Страница 86 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

Уравнение химической реакции показывает:

— какие вещества вступают в реакцию и какие образуются (качественная характеристика);

— каковы количественные отношения реагентов и продуктов реакции (количественная характеристика).

Можно предположить, что уравнения реакций позволяют рассчитать массу, объём и количества веществ реагентов и продуктов реакции. Как это сделать?

Уравнения химических реакций являются основой для проведения количественных расчетов. Они показывают, в каких мольных соотношениях вещества вступают в реакцию и образуются. Это позволяет, зная количество одного из участников реакции (реагента или продукта), рассчитать количества всех остальных. Расчеты массы, объёма или количества вещества по уравнению химической реакции проводятся по определенному алгоритму.

Решение

Общий алгоритм расчетов по уравнению реакции:

1. Шаг 1: Составление и уравнивание химической реакции.

   Первым и самым важным шагом является правильная запись уравнения химической реакции с расстановкой стехиометрических коэффициентов. Коэффициенты показывают мольные соотношения реагентов и продуктов. Например, в реакции горения метана $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$, 1 моль метана реагирует с 2 молями кислорода, образуя 1 моль углекислого газа и 2 моля воды.

2. Шаг 2: Вычисление количества вещества (в молях) известного реагента или продукта.

   Обычно в задаче дана масса, объём (для газов) или число частиц одного из веществ. Необходимо перевести эту величину в количество вещества ($n$), измеряемое в молях. Для этого используются следующие формулы:

   • Через массу ($m$): $n = \frac{m}{M}$, где $M$ — молярная масса вещества (г/моль).
   • Через объём газа ($V$) при нормальных условиях (н.у.): $n = \frac{V}{V_m}$, где $V_m$ — молярный объём газа, равный $22.4$ л/моль.
   • Через число частиц ($N$): $n = \frac{N}{N_A}$, где $N_A$ — число Авогадро ($6.02 \cdot 10^{23}$ моль⁻¹).
3. Шаг 3: Определение количества вещества (в молях) искомого вещества.

   Используя мольные соотношения из уравнения реакции, составляют пропорцию для нахождения количества вещества ($n_x$) искомого вещества. Для обобщенной реакции $aA + bB \rightarrow cC + dD$, где $a, b, c, d$ — коэффициенты, справедливо соотношение: $\frac{n(A)}{a} = \frac{n(B)}{b} = \frac{n(C)}{c} = \frac{n(D)}{d}$

   Если известно количество вещества $A$ ($n(A)$), а нужно найти количество вещества $C$ ($n(C)$), то из пропорции получаем: $n(C) = n(A) \cdot \frac{c}{a}$

4. Шаг 4: Вычисление искомой величины (массы, объёма и т.д.).

   После нахождения количества вещества ($n_x$) искомого продукта или реагента, его можно перевести в требуемую величину — массу, объём или число частиц, используя формулы, обратные тем, что были в Шаге 2:

   • Расчет массы: $m = n \cdot M$
   • Расчет объёма газа (при н.у.): $V = n \cdot V_m$
   • Расчет числа частиц: $N = n \cdot N_A$

Для наглядности рассмотрим применение алгоритма на конкретной задаче.

Задача: Какая масса кислорода потребуется для полного сжигания $6.4$ г серы с образованием оксида серы(IV)?

$m(S) = 6.4 \text{ г}$

$m(O_2) - ?$

1. Запишем и уравняем уравнение реакции: $S + O_2 \rightarrow SO_2$
Коэффициенты равны 1, реакция уравнена. Соотношение молей $n(S) : n(O_2) : n(SO_2) = 1 : 1 : 1$.

2. Найдем количество вещества серы ($S$). Молярная масса серы $M(S) \approx 32$ г/моль.
$n(S) = \frac{m(S)}{M(S)} = \frac{6.4 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.2 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции, количество вещества кислорода равно количеству вещества серы:
$\frac{n(S)}{1} = \frac{n(O_2)}{1} \implies n(O_2) = n(S) = 0.2 \text{ моль}$

4. Рассчитаем массу кислорода ($O_2$). Молярная масса кислорода $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32$ г/моль.
$m(O_2) = n(O_2) \cdot M(O_2) = 0.2 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 6.4 \text{ г}$

Ответ: для сжигания $6.4$ г серы потребуется $6.4$ г кислорода.

Ответ:

Чтобы рассчитать массу, объём или количество вещества реагентов и продуктов по уравнению химической реакции, необходимо выполнить следующие действия:

1. Записать сбалансированное уравнение химической реакции.
2. Рассчитать количество вещества (в молях) для того компонента, по которому даны исходные данные (масса, объем и т.п.).
3. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения, составить пропорцию и найти количество вещества (в молях) искомого компонента.
4. Перевести полученное количество вещества (в молях) в требуемую физическую величину (массу, объем и т.п.), используя соответствующие формулы.