Расчет массы, объема и количества исходных веществ или продуктов реакции с учетом примесей

Задача. Определить массу образца технического углерода, содержащего 3% примесей, необходимого для получения 67,2 л (н.у.) метана.

 

 

Расчет массы, объема и количества исходных веществ или продуктов реакции с учетом концентрации их в растворе (смеси)

Задача. Сколько грамм бромной воды с массовой долей брома 3,2% потребуется для реакции с 10 л смеси этана и этилена, в которой объемная доля этилена равна 28%?

Расчет массы, объема и количества веществ с учетом выхода продукта реакции

Задача. Бензол количеством вещества 0,5 моль прореагировал с избытком брома (в присутствии катализатора). При этом получили бромбензол массой 70 г. Определите массовую долю выхода бромбензола.

 

 

Задачи повышенной трудности

 

На олимпиадах предлагаются более сложные задачи, чем рассмотренные ранее. Обычно в них сочетаются различные типы расчетов – как по формулам веществ, так и по уравнениям реакций. Решение таких задач требует не только глубоких знаний химии, но и развитого логического мышления, владения алгебраическим аппаратом (системы уравнений с несколькими неизвестными, неравенства, степенные и логарифмические функции и т.п.).

Рассмотрим решение одной из олимпиадных задач.

Задача. При дегидрировании смеси циклогексана и циклогексена в бензол выделился водород массой, достаточной для полного восстановления 36,9 г нитробензола в анилин. Найти %-ный (по массе) состав исходной смеси, если известно, что такая же масса этой смеси может обесцветить 480 г 10%-ного раствора брома в CCl₄.

 

 

1. Определим m(Br₂) в растворе СCl₄:

 

m(Br₂) = m(раствора) *ω(Br₂) = 480 г * 0,1 = 48 г

 

2. Из углеводородов исходной смеси с Br₂ реагирует только циклогексен С₆Н₁₀, являющийся ненасыщенным соединением.

По уравнению этой реакции рассчитаем массу С₆Н₁₀.

 

 

ν (С₆Н₁₀) = ν (Br₂) = 0,3 моль

m(C₆Н₁₀) = ν (С₆ Н₁₀) * M(С₆ Н₁₀) = 0,3 моль * 82 г/ моль = 24,6 г

 

1. Рассчитаем количество вещества Н₂, использованного на восстановление нитробензола:

ν (Н₂) = 3*ν (С₆Н₅NO₂) = 0,9 моль

 

1. Массу циклогексана рассчитаем из уравнений реакций дегидрирования углеводородов.

 

 

Из уравнения (2) следует, что x = ν (H₂) = 0,6 моль.

Тогда количество водорода, выделившегося в реакции (1) равно:

 

ν (Н₂) = 0,9 моль – 0,6 моль = 0,3 моль.

 

 

m(C₆H₁₂) = ν (C₆H₁₂) * M(C₆H₁₂) = 0,1 моль * 84 г/моль = 8,4 г

 

5. Определим массу исходной смеси углеводоров:

 

m(смеси) = m(C₆H₁₂) + m(C₆H₁₀) = 8,4 г + 24,6 г = 33,0 г

1. Рассчитаем массовые доли углеводородов в исходной смеси:

 

Ответ: ω (С₆Н₁₀) = 0,745 (74,5%) ω (С₆Н₁₂) = 0,255 (25,5%)

 

1. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

Примечание: знаком * отмечены задачи повышенной трудности

 

1. Какое количество вещества составляет 92 г этанола С₂Н₅ОН?

2. Определите массу глюкозы, содержащей 0,6 моль атомного углерода.

3. Определите массовую долю кислорода (в %) в метиловом спирте, состав которого выражен формулой СН₃ОН.

4. Какой объем водорода (н.у.) может присоединить смесь газов массой 15,4 г, которая содержит этилен (ω = 54,5%),  пропилен (ω = 27,3%) и бутилен (ω = 18,2%).

5. Природный газ одного из месторождений содержит метан (ω = 92%), этан (ω = 3%), пропан (ω = 1,6%), бутан (ω = 0,4%), азот (ω = 2%), другие газы (ω = 1%). Определите массу органических веществ, входящих в состав 20 л (н.у.) природного газа.

6. При сгорании алкана массой 3,6 г образуется оксид углерода (IV) объемом 5,6 л (н.у). Плотность алкана по водороду равна 36. Установите молекулярную формулу алкана.

7. Вывести молекулярную формулу вещества, если оно содержит С (ω = 39,97%), Н (ω = 6,73%) и О (ω = 53,3%) и 300 мл паров этого вещества (н.у.) имеют массу, равную 2,41 г.

8. Сколько г хлора потребуется для превращения 19 г бензола С₆Н₆ в гексахлоран С₆Н₆Сl₆?

9. При нагревании иодметана СH₃I массой 2,84 г с металлическим натрием массой 0,69 г получили этан С₂Н₆ объемом 179,2 мл при н.у. Определите объемную долю выхода продукта реакции.

10. Сколько граммов 80% - го технического карбида кальция CaC₂ потребуется для получения 2,8 л ацетилена при н.у.?

11. Сколько граммов толуола С₇Н₈ потребуется для получения 113,5 г тринитротолуола С₇Н₅(NO₂)₃, если массовая доля выхода продукта составляет 80% от теоретически возможного?

12. Какую массу бромной воды с массовой доле брома 1,6% может обесцветить пропилен объемом 1,12 л (н.у.)?  

13. Какой объем воздуха потребуется для сжигания 30 л ацетилена С₂Н₂ (н.у.), содержащего 5% негорючих примесей? Содержание кислорода в воздухе считать равным 20% по объему.

14. Сколько л водорода (н.у.) выделится при каталитическом дегидрировании 49 г метилциклогексана в толуол, если объемная доля выхода продукта равна 75% от теоретически возможного?

15*. При сгорании 13,44 л (н.у.) смеси монооксида углерода, метана и ацетилена образовалось 17,99 л СО₂ (н.у.) и 9 г Н₂О. Сколько литров каждого газа содержится в смеси?

16*. При взаимодействии 11,2 г алкена с бромоводородом получено 27,4 г вещества. Напишите формулы всех возможных изомеров алкена.

17*. Анализ смеси метана и ацетилена показал, что общее содержание углерода в смеси по массе равно 88, 46%. Определите состав смеси в % по массе.

18*. При сгорании 14,6 г хлорсодержащего органического вещества было получено 13,44 л СО₂ и 3,6 г Н₂О. Весь хлор, содержавшийся в навеске, вдвое меньшей, чем исходная, переведен в AgCl массой 14,3 г. Плотность по водороду исследуемого хлорорганического вещества равна 74. Определите молекулярную формулу этого вещества.

19*. Какой объем хлороводорода может прореагировать с 15 г смеси, состоящей из равных массовых долей триметиламина, пропиламина и метилэтиламина?

20*. При окислении одноатомного спирта массой 11,2 г кислородом воздуха в присутствии катализатора при 500°С образовалась кислота, на нейтрализацию которой потребовалось 59,4 мл 20% раствора КОН (d=1,18 г/мл). Какова формула исходного спирта?