Решение:
1. Определим по уравнению реакции объемы кислорода и углекислого газа.
10 кгхм3 ум3
С3Н8 + 5О2→ 4Н2О + 3СО2
1 моль 5 моль 3 моль
44 г/моль 22,4 л/моль 22,4 л/моль
44 г (кг) 112л (м3) 67,2 л (м3)
2. Определим объем воздуха, принимая, что содержание кислорода в нем составляет 21% (по объему).
Ответ: 121,2 м3; 15,27 м3.
Задача 2.Вычислите относительную плотность этана, пропана и бутана по метану. Принимая относительную плотность метана по метану за единицу, постройте график зависимости относительной плотности газообразных предельных углеводородов от их молярных масс в координатах «молярная масса — относительная плотность газа» и сделайте соответствующие выводы.
Решение: Определим относительные плотности газов.
а)Dметан(C2H6) == 1,875
б)Dметан(C3H8) ==2,750
в)Dметан(C4H10) ==3,625
Ответ: 1,875; 2,750; 3,625. Построение графика и выводы предлагаем сделать самостоятельно.
Задача 3.Рассчитайте объем воздуха, необходимый для сгорания природного газа объемом 1 м3с объемными долями метана 91%, этана 4%, водорода 2%, азота и других негорючих газов 3%.
1. Определим объемы горючих компонентов природного газа объемом 1 м3(1000 л).
V(СН4) = 1000∙0,91 = 910 (л)
V(С2Н6) = 1000∙0,04 = 40 (л)
V(Н2) = 1000∙0,02 = 20 (л)
2. Определим объемы кислорода, необходимые для сгорания отдельных компонентов природного газа.
910 лхл
СН4+ 2O2→ СO2+ 2Н2O
1 л 2 л
x = 910∙2 = 1820 (л)
40 лул
2С2Н6+ 7O2→ 4СO2+ 6Н2O
2 л 7 л
20 лzл
2Н2+ O2= 2Н2O
2 л 1л
3. Определим суммарный объем кислорода.
1820 + 140 + 10 = 1970 (л)
4. Определим объем воздуха, полагая, что объемная доля кислорода составляет 21%.
V(воздух) = 1970:0,21 = 9381 л ≈ 9,4 м3
Ответ: 9,4 м3.
Задача 4.Составьте структурную формулу и дайте название предельного углеводорода, если известно, что плотность его паров, приведенная к нормальным условиям, равна 3,839 г/л, а один из атомов углерода является четвертичным.
1. Определим молярную массу вещества.
М(СnН2n+2) = 3,839 г/л∙22,4 л/моль = 86 г/моль
2. Определим n, исходя из общей формулы предельных углеводородов (СnН2n+2).
12n + 2n + 2 = 86; 14n = 84; n = 6
3. Делаем вывод, что формула вещества С6Н14, структурная формула с учетом данных задачи:
Ответ; 2,2-диметилбутан.
Задача 5.При сгорании циклопарафина образовался углекислый газ объемом 3,36 л (н.у.). Определите объем кислорода (н.у.), израсходованный в реакции.
1. Составим уравнение реакции, принимая формулу циклопарафина СnН2n.хл 3,36 л
СnН2n + 3n/2O2 → nCO2+ nH2O
22,4 л/моль 22,4 л/моль
3n/2∙22,4 л/моль 22,4n л
2. Определим объем кислорода, используя закон объемных отношений.
Ответ: 5,04 л.
Задача 6.Этиленовый углеводород нормального строения содержит двойную связь при втором атоме углерода. Образец данного углеводорода массой 2,1 г обесцвечивает бромную воду, содержащую галоген массой 4,8 г. Определите формулу и название соединения.
1. Запишемуравнениереакции, выразим молярнуюмассуалкенаиопределим формулу.
2,1 г 4,8 г
СnН2n + Вr2→ СnН2nВr2
1 моль 1 моль
14n г/моль 160 г/моль 14n г 160 г
Формула углеводорода – С5Н10.
2. Делаемвывод, чторечьвзадаче идетопентене-2.
Ответ: СН3—СН = СН—СН2—СН3.
Задача 7.Тепловой эффект реакции горения ацетилена равен 1305 кДж/моль. Вычислите теплоту сгорания ацетилена.
1. Оформляем термохимическое уравнение реакции сгорания ацетилена.
1000 гq кДж
С2Н2+ 2,5О2→ 2СО2+ Н2О + 1305 кДж
1 моль
26 г/моль
26 г
2. Определим теплоту сгорания ацетилена.
Ответ: 5,02∙104кДж/кг.
Задача 8. При сгорании 3,5 моль этилена выделилось 4900 кДж теплоты. Рассчитайте тепловой эффект реакции и теплоту сгорания этилена.
1. Оформляем термохимическое уравнение реакции.
3,5 моль 4900 кДж
С2Н4+ 3O2→ 2CO2+ 2H2O + Q кДж
2. Определим тепловой эффект реакции.
1 моль (С2Н4) — Q кДж
3,5 моль (С2Н4) — 4900 кДж
3. Определим теплоту сгорания этилена (количество теплоты, выделяющейся при сгорании 1кг топлива). М(С2Н4) = 28 г/моль
28 г (С2Н4) — 1400 кДж
1000 г (С2Н4) —хкДж
Ответ: 1,4∙103кДж/моль; 5,0∙104кДж/кг.
Задача 9.Известно, что смеси газообразных углеводородов с кислородом взрывоопасны. Рассчитайте эквивалентные соотношения по объему и по массе смеси ацетилена с кислородом, выразив их в процентах.
1.Определим мольные и объемные отношения ацетилена и кислорода по уравнению реакции.
2С2Н2+ 5О2→ 4СО2+ 2Н2О
2 моль 5 моль
2 л 5 л
V(C2H2):V(О2) = 2:5;
v(C2H2):v(О2) = 2:5
2. Определим объемные доли компонентов в смеси.
3. Определиммассовыедоликомпонентов всмеси.
М(C2H2) = 26 г/моль; 2 моль (С2Н2) — 52 г.
М(О2) = 32 г/моль; 5 моль (О2) — 160 г
Ответ: 28,6 и 71,4%; 24,5 и 75,5%.
Задача 10.При полном сжигании 0,5 моль углеводорода, относящегося к ацетиленовым углеводородам (алкинам), потребовался кислород количеством 2 моль. Установите формулу алкина и назовите его.
1. Составимуравнениереакциигорения алкина, исходяизмольныхотношений, приведенныхвзадаче, ииспользуя общуюформулуалкиновCnH2n-2.
CnH2n-2+ 4O2→ nCO2+H20
2.На основании закона сохранения массы веществ составим и решим уравнение относительно n (принимаем, что число атомов кислорода до реакции равно числу атомов кислорода в правой части уравнения).
8 = 2n +;n = 3
3. Делаем вывод, что формула вещества С3Н4. Ответ: СН≡С—СН3, пропин.
Задача 11.Определите массу технического карбида кальция, содержащего 10% примесей, для получения 5,0 л ацетилена, если выход продукта составляет 95% от теоретически возможного.
1. Определим теоретический выход ацетилена.
V(С2Н2)
2. Определим массу СаС2для получения ацетилена объемом 5,26 л.
хг 5,26 л
СаС2+ 2Н2O = С2Н2+ Са (ОН)2
64 г/моль 22,4 л/моль
64 г 22,4 л
3. Определим массу технического карбида кальция.
100% = 16,7 г
Ответ: 16,7 г.
Задача 12.Рассчитайте массовые доли углерода в гексане, циклогексане и бензоле. Сделайте вывод о характере горения этих веществ в воздухе.
1.Определим массовые доли углерода в указанных веществах.
а) М (С6Н14) = 72+14 = 86 (г/моль)
ω%(С) == 83,7 (%)
б) М (С6Н12) = 72+12 = 84 (г/моль)
ω%(С) == 85,7 (%)
в) М(С6Н6) = 72 + 6 = 78 (г/моль)
ω%(С)== 92,3 (%)
2. Делаем вывод, что по сравнению с гексаном и циклогексаном содержание углерода в бензоле значительно больше. Следовательно, бензол будет гореть в воздухе наиболее ярко и, вероятнее всего, с выделением копоти.
Задача 13.При сгорании углеводорода массой 1,3 г образовался оксид углерода (IV) массой 4,4 г и 0,9 г воды. Определите формулу углеводорода, если плотность его по водороду равна 39. Даем один из возможных вариантов решения задачи.
СO2→ С
44 гСO2содержат 1 моль атомов углерода
4,4 гСO2содержатхмоль атомов углерода
3. Число молей атомов водорода в искомом углеводороде:
Н2О → 2Н
18 гН2О содержат 2 моль атомов водорода
0,9 гН2О содержатумоль атомов водорода
4. Число молей атомов углерода в искомом углеводороде количеством вещества 1 моль:
1,3 гСхНусодержат 0,1 моль атомов углерода 78 г CхHусодержатхмоль атомов углерода
5. Число молей атомов водорода в искомом углеводороде количеством вещества 1 моль:
1,3 гСхНусодержат 0,1 моль атомов водорода 78 г СхНусодержатумоль атомов водорода
Формула углеводорода С6Н6. Мr(С6Н6) = 78.
Истинная формула (С6Н6)n.
Ответ: истинная формула углеводорода совпадает с найденной: С6Н6.
Задача 14.Одноатомный спирт при дегидратации образует углеводород ряда этилена. Полученный алкен массой 2,1 г реагирует без остатка с бромом массой 6,0 г. Определите формулу спирта.
1.Определим молярную массу алкена.
2,1 г 6,0 г
14n г/моль 160 г/моль
m г 160 г
М = 56 г/моль
2. Определим формулу алкена.
М(СnН2n) = 56 г/моль 12n + 2n = 56; n = 4
Формула алкена С4Н8(бутен).
3. Делаем вывод, что исходный спирт — это бутанол С4Н9ОН.
Ответ: С4Н9ОН — бутанол.
Задача 15.Для нейтрализации раствора муравьиной кислоты концентрацией 0,5 моль/л объемом 20,0 мл потребовался раствор гидроксида калия объемом 12 мл. Вычислите массу щелочи в 1 мл такого раствора.
1. Определим массу кислоты в растворе. М(НСООН) = 46 г/моль;
m(НСООН) = 0,5 моль/л∙46 г/моль∙0,020 л = 0,46 г
2. Определим массу щелочи, пошедшей на нейтрализацию кислоты.
0,46 гхг
нсоон + кон → нсоок + н2о
46 г/моль 56 г/моль
46 г 56 г
x = 0,56 г
3. Определим массу щелочи в растворе объемом 1 мл (титр раствора).
(г/мл)
Ответ: 0,047 г/мл.
Задача 16.К избытку метанола массой 50,0 г добавили 4,0 г натрия. Определите массовую долю метанолята натрия в полученном растворе.
1. Определиммассыполученныхпродуктов реакции.
4,0 гхгуг
2Na + 2СН3ОН → 2CH3ONa + Н2
2 моль2 моль1 моль
23 г/моль54 г/моль 2 г/моль
46 г108 г 2 г
2.Определим массу полученного раствора с учетом выделившегося водорода.
(50,0 + 4,0) – 0,2 = 53,8 (г)
3. Определим массовую долю алкоголята в растворе.
Ответ: 17,5%.
Задача 17.Массовая доля формальдегида в данном растворе с плотностью 1,06 г/мл равна 0,2. Выразите концентрацию альдегида в данном растворе через значение моль/л.
1-й способ
1. Определим массу раствора объемом 1 л (1000 мл).
1000∙1,06 = 1060 (г)
2. Определим массу альдегида в растворе объемом 1 л.
1060∙0,2 = 212 (г)
3. Определим молярную концентрацию раствора.
М(СН2О) = 30 г/моль
2-й способ
Определим молярную концентрацию раствора по формуле.
Ответ: 7 моль/л.
Задача 18.Плотность вещества по водороду, имеющего состав ω%(С) = 54,55%, ω%(Н) = 9,09%, ω%(O) = 36,36%, равна 22. Выведите молекулярную формулу этого вещества.
простейшая формула – С2Н4O.
3. Истинная формула вещества n(С2Н4O); Мr(С2Н4O) = 44; М(С2Н4O) = M(С2Н4O)nследовательно, n = 1, простейшая формула совпадает с истинной.
1. Мr(СxНyOz) = 2∙22 = 44
Масса 1 моль (СxНyОz) = 44 г
2. Определим количество углерода.
v(H) = 4 г:1 г/моль = 4 моль
4. Определим количество кислорода:
m(О) = 44 г — (24 + 4) г =16 г;
v(О) = 16 г: 16 г/моль = 1 моль
Ответ: истинная формула вещества С2Н4О.
Задача 19.Через раствор уксусной кислоты объемом 2,0 л с массовой долей СН3СООН 50% (плотность 1,06) пропустили аммиак объемом 50,0 л (н.у.). Определите состав полученного раствора, считая, что аммиак поглотился полностью.
1. Определим массу аммиака.
M(NH3) = 17 г/моль
, или
22,4 л (NH3) — 17 г
50,0 л (NH3) —хг
2. Определим массу кислоты в исходном растворе.
2,0∙1,06∙0,50 = 1,06 (кг), или 1060 г
3. Определим массы получившегося ацетата аммония и уксусной кислоты, прореагировавшей с аммиаком.
хг50,0 луг
СН3СООН + NH3→ CH3COONH4
1 моль1 моль 1 моль
60 г/моль 22,4 л/моль 77 г/моль
60 г 22,4 л 77 г
4. Определим массу непрореагировавшей кислоты.
1060 — 133,9 = 926,1 (г)
5. Определим массу полученного раствора.
(2000∙1,06) + 37,9 = 2157,9 (г)
6. Определим массовую долю кислоты в полученном растворе.
7. Определиммассовуюдолюацетата аммониявполученномрастворе.
Ответ: ω% (СН3СООН) = 42,9%, ω% (CH3COONH4) = 8,0%.
Задача 20.Для полной нейтрализации смеси уксусной и муравьиной кислот массой 50,0 г потребовался раствор гидроксида натрия массой 200 г с массовой долей щелочи 19%. Определите состав исходной смеси.
1.Определим массу щелочи в растворе.
m(NaOH) = 200∙0,19 = 38 (г)
50A гхг
СН3СООН + NaOH → CH3COONa + H2О
60 г/моль 40 г/моль 60 г40 г
50В гуг
НСООН + NaOH → HCOONa + H2О
46 г/моль 40 г/моль 46 г 40 г
4. Составим и решим систему алгебраических уравнений.
10,2А = 5,5; А = 0,54; ω(СН3СООН) = 0,54, или 54%
В = 1 — 0,54 = 0,46; ω (HCOOH) = 0,46, или 46%
Ответ: ω% (CH3COOH) = 54%, ω% (HCOOH) = 46%.
Задача 21.Вычислите максимально возможный выход этилацетата, если для реакции было взято 40 г кислоты и 20 г спирта.
1. Определим количества веществ, данных по условию.
М(С2Н5ОН) = 46 г/моль; М(СН3СООН) = 60 г/моль;
2. Запишем уравнение реакции.
СН3СООН + С2Н5ОН → СН3СООС2Н5+ Н2О
3. Сравнивая мольные отношения реагирующих веществ по уравнению (а) и по условию задачи (б):
а)v(CH3COOH):v(C2H5OH) = 1:1
б)v(CH3COOH):v(C2H5OH) = 0,67:0,43,
делаем вывод, что кислота в избытке, массу продукта реакции определяем по спирту.
4. Определим массу этилацетата.
v(C2H5OH) =v(CH3COOC2H5) = 0,43 моль
М(СН3СООС2Н5) = 88 г/моль
m(CH3COOC2H5) = 0,43∙88 ≈ 38 (г)
Ответ: 38 г.
1. Определиммассуспирта, необходимого дляреакциискислотоймассой 40 г.
40 г(20 г)хгуг
1 моль1 моль1 моль
60 г/моль46 г/моль88 г/моль
60 г 46 г 88 г
Задача 22.При сгорании 5,28 г органического соединения, дающего реакцию «серебряного зеркала», образовалось 10,56 г углекислого газа и 4,32 г водяных паров. Плотность паров этого вещества, приведенная к нормальным условиям, равна 1,964 г/л. Определите структурную формулу вещества и его название.
1. Определим молярную массу соединения, полагая, что в состав молекулы входят углерод, водород и кислород.
М(CxHyOz) = 1,964∙22,4 = 44 (г/моль)
2. Составим уравнение реакции сгорания и определим мольные отношения веществ, т. е. коэффициенты перед формулами.
5,28 г 10,56 г 4,32 г
k СхHуОz + dO2 → fСO2 + qH2O
44 г/моль44 г/моль 18 г/моль
3. Подставляя полученные коэффициенты в уравнение, делаем на основании закона сохранения массы веществ вывод, что х = 2, у = 4; следовательно, z = 1. Формула соединения С2Н4O. Учитывая, что оно дает реакцию «серебряного зеркала», заключаем: данное вещество уксусный альдегид.
Ответ: СН3-СНО, этаналь.
Задача 23.Рассчитайте массу серебра, осажденного на стекле при изготовлении зеркала, если с избытком аммиачного раствора оксида серебра прореагировала глюкоза массой 90 г, а на стекле осаждается 90% металла от теоретически возможного.
1. Вупрощенномобщемвидеуравнение реакции можно записать так: RСНО + Ag2O → RСООН + 2Ag↓.
2. Мольные отношения альдегида и восстановленного металла в реакции «серебряного зеркала» равны 1:2.
M(С6Н12О6) = 180 г/моль; M(Ag) = 108 г/моль
Отсюда, следовательно, теоретический выход серебра равен: m(Ag) = 108 г.
3. Находим практический выход серебра (на поверхности стекла).
108∙0,9 = 97,2 ≈ 97 (г)
Ответ: 97 г.
Задача 24.Из бензола массой 50 кг реакцией нитрования было получено мононитропроизводное с выходом 92%, которое было количественно восстановлено железом в присутствии соляной кислоты с выходом амина 80% от теоретически возможного. Определите массу полученного анилина.
Решение:1-й способ
1. Определим практический выход нитробензола и анилина, используя стехиометрические уравнения реакций.
50 кгхкг (72,5 кг)укг
С6Н6 → C6H5NO2 → С6Н5NH2
1 моль 1 моль 1 моль
78 г/моль 123 г/моль 93 г/моль
78 г (кг) 123 г (кг) 93 г (кг)
m(C6H5NO2) = 78,8∙0,92 = 72,5 (кг);
2. Определим практический выход анилина.
54,8∙0,8 = 43,8 (кг)
Ответ: 43,8 кг.
Вычисление массы продукта, получаемого через несколько стадий, на каждой из которых происходят производственные потери веществ, можно осуществлять, также используя стехиометрическое уравнение без записи промежуточных продуктов.
1. Определим теоретический выход анилина из 50 кг бензола.
50 кгхкг
С6Н6 → C6H5NH2
78 г/моль 93 г/моль
78 г(кг) 93 г(кг)
2. Определим практический выход анилина с учетом потерь на каждом этапе производства.
m(C6HSNH2) = 59,6∙0,92∙0,80 = 43,8 (кг)
Задача 25.Химическим анализом установлено, что при полном сжигании некоторого азотсодержащего органического вещества массой 25,00 г получен газ, не поглощаемый раствором щелочи, объемом 4,74 л (н. у.). Можно ли сделать предположение, что исследуемое соединение было первичным амином?
1. Определим массу упомянутого газа, полагая, что это азот.
М(N2) = 28 г/моль; Vm— 22,4 л/моль
2. Вычислим массовую долю азота в веществе.
3. Установим математическое выражение для определения массовой доли азота в первичных аминах, используя их общую формулу CnH2n+1NH2.
M(CnH2n+1NH2) = 12n + 2n+ 1 + 14 +2 = 14n + 17
4. Последовательно определим по этой формуле массовые доли азота в первичных аминах, начиная с метиламина (n = 1).
n = 1; ω(N) = 0,452
n = 2; ω(N) = 0,311
n = 3; ω(N) = 0,237
5. Делаемвывод, чтовсоставе пропиламинамассоваядоляазота соответствуетданнымизусловия задачи, значит, исследуемое вещество могло быть первичным амином.
Задача 26.При сжигании 5,0 г смеси метиламина и его ближайшего гомолога получен азот объемом 1,6 л (н. у.). Определите массы аминов в исходной смеси.
1. Обозначим массу метиламина A г, а массу его гомолога — этиламина В г. Выразим объемы азота, которые можно получить при сжигании этих аминов указанной массы по стехиометрическим уравнениям.
А гхл
2CH3NH2 → N2
2 моль 1 моль
31 г/моль 22,4 л/моль
62 г 22,4 л
В гул
2C2H5NH2 → N2
45 г/моль 22,4 л/моль
90 г 22,4 л
2. Составим систему алгебраических уравнений и решим ее относительно А и В.
Отсюда А = 1,8 г; B = 3,2 г.
Ответ: 1,8 г; 3,2 г.
Задача 27.При сгорании в избытке кислорода органического вещества массой 21,70 г были получены: оксид углерода (IV) объемом 31,36 л, вода массой 14,70 г и азот объемом 2,632 л. Определите формулу вещества, если известно, что его простейшая формула совпадает с истинной.
1. Определиммассыхимических элементов, входящих в соединение массой 21,7 г, полагая, что оно содержит углерод, водород, азот и, возможно, кислород.
m(О) = 21,7 – (16,8 + 1,6 + 3,3) = 0 (г)
2. Делая вывод, что соединение можно представить формулой СxНуNz, находим мольные отношения элементов.
Формула C6H7N, или C6H5NH2(анилин).
Ответ: C6H5NH2(анилин).
Задача 28.Определите формулу сложного эфира некоторой аминокислоты, если известно, что массовая доля азота составляет в нем 15,73%.
1. Выразим формулу эфира в общем виде:
R-CH(NH2)-СО(О)-СnН2n+1
2.Определим молярную массу соединения (исходя из массовой доли азота).
3. Определим часть молярной массы, приходящейся на R и СnН2n+1.
89 — (3 + 24 + 32 + 14) = 16
4. Делаем вывод, что суммарно в R и CnH2n+1может содержаться не более одного атома углерода. Отсюда: возможен только один вариант R — это Н, а СnН2n+1— это СН3.
Ответ: формула вещества будет: Н-СН(NH2)-СО(О)-СН3(метиловый эфир аминоуксусной кислоты).
Задача 29.Определите формулу первичного амина, если известно, что его сернокислая соль (средняя) содержит 0,17 части серы.
М(CnH2n+1NH3)2SO4= (12n + 2n + 1 + 14 + 3)∙2 + 32 + 64 =
= (28n + 132) г/моль;
n = 2
3. Делаем вывод, что формула соли (C2H5NH3)2SO4, а формула амина C2H5NH2(этиламин).
Ответ: C2H5NH2(этиламин).