Выход продукта, смеси, олеум, электролиз, кинетика

Главное по теме

• Выход продукта: η = m(практ)m(теор) · 100 %. Теоретическую массу считают по уравнению реакции, и выход никогда не больше 100 %.
• Если известен выход, а нужна масса исходного вещества: сначала найди теоретическую массу продукта (практическая / η), потом считай исходное по уравнению.
• Смеси: обозначь количества веществ за x и y, составь систему из двух уравнений (по массе смеси и по объёму или массе продукта) и реши. Вещество, которое не реагирует (Cu с HCl), в расчёт по газу не входит.
• Олеум - раствор SO₃ в H₂SO₄, формула H₂SO₄·nSO₃. При добавлении воды SO₃ + H₂O = H₂SO₄, поэтому масса кислоты возрастает.
• Электролиз раствора: на катоде Cu²⁺ восстанавливается до меди, а активные металлы (от Li до Al включительно) не выделяются, там идёт H₂. На аноде бескислородные анионы окисляются, а при кислородсодержащих выделяется O₂ из воды.
• Закон Фарадея: m = M · I · tz · F, F = 96500 Кл/моль, z - число электронов на один атом или молекулу вещества.
• Скорость реакции v = Δc / Δt (моль/(л·с)); по закону действующих масс для A + 2B скорость v = k[A][B]². Твёрдые вещества в формулу не входят.
• Правило Вант-Гоффа: v₂ / v₁ = γ^{T₂ - T₁10}, где γ - температурный коэффициент (обычно 2-4).
• Всегда: количество вещества n = m / M = V / 22,4 (газы, н.у.), коэффициенты в уравнении дают отношение количеств.

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Расчёт: выход продукта от теоретического

  Ловушка: Выход считают от массы исходного вещества, а не от теоретической массы продукта.

  Как решать: Сначала теоретическая масса продукта по уравнению, потом η = практическая / теоретическая.

• Расчёт: растворы, смеси, олеум

  Ловушка: Массу раствора путают с массой вещества; при смешивании забывают сложить массы растворов.

  Как решать: ω = m(вещества)m(раствора). Смешали растворы: массы веществ и массы растворов складываются отдельно. Олеум: SO₃ сначала связывает воду раствора.

• Расчёт: количество вещества, молярный объём газов

  Ловушка: 22,4 л/моль применяют к твёрдым веществам и к воде при н. у.

  Как решать: ν = m / M = V / 22,4 (только газы при н. у.) = N / Nₐ. Твёрдые вещества в объём газов не входят.

Объяснение простыми словами

Вы купили билет на 10 тысяч тенге, а в кассе вам продали его с 10-процентной скидкой, то есть вы заплатили 9 тысяч. Теория и практика в химии друг с другом тоже расходятся. По уравнению можно получить 40 г вещества, а в колбе после опыта будет 30 г: что-то осталось на стенках, что-то испарилось, часть пошла по побочной реакции. Эту долю и называют выходом. Формула: η = m(практ)m(теор) · 100 %. В примере 30 / 40 · 100 = 75 %. На практике выход меньше 100 %: число больше сотни означает, что вы перевернули дробь.

Рецепт любой задачи на выход один. Первое: записать уравнение и уравнять. Второе: найти n исходного вещества. Третье: по коэффициентам найти n продукта и теоретическую массу. Четвёртое: применить выход. Задача 1. Разложили 200 г CaCO₃, получили 100,8 г CaO. Найти выход. CaCO₃ = CaO + CO₂, n(CaCO₃) = 200 / 100 = 2 моль, n(CaO) = 2 моль, m(теор) = 2 · 56 = 112 г, η = 100,8 / 112 = 0,9, то есть 90 %. Задача 2. Из 56 г азота получили аммиак с выходом 80 %. N₂ + 3H₂ = 2NH₃. n(N₂) = 56 / 28 = 2 моль, n(NH₃) = 4 моль, m(теор) = 4 · 17 = 68 г, практически 68 · 0,8 = 54,4 г.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Выход продукта

Отношение практически полученной массы продукта к теоретически возможной, выраженное в процентах.

Теоретическая масса

Масса продукта, рассчитанная по уравнению реакции в предположении, что всё исходное вещество превратилось в продукт.

Практическая масса

Масса продукта, которая реально получена в опыте; всегда не больше теоретической.

Смесь веществ

Несколько веществ, не связанных химически, каждое из которых может вести себя по-своему.

Массовая доля

Отношение массы компонента к массе всей смеси или раствора, обычно в процентах.

Количество вещества

Число частиц в молях; n = m / M, а для газов n = V / 22,4 при н.у.

Молярный объём

Объём одного моля газа; при нормальных условиях 22,4 л/моль.

Олеум

Раствор оксида серы(VI) SO₃ в безводной серной кислоте, дымящая жидкость.

Электролиз

Окислительно-восстановительный процесс на электродах при прохождении тока через расплав или раствор электролита.

Катод

Отрицательный электрод, на котором идёт восстановление.

Анод

Положительный электрод, на котором идёт окисление.

Закон Фарадея

Масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду, прошедшему через электролит.

Постоянная Фарадея

Заряд одного моля электронов, около 96500 Кл/моль.

Скорость реакции

Изменение концентрации вещества за единицу времени.

Закон действующих масс

Скорость простой реакции пропорциональна произведению концентраций реагентов в степенях их коэффициентов.

Константа скорости

Коэффициент k в уравнении скорости, зависит от природы веществ и температуры, но не от концентрации.

Правило Вант-Гоффа

При повышении температуры на 10 градусов скорость реакции возрастает в γ раз, обычно в 2-4 раза.

Температурный коэффициент

Число γ, показывающее, во сколько раз растёт скорость при нагревании на 10 градусов.

Катализатор

Вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в итоге.

Ингибитор

Вещество, замедляющее реакцию.