Метод решения задач
по химическому уравнению реакции

В настоящее время решение задач по химическому уравнению реакции является довольно пространным. Много внимания уделяется пояснению каждого действия и обязательному расчету числа молей реагирующих веществ, отчего само решение становится громоздким.

Поднять уровень решения химических задач до уровня решения задач по физике мешают существенные препятствия. Трудность прежде всего заключается в том, что схема решения задач не является четко обозначенной процедурой, как, например, в математике или в физике. Требуется найти такой алгоритм, который упростил бы понимание задачи и ее решение.

Предлагаю метод решения задач по химическому уравнению реакции, в котором все упомянутые проблемы учтены. Метод основан на трех законах.

Первый закон. Коэффициенты, уравнивающие количества веществ, являются их обратными коэффициентами в химическом уравнении реакции.

В математическом виде это можно представить следующим образом:

где А, В, С, D – химические формулы веществ; _А, _B, _C, _D – количества веществ А, В, С и D соответственно; a, b, c, d – коэффициенты в химическом уравнении; m_A, m_B, m_C, m_D – массы исходных веществ и полученных продуктов реакции; M_A, M_B, M_C, M_D – молярные массы веществ.

Второй закон. Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции:

m_A + m_B = m_C + m_D.

Третий закон. Сумма молярных масс веществ, вступивших в реакцию, равна сумме молярных масс веществ, получившихся в результате реакции:

aM_A + bM_B = cM_C + dM_D.

Первый закон назовем законом эквивалентов (вторым)*. Второй закон – закон сохранения массы веществ в химических реакциях. Третий закон – закон сохранения молярных масс веществ в химических реакциях.

В традиционном решении задач эти законы хотя и не нарушались, но и не использовались в явной форме. Покажем их применение на нескольких примерах. Примеры взяты из задачника Г.П.Хомченко и И.Г.Хомченко, где даны решения этих задач, как образцовых.

Задача 1. Некоторые элементы X и Y образуют соединение X₂Y₂O₃ (массовая доля кислорода равна 25,26%) и X₂YO₄ (массовая доля кислорода равна 36,78%). Определите элементы X и Y.

Дано:

m(X₂Y₂O₃) = m₁,

₁(O) = 0,2526,

m(X₂YO₄) = m₂,

₂(O) = 0,3678.

Найти:

Х, Y.

Решение

X₂Y₂O₃ = 2Х + 2Y + 3O.

Воспользуемся первым законом, сформулированным выше:

По третьему закону (см. выше) молярная масса исходного вещества (X₂Y₂O₃ (M₁)) равна сумме молярных масс веществ, получившихся в результате реакции. Тогда

M₁ = 2M(X) + 2M(Y) + 48 = 190,

M₂ = 2M(X) + M(Y) + 64 = 174

или

2M(X) + 2M(Y) = 142,

2M(X) + M(Y) = 110.

Решая систему уравнений, находим:

M(X) = 39 г/моль (элемент Х – калий К),

M(Y) = 32 г/моль (элемент Y – cера S).

Ответ. Х – это К, Y – это S.

Задача 2. Имеется смесь хлороводорода и хлорида дейтерия. Массовая доля хлора в смеси составляет 96,73%. Определите массовую долю хлорида дейтерия в смеси.

М(DCl) = 37,5 г/моль,

М(HCl) = 36,5 г/моль,

(Cl) = 0,9673,

m – масса смеси,

– мольная доля хлорида дейтерия.

Найти:

(DCl).

Решение

Чтобы воспользоваться законом эквивалентов, формально запишем:

По закону сохранения молярных масс имеем:

M(смеси) = •2 + 1 – + 35,5 = 36,7.

Отсюда = 0,2, 1 – = 0,8.

Подставив значения мольных долей в уравнение, получим:

По закону сохранения масс имеем:

m = 0,2044m + 0,7956m, m = m,

т.е. решение верное.

Ответ. (DCl) = 20,44%.

Задача 3. Циклогексен С₆Н₁₀ массой 12,3 г подвергли гидрированию. Продукт гидрирования сожгли, получив оксид углерода(IV) объемом 13,44 л (нормальные условия). Определите выход продукта гидрирования, если выход продуктов горения количественный.

m(С₆Н₁₀) = 12,3 г,

V(CO₂) = 13,44 л.

Найти:

(С₆Н₁₂).

Решение

Ответ. (С₆Н₁₂) = 66,7%.

Следует помнить, что количество вещества определяется соотношением

= m/M = V(г.)/V_M = N/N_A = c•V(р-ра),

где N_A – постоянная Авогадро; V_M – 22,4 л/моль; c – молярная концентрация, моль/л; V(р-ра) – объем раствора, л; V(г.) – объем газа, л.

В законе эквивалентов все отношения равнозначны.

Задача 4. При сгорании циклоалкана (Ц) массой 7 г образуется оксид углерода(IV) массой 22 г. Какой объем кислорода, измеренный при нормальных условиях, расходуется при этом?

Дано:

m(Ц) = 7 г,

m(СО₂) = 22 г,

V_M = 22,4 л.

Найти:

V(О₂).

Решение

Ответ. V(О₂) = 16,8 л.

Задача 5. Органическое вещество содержит углерод (массовая доля 84,21%) и водород (массовая доля 15,79%). Плотность паров вещества по воздуху составляет 3,93. Определите формулу этого вещества.

Дано:

(C) = 0,8421,

(H) = 0,1579,

D_возд = 3,93,

М(возд.) = 29 г/моль.

Найти:

С_xH_y.

Решение

Ответ. С_xH_y = C₈H₁₈.

Подчеркнем, что при решении задач для удобства расчета необходимо под каждой химической формулой размещать соответствующее обозначение количества вещества. Это улучшит наглядность в записи и уменьшит вероятность ошибок в расчетах.

ЛИТЕРАТУРА

Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. М.: Новая Волна, 2002, с. 236, № 1; с. 241, № 9; № 16.11; 16.18; 17.25.

* Закон эквивалентов (первый): если массы двух элементов реагируют без остатка с одной и той же массой третьего элемента, то они могут без остатка реагировать и между собой.

В.И.МАРТЫНОВ,
учитель химии
(пос. Архипо-Осиповка, Краснодарский край)