Вычисления количества, массы вещества по уравнениям химических реакций

Научиться по уравнению реакции вычислять количество вещества и массу продуктов или реагентов, если известно количество или масса одного из участников реакции.

В реальной жизни и на производстве важно знать, сколько исходных веществ нужно взять, чтобы получить нужное количество продукта, и сколько продукта получится из имеющихся запасов. Это как рассчитывать количество муки для торта по рецепту, только в химии вместо муки — вещества, а вместо торта — продукт реакции.

• Коэффициенты в уравнении реакции показывают, в каких мольных отношениях реагируют и получаются вещества.
• Количество вещества (n) — это физическая величина, пропорциональная числу частиц (атомов, молекул).
• Молярная масса (M) — это масса одного моля вещества, численно равна относительной молекулярной массе (Mr), но выражается в г/моль.
• Для газов удобно использовать молярный объём Vm = 22,4 л/моль (при н.у.), который одинаков для всех газов.
• Расчёт по уравнению реакции основан на прямой пропорциональности: если по уравнению на 1 моль одного вещества приходится 2 моля другого, то и в реальной реакции это отношение сохраняется.
• Чтобы найти массу вещества, нужно количество вещества умножить на его молярную массу: m = n · M.
• Чтобы найти количество вещества по известной массе, нужно массу разделить на молярную массу: n = m / M.

Количество вещества (n)

Физическая величина, которая показывает, сколько молей вещества взято. Измеряется в молях. 1 моль — это 6,02·10²³ частиц (число Авогадро).

Молярная масса (M)

Масса одного моля вещества. Численно равна относительной молекулярной массе (Mr), но имеет единицу измерения г/моль. Например, M(H₂O) = 18 г/моль.

Молярный объём газа (Vm)

Объём, который занимает 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.: 0°C, 1 атм). Vm = 22,4 л/моль.

Стехиометрические коэффициенты

Числа перед формулами веществ в уравнении реакции. Они показывают, в каких мольных соотношениях вещества участвуют в реакции. Например, в 2H₂ + O₂ → 2H₂O коэффициенты 2, 1, 2 означают, что 2 моль водорода реагируют с 1 моль кислорода, образуя 2 моль воды.

• Отношение количеств веществ в реакции равно отношению коэффициентов в уравнении. Например, для реакции N₂ + 3H₂ → 2NH₃: n(N₂) : n(H₂) : n(NH₃) = 1 : 3 : 2.
• Формула для перехода от массы к количеству вещества: n = m / M.
• Формула для перехода от количества вещества к массе: m = n · M.
• Для газов: n = V / Vm, где Vm = 22,4 л/моль (при н.у.).
• При расчёте по уравнению реакции сначала всегда переходят к количеству вещества (моль), затем используют мольное отношение, и только потом переходят к массе или объёму искомого вещества.
• Если в условии дана масса одного вещества, а найти нужно массу другого, алгоритм такой: масса → количество (по формуле n = m/M) → количество искомого (по коэффициентам) → масса искомого (по формуле m = n·M).

1. Пример 1случай

   Пример с рецептом

   Пояснение

   • чтобы испечь 2 торта, нужно 4 яйца
   • Если у нас есть 6 яиц, мы можем испечь 3 торта
   • Так и в химии: если по уравнению на 1 моль вещества A нужно 2 моль вещества B, то, взяв 3 моль A, мы израсходуем 6 моль B
2. Пример 2реакция
   • В реакции горения метана CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O: если сжечь 1 моль метана, то получится 1 моль углекислого газа и 2 моль воды. Это как по рецепту: из 1 порции теста получается 1 пирог и 2 пирожных
3. Пример 3реакция
   • Если нужно получить 5 моль воды (H₂O) по реакции 2H₂ + O₂ → 2H₂O, то по уравнению видно, что для этого нужно 5 моль водорода и 2,5 моль кислорода (потому что на 2 моль воды приходится 1 моль кислорода)

• Число Авогадро (6,02·10²³) — это огромное число: если разделить 1 моль песчинок между всеми людьми на Земле, каждому достанется около 10 миллиардов песчинок!
• Молярный объём газа 22,4 л/моль — это примерно объём трёх больших воздушных шаров. Поэтому, когда мы говорим, что 1 моль любого газа занимает 22,4 л, это легко представить.
• Химики используют моли, чтобы не считать частицы поштучно — это как считать яйца десятками, а не по одному. Только в химии «десяток» — это 6,02·10²³ частиц.

• При проведении химических реакций всегда соблюдай правила техники безопасности: работай в защитных очках и перчатках, не вдыхай пары веществ.
• Не пытайся проводить реакции без учителя — многие вещества опасны, а расчёты не заменяют осторожность.

• Количество вещества. Моль. Молярная масса
• Закон сохранения массы веществ
• Химические уравнения
• Молярный объём газов