Генетичні зв’язки між класами неорганічних сполук. Розрахунки за хімічними рівняннями маси, об’єму, кількості речовини реагентів та продуктів реакцій

Із речовин одного класу можна добути речовини іншого класу. Такий зв’язок між класами неорганічних сполук називають генетичним. Розглянемо його більш детально. Із простих речовин можна одержати складну речовину, наприклад:

2Ca + O₂ = 2CaO

Із складної речовини можна одержати прості речовини, наприклад:

2H₂O 2H₂­ + O₂­

Із металу реакцією горіння можна одержати основний оксид, який з водою утворить основу. При дії на основу кислотою реакцією нейтралізації можна одержати сіль. Розглянемо такий генетичний зв’язок на прикладі металу барію. Складемо схему:

Ba BaO Ba(OH)₂ Ba₃(PO₄)₂

Складемо рівняння хімічних реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

1) 2Ba + O₂ = 2BaO

2) BaO + H₂O = Ba(OH)₂

3) 3Ba(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ba₃(PO₄)₂¯ + 6H_2­O

Із неметалу реакцією горіння можна одержати кислотний оксид, який з водою утворить кислоту. При дії на кислоту основою реакцією нейтралізації можна одержати сіль. Розглянемо такий генетичний зв’язок на прикладі неметалу фосфору. Складемо схему:

P P₂O₅ H₃PO₄ Ba₃(PO₄)₂

Складемо рівняння хімічних реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

1) 4P + 5O₂ = 2P₂O₅

2) P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

3) 2H₃PO₄ + 3Ba(OH)₂ = Ba₃(PO₄)₂¯ + 6H₂O

Наведені вище схеми генетичних зв’язків можна представити в загальному вигляді такою схемою:

Розглянемо приклади задач, пов’язаних із розрахунками за хімічними рівняннями маси, об’єму, кількості речовини реагентів та продуктів реакцій.

Розв’язання задач такого типу треба починати зі складання рівняння або кількох рівнянь тих реакцій, про які йдеться в задачі. Розрахунки можна проводити тільки за рівнянням реакції, тому необхідно уважно перевірити всі коефіцієнти. Коефіцієнти показують не тільки число молекул вихідних речовин та продуктів реакції, а ще й число моль речовин, які беруть участь у реакції. Маючи таку інформацію та знаючи масу, кількість речовини (чи у випадку газів об’єм однієї з речовин, що реагують), можна визначити число моль, масу (чи у випадку газів об’єм) будь-якої іншої речовини.

Задача № 1. Визначте масу натрій гідроксиду, необхідну для повної нейтралізації 19,6 г сульфатної кислоти.

Розв’язання: Сульфатна кислота H₂SO₄ є двохосновною кислотою. Для повної нейтралізації одного моль цієї кислоти необхідно два моль натрій гідроксиду NaOH, що видно з рівняння хімічної реакції: H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2 H₂O

За відомою масою сульфатної кислоти визначимо кількість речовини за формулою:

Молярна маса сульфатної кислоти дорівнює:

M(H₂SO₄) = 2 · A_r(H) + A_r(S) + 4 · A_r(O) = 2 · 1 + 32 + 4 · 16 = 98

Кількість речовини сульфатної кислоти дорівнює:

Коефіцієнт перед формулою натрій гідроксиду в рівнянні реакції в два рази більший від коефіцієнта перед формулою сульфатної кислоти, тому:

ν(NaOH) = 2 · ν(H₂SO₄) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль

Визначимо масу натрій гідроксиду, яка відповідає цій кількості речовини, за формулою: m = ν · M

Молярна маса натрій гідроксиду дорівнює:

M(NaOH) = A_r(Na) + A_r(O) + A_r(H) = 23 + 16 + 1 = 40

Маса натрій гідроксиду дорівнює:

m(NaOH) = 0,4 моль · 40 = 16 г

Відповідь: для повної нейтралізації 19,6 г сульфатної кислоти необхідно 16 г натрій гідроксиду.

Задача № 2. Визначте об’єм водню (н. у.), який виділиться при дії хлоридної кислоти на 13,5 г алюмінію.

Розв’язання: Складемо рівняння хімічної реакції взаємодії металу алюмінію з хлоридною кислотою з утворенням солі алюміній хлориду та газоподібного водню:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂­

За відомою масою алюмінію визначимо кількість речовини за формулою:

Молярна маса алюмінію дорівнює: M(Al) = A_r(Al) = 27

Кількість речовини алюмінію дорівнює:

Коефіцієнт перед формулою водню в рівнянні реакції в 1,5 рази більше коефіцієнта перед формулою алюмінію, тому:

ν(H₂) = 1,5  · ν(Al) = 1,5 · 0,5 моль = 0,75 моль

Об’єм газоподібного водню за нормальних умов (н.у.) визначаємо за формулою: V = ν · V_m.

Об’єм водню дорівнює:

V(H₂) = 0,75 моль · 22,4 = 16,8 л.

Відповідь: при дії хлоридної кислоти на 13,5 г алюмінію виділиться 16,8 л водню за нормальних умов.