займемося цими двома завданнями в даному відеоуроці. Припустимо, що нам було дано 85 г триоксиду заліза. Запишемо це. 85 г триоксиду заліза. Моє питання до вас: скільки грамів алюмінію нам потрібне? Скільки грамів алюмінію нам потрібно? Це просто. Якщо ви подивіться на рівняння, ви відразу побачите мольное ставлення. На кожен міль цього, отже, на кожен міль цього... на кожен використовуваний атом триоксиду заліза нам потрібні два атоми алюмінію. Тож нам необхідно обчислити, скільки молей цієї молекули міститься у 85 грамах. І потім нам потрібно мати подвоєну кількість молей алюмінію. Тому що на кожну моль триоксиду заліза у нас припадає два молі алюмінію. Ми просто дивимося на коефіцієнти, ми просто дивимося на цифри. Одна молекула триоксиду заліза з'єднується з двома молекулами алюмінію, щоб відбулася реакція. Давайте спочатку обчислимо, скільки молей міститься у 85 грамах. Яка атомна маса чи масове число всієї цієї молекули? Дозвольте мені зробити це нижче тут. Отже, у нас два заліза та три кисні. Давайте я випишу атомні маси заліза та кисню. Залізо тут, 55,85. І я думаю цілком достатньо округлити до 56. Уявімо, що ми маємо справу з різновидом заліза, точніше говорячи з ізотопом заліза, який має 30 нейтронів. Він має атомне масове число 56. Залізо має атомне масове число 56. Тоді як у кисню, як ми вже знаємо, воно дорівнює 16. Залізо було 56. Ця маса буде... буде 2, помножене на 56, плюс 3, помножене на 16. Ми можемо це зробити в умі. Але це не урок математики, тож обчислю все на калькуляторі. Подивимося, 2, помножене на 56... 2, помножене на 56 плюс 3, помножене на 16, дорівнює 160. Це вірно? Це 48 плюс 112, мабуть, 160. Отже, одна молекула триоксиду заліза матиме масу, що дорівнює ста шістдесяти атомних одиниць маси. Ста шістдесяти атомних одиниць маси. Отже, один моль або... один моль або 6,02, помножене на 10 23 ступеня, молекул оксиду заліза матиме масу... залізо, діоксид заліза, так... матиме масу 160 грамів. У нашій реакції ми сказали, що ми починаємо з 85 г оксиду заліза. Скільки це є молей? 85 г триоксиду заліза... 85 г триоксиду заліза дорівнює дробу 85/160 моля. Це дорівнює 85, поділеному на 160, тобто 0,53. 0,53 моля. Все, з чим ми працювали досі, що зображувалося зеленим та блакитним, потрібно було, щоб визначити скільки молей міститься у 85 г триоксиду заліза. Ми визначили, що це 0,53 моля. Тому що ціла міль була б 160 грамів. Але ми маємо лише 85. Ми знаємо зі збалансованого рівняння, що на кожну моль триоксиду заліза нам потрібні два молі алюмінію. Якщо у нас 0,53 моля молекул заліза, точніше триоксиду заліза, то нам буде потрібна подвоєна кількість алюмінію. Нам буде потрібно 1,06 молячи алюмінію. Я просто візьму 0,53, помножене на 2. Тому що співвідношення дорівнює 1:2. На кожну молекулу однієї речовини нам потрібні дві молекули іншої. На кожну міль однієї речовини нам необхідно два молячи іншої. Якщо у нас 0,53 моля, ви множите це на 2, і виходить 1,06 моля алюмінію. Отже, ми просто вирахували, скільки грамів містить моль алюмінію і потім, помноживши його, отримали 1,06 і ​​на цьому закінчили. Алюміній. У Великій Британії це слово вимовляють трохи інакше. Взагалі мені подобається британська вимова. Алюміній має атомну вагу 26,98. Припустимо, що алюміній, з яким ми маємо справу, має масу 27 атомних одиниць маси. Так. Один алюміній має масу 27 атомних одиниць маси. Один моль алюмінію складатиме 27 грамів. Або 6,02, помножене на 10 до 23 ступеня, атомів алюмінію, які дають 27 грамів. Якщо нам потрібно 1,06 молячи, то скільки це буде? 1,06 молячи алюмінію дорівнює 1,06, помноженому на 27 грамів. Скільки це? Давайте порахуємо. 1,06, помножене на 27, дорівнює 28,62. Нам потрібно 28,62 грама алюмінію... алюмінію, щоб до кінця використовувати наші 85 г триоксиду заліза. Якби ми мали більше, ніж 28,62 грама алюмінію, то вони залишилися б після того, як реакція відбулася. Припустимо, що ми змішуємо все, як потрібно, і реакція протікає до кінця. Ми поговоримо більше про це надалі. У ситуації, де ми маємо більше 28,63 грама алюмінію, ця молекула буде лімітуючим реагентом. Так як у нас надлишок цього, ось що лімітуватиме цей процес. Якщо ми маємо менше 28,63 г, алюмінію, то алюміній буде лімітуючим реагентом, тому що ми не зможемо використовувати всі 85 грамів наших молекул заліза, точніше триоксиду заліза. У будь-якому випадку, я не хочу вас заплутати цими реагентами, що лімітують. У наступному відеоуроці ми розглянемо завдання, цілком присвячене реагентам, що лімітують. Subtitles by the Amara.org community

Усі кількісні співвідношення при розрахунку хімічних процесів ґрунтуються на стехіометрії реакцій. Кількість речовини за таких розрахунків зручніше виражати в молях, або похідних одиницях (кмоль, ммоль, і т.д.). Міль є однією з основних одиниць СІ. Один моль будь-якої речовини відповідає його кількості, чисельно рівному молекулярній масі. Тому молекулярну масу у разі слід вважати величиною розмірної з одиницями: г/моль, кг/кмоль, кг/моль. Так, наприклад, молекулярна маса азоту 28 г/моль, 28 кг/кмоль, але 0,028 кг/моль.

Масові та мольні кількості речовини пов'язані відомими співвідношеннями

N А = m А / М А; m А = N А М А,

де N А – кількість компонента А, моль; m A - маса цього компонента, кг;

М - молекулярна маса компонента А, кг/моль.

При безперервних процесах потік речовини А можна виражати його моль-

ною кількістю в одиницю часу

де W A - мольний потік компонента А, моль/с; τ – час, с.

Для простої реакції, що протікає практично необоротно, зазвичай стехіомет

ричне рівняння записується у вигляді

v A А + v B В = v R R + v S S.

Однак зручніше записувати стехіометричне рівняння у вигляді алгебраічно

го, приймаючи у своїй, що стехиометрические коефіцієнти реагентів негативні, а продуктів реакції позитивні:

Тоді кожної простої реакції можна записати такі рівності:

Індекс "0" відноситься до початкової кількості компонента.

Ці рівності дають підстави отримати наступні рівняння матеріального балансу по компоненту для простої реакції:

Приклад 7.1. Реакція гідрування фенолу до циклогексанолу протікає по урав-

З 6 Н 5 ВІН + ЗН 2 = З 6 Н 11 ВІН, або А + ЗВ = R.

Обчислити кількість продукту, що утворився, якщо початкова кількість компонента А була 235 кг, а кінцева - 18,8 кг

Рішення: Запишемо реакцію у вигляді

R – А – ЗВ = 0.

Молекулярні маси компонентів: М А = 94 кг/кмоль, М В = 2 кг/кмоль

М R = 100 кг/кмоль. Тоді молильні кількості фенолу на початку та наприкінці реакції будуть:

N A 0 = 235/94 = 2,5; N A 0 = 18,8/94 = 0,2; n = (0,2 - 2,5) / (-1) = 2,3.

Кількість циклогексанолу, що утворився, буде дорівнює

N R = 0 +1 ∙ 2,3 = 2,3 кмоль або m R = 100 ∙ 2,3 = 230 кг.

Визначення стехіометрично незалежних реакцій у системі при матеріальних і теплових розрахунках реакційних апаратів необхідне виключення реакцій, є сумою чи різницею деяких із них. Таку оцінку найпростіше можна здійснити за критерієм Граму.

Щоб не проводити зайвих розрахунків, слід оцінити, чи система є стехіометрично залежною. Для цього необхідно:


Транспонувати вихідну матрицю реакційної системи;

Помножити вихідну матрицю на транспоновану;

Обчислити визначник одержаної квадратної матриці.

Якщо цей визначник дорівнює нулю, система реакцій стехиометрически залежна.

Приклад 7.2. Маємо систему реакцій:

FеО + Н 2 = Fе + Н 2 O;

Fе 2 Про 3 + 3Н 2 = 2Fе + 3Н 2 O;

FеО + Fе 2 O 3 + 4Н 2 = 3Fе + 4Н 2 O.

Ця система стехиометрически залежна, оскільки третя реакція є сумою двох інших. Складемо матрицю



Подібні публікації