Расчёты по уравнениям химических реакций
Урок о том, как по известной массе одного вещества в химической реакции найти массу или количество вещества другого участника реакции. Это одна узкая тема из большого раздела программы — атомы и молекулы, химические формулы и валентность, закон постоянства состава веществ, относительная атомная и молекулярная масса, массовая доля элемента, закон сохранения массы, расстановка коэффициентов, классификация реакций, химический эксперимент и расчёты по формулам соединений — это предпосылки и темы других уроков этого блока, здесь они не раскрываются.
На заводе прокаливают известняк, чтобы получить негашёную известь: . Взвесить исходный известняк — просто. А как узнать, сколько получится извести и углекислого газа, не проводя реакцию заранее?
Находить количество вещества по известной массе и молярной массе:
Составлять и применять пропорцию по коэффициентам уравнения реакции:
Проводить полный расчёт: по массе одного вещества находить массу или количество другого вещества реакции
Сколько вещества: количество через массу
Молекулы поштучно не сосчитать — их слишком много. Но можно взвесить вещество и, зная массу одного моля (молярную массу), сразу узнать, сколько молей в образце.
Расчёты по уравнениям химических реакций — вычисление массы или количества вещества одного из участников химической реакции по известной массе или количеству вещества другого участника с использованием молярных масс и коэффициентов уравнения.
Такой расчёт — как обмен валюты через посредника: масса и количество вещества сами по себе не пересчитываются друг в друга напрямую между РАЗНЫМИ веществами, но через связку «масса ↔ количество вещества ↔ пропорция уравнения» перевод возможен. Мнемоника: «масса одного → количество одного → количество другого → масса другого».

, откуда также , где — масса вещества, — молярная масса, — количество вещества.
Представь склад, где шурупы продают коробками — в каждой коробке одинаковое число штук, и коробка имеет свой вес. Зная общий вес партии и вес ОДНОЙ коробки, легко узнать число коробок: вес партии делим на вес коробки. Так и моль — это «коробка» из строго определённого числа частиц, а молярная масса — вес этой «коробки». Мнемоника: «маленькое делим на большое — получаем количество «коробок» ».

Дано: масса вещества г, молярная масса г/моль
Подставляем в формулу:
Получаем моль
Известно количество вещества 4 моль и молярная масса 20 г/моль. Как быстрее найти массу — по какой из двух формул?
показать
Известно количество вещества 4 моль и молярная масса 20 г/моль. Как быстрее найти массу — по какой из двух формул?
По формуле : г — умножение, а не деление.
В коробке лежат шурупы одинаковой массы. Известна масса всей коробки и масса одного шурупа. Как узнать, сколько шурупов в коробке?
Пропорция по уравнению реакции
Уравнение реакции — это не только список веществ, но и рецепт: коэффициенты перед формулами показывают, в каком отношении вещества вступают в реакцию и образуются.
, где и — коэффициенты веществ А и B в уравнении реакции.
Рецепт: 2 яйца на 1 стакан муки. Захотел испечь вдвое больше — бери 4 яйца на 2 стакана муки: отношение 2 к 1 сохраняется при любом масштабе. Коэффициенты уравнения реакции работают точно так же — отношение количеств веществ (в молях) не меняется, сколько бы вещества ни прореагировало. Мнемоника: «коэффициенты — это рецепт реакции, пропорцию нельзя нарушать».

Так же можно представить и настоящую реакцию — например, обжиг известняка.

Реакция: , все коэффициенты равны 1
Известно: моль
Составляем пропорцию:
Получаем моль — раз коэффициенты равны, количества веществ тоже равны
Коэффициенты веществ А и B в уравнении — 1 и 3. Известно моль. Чему равно ?
показать
Коэффициенты веществ А и B в уравнении — 1 и 3. Известно моль. Чему равно ?
моль — из пропорции .
В уравнении реакции коэффициенты перед веществами А и B равны 2 и 1 соответственно. Какое отношение количеств веществ и это задаёт?
Полный расчёт: от массы одного вещества до массы другого
Реальная задача редко даёт готовое количество вещества — обычно известна масса. Три формулы урока применяются по цепочке, одна за другой.
Дано: масса равна г, молярная масса г/моль, коэффициенты в реакции все равны 1
Шаг 1 — находим количество вещества: моль
Шаг 2 — применяем пропорцию по коэффициентам: , значит моль
Шаг 3 — если нужна масса (молярная масса 44 г/моль): г
Раз известна масса вещества А, можно сразу написать такую же массу для вещества B — оба участвуют в одной реакции
Нужно пройти все три шага: масса А → количество вещества А → количество вещества B (через коэффициенты) → масса B. Массы напрямую не равны, даже если коэффициенты одинаковы.
Назови по порядку три шага расчёта массы вещества B по известной массе вещества А.
показать
Назови по порядку три шага расчёта массы вещества B по известной массе вещества А.
1) ; 2) по пропорции коэффициентов; 3) .
Известна масса вещества А и его молярная масса, а также коэффициенты А и B в уравнении реакции. В каком порядке действий найти массу вещества B?
Массу известняка переводим в количество вещества по формуле . Коэффициенты уравнения все равны 1, значит по пропорции получаем такое же количество молей и . Осталось умножить каждое количество вещества на его собственную молярную массу () — и масса извести и углекислого газа известна заранее, без проведения реакции.
Количество вещества через массу: , откуда
Коэффициенты уравнения реакции задают пропорцию количеств веществ:
Полный расчёт — три шага по цепочке: масса → количество вещества → пропорция → количество/масса другого вещества
Равенство коэффициентов даёт равенство количеств вещества, но НЕ равенство масс — массы дополнительно зависят от молярных масс
- Количество вещества ()
Число молей вещества; связано с массой формулой
- Молярная масса ()
Масса одного моля вещества, измеряется в г/моль
- Коэффициент уравнения
Число перед формулой вещества в уравнении реакции, задающее отношение количеств веществ
Количество вещества: , откуда .
Пропорция по уравнению: (a, b — коэффициенты).
Полный расчёт: масса А → → пропорция → → масса B.
Число частиц в одном моле — постоянная Авогадро, примерно . Это число настолько огромно, что если бы моль монет раздали всем людям на Земле поровну, каждому досталось бы больше триллиона монет.
Количество вещества через массу
Что нужно знать, чтобы найти количество вещества по формуле ?