close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Химия глазами математика вторая версия

код для вставкиСкачать
I
Под таким названием метод вошел в химическую литературу. Этот метод показывает применимость математических знаний к разрешению химических проблем. Этот метод скорее напоминает ребус, хотя пытливому уму он может показаться привлекательным сам по себе. В самом простом случае для расстановки коэффициентов вводят неизвестное, место которого в уравнение не имеет значения. Иногда этот случай расстановки называют методом «немого» коэффициента. Логичнее ставить неизвестное перед формулой первого вещества. После этого коэффициенты выставляют по логической цепи.
х
P + 0
2
= 0.5xP
2
0
5
Рассмотрим логическую последовательность рассуждений при составлении уравнения реакции окисления фосфора кислородом.
Через х обозначим неизвестный коэффициент перед знаком фосфора:
х
P + 0
2
=P
2
0
5
Уравнивают число атомов фосфора:
Тогда число атомов кислорода в правой части получается 2.5х, а в левой части перед записью молекулы кислорода должен появиться коэффициент 1.25х
х
P + 1.2
5
x0
2
= 0.5xP
2
0
5
4P + 50
2
= 2P
2
0
5
Умножаем на 4, и делим на х FeS
2
+ O
2
= Fe
2
O
3
+ SO
2
Чтобы сделать решение более простым целесообразно вводить 2 неизвестных х и у перед формулами исходных веществ
xFeS
2
+ yO
2
= Fe
2
O
3
+ SO
2
Уравниваем число атомов железа и серы
xFeS
2
+ yO
2
= 0.5xFe
2
O
3
+ 2xSO
2
Поскольку число атомов кислорода в левой и правой частях должно быть одинаковым, мы получаем: (баланс по кислороду)
2y=1.5x+4x
y=2.75x
Подставляем это значение «у» в схему реакции:
xFeS
2
+ 2.75xO
2
= 0.5xFe
2
O
3
+ 2xSO
2
Умножаем на 4 и делим на х:
4FeS
2
+ 11O
2
= 2Fe
2
O
3
+ 8SO
2
FeSO
4
+ KMnO
4
+ H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ H
2
O
В этом примере уже 3 неизвестных х, у, z
:
xFeSO
4
+ yKMnO
4
+ zH
2
SO
4
= 0.5xFe
2
(SO
4
)
3
+ yMnSO
4
+ 0.5yK
2
SO
4
+ zH
2
O
Проводим
баланс по кислороду
4
x+4y+4z=6x+4y+2y+z
y=1.5z –
x
Баланс по сере:
х +
z=1.5x + y +0.5y
y=(z –
0.5x)/1.5
To be continued…
Приравниваем эти значения:
1.5z -
x=(z -
0.5x)/1.5
z=0.8x
Найдем у:
y=1.5z –
x = 0.2x
Подставляем эти значения вместо у и z
в уравнение:
x
FeSO
4
+ 0.2x
KMnO
4
+ 0.8x
H
2
SO
4
= 0.5x
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 0.2x
MnSO
4
+ 0.1x
K
2
SO
4
+ 0.8x
H
2
O
Умножаем на 10 и делим на х, и получаем:
10
FeSO
4
+ 2
KMnO
4
+ 8
H
2
SO
4
= 5
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 2
MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ 8
H
2
O
C + HNO
3
= CO
2
+ NO + H
2
O
H
2
S + K
2
Cr
2
O
7
+ H
2
SO
4
= S +Cr
2
(SO
4
)
3
+ K
2
SO
4
+ H
2
O
KBr + KMnO
4
+ H
2
SO
4
= Br
2
+ MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ H
2
O
Этот метод принципиально не отличается от предыдущего, но кажется проще и последовательней.
KMnO
4
+ HCl = KCl + MnCl
2
+ Cl
2
+ H
2
O
Число неизвестных равно числу веществ участвующих в реакции и полученных.
a
KMnO
4
+ b
HCl = c
KCl + d
MnCl
2
+ e
Cl
2
+ f
H
2
O
Так как количество атомов каждого элемента в обеих частях уравнения одинаковое то можно составить систему:
a=c (
баланс по K)
a=d (
баланс по Mn)
b=2f (
баланс по H)
b=c+2d+2e (
баланс по Cl)
4a=f (
баланс по O)
Откуда 5a=2c
, в простейшем случае получаем:
a=c=d=2; e=5; b=16; f=8
2
KMnO
4
+
16
HCl=
2
KCl+
2
MnCl
2
+
5
Cl
2
+
8
H
2
O
Если числа a, b, c и т. д. взаимно просты, то такая совокупность численных значений коэффициентов представляет собой единственный общепринятый набор коэффициентов химической реакции.
Известны такие реакции, где число веществ меньше чем число входящих в них элементов.
aFeCl3+ bKCNS = cKCl+ dFe(CNS)3
Однако в таких схемах некоторые группы атомов переходят из одних веществ в другие не изменяясь поэтому некоторые уравнения системы повторяются:
a=d (
баланс по Fe)
3a=c (
баланс по Cl)
b=c (
баланс по K)
b=3d (
баланс по C, N, S)
Отсюда 3
a=b=c=3d, в простом случае a
=
d=1; b=c=3 FeCl
3
+ 3KCNS = 3KCl+ Fe(CNS)
3
Бывают случаи когда число веществ в 2 или более раз больше количества элементов
Рассмотрим такую реакцию:
aH2S + bK2Cr2O7 + cH2SO4 = dS + eK2SO4 + fCr2(SO4)3 + gH2O
В состав веществ входят 5 элементов, самих веществ -
7. Составим систему уравнений:
2
a + 2c = 2g (
баланс по
H)
a + c =d + e + 3f (
баланс по
S)
2b=2e (
баланс по
K)
2b=2f (
баланс по
Cr)
7b + 4c = 4e + 12f +g (
баланс по
O)
У такой системы бесконечное число решений. Например формально правильные такие:
3
H
2
S + K
2
Cr
2
O
7
+ 4
H
2
SO
4
= 3
S + K
2
SO
4
+ Cr
2
(SO
4
)
3
+ 7
H
2
O
6
H
2
S + K
2
Cr
2
O
7
+ 5
H
2
SO
4
= 7
S + K
2
SO
4
+ Cr
2
(SO
4
)
3
+ 11
H
2
O
9
H
2
S + 2
K
2
Cr
2
O
7
+ 7
H
2
SO
4
= 10
S + 2
K
2
SO
4
+ 2
Cr
2
(SO
4
)
3
+ 18
H
2
O
Но с химической точки зрения верна только одна совокупность коэффициентов, которую можно найти методом электронного баланса или методом электронно
-
ионного баланса(метод полуреакции).
Попробуйте определить, пользуясь этими методами, какая совокупность коэффициентов будет верна с химической точки зрения.
№1
Укажите, какое из следующих уравнений описывает реальную реакцию полного окисления триэтиламина азотной кислотой:
1)
2)
3)
№2
Укажите, какое из следующих уравнений соответствует реально протекающей химической реакции:
1)
2)
3)
Обсудите правильность следующего утверждения: «Если коэффициенты в уравнении химической реакции нельзя однозначно определить алгебраическим методом, то реальному протеканию реакции соответствует уравнение с наименьшими коэффициентами ». Дать обоснованный ответ на основе выполненных заданий.
№3
Укажите, какое из следующих уравнений реально
описывает окисление сульфида железа озоном:
1)
2)
3)
№4
Не все схемы реакций уравниваются быстро и верно. Встречаются и химические «монстры». Попробуйте подобрать коэффициенты в таком уравнении любым способом(алгебраическим, методом электронного баланса и методом полуреакции):
II
При решении задач на смеси веществ необходимо прежде всего для каждого компонента смеси отдельно записать все химические реакции, в которых он может участвовать в соответствии с условием задачи. В качестве опорных веществ обычно выбирают вещества исходной смеси и их количества (число молей) обозначают как неизвестные –
x,y,z,
а затем составляют уравнения материального баланса по количеству, массе или объему (для газов) участников химических реакций, где два последних необходимо выразить через неизвестные. Число балансовых уравнений должно быть равно числу неизвестных. На последнем этапе решается полученная система алгебраических уравнений.
При сгорании 13,44 л (н.у.) смеси водорода метана и угарного газа образовалось 8,96 л углекислого газа и 14,4 г воды. Определить количества газов в смеси.
Решение
1. Уравнения реакций :
2H
2
+O
2
=2H
2
O CH
4
+O
2
=CO
2
+2H
2
O
2CO+O
2
=2CO
2
(I)
(II)
(III)
2. Опорные вещества –
CH
4
, H
2
и CO;
обозначим их количества
Составим три балансовых уравнения по числу неизвестных: а) баланс по объему смеси:
ν
(H
2
)=x; ν
(CH
4
)=y; ν
(CO)=z
V(H
2
) + V(CH
4
) + V(CO)= 13,44 л , введем в него неизвестные
xV
m
+ yV
m
+zV
m
=13,44 или x+y+z=13,44/22,4=0,6 моль
б) баланс по количеству CO
2
:
в) баланс по количеству H
2
O :
ν
(CO
2
/II) + ν
(CO
2
/III) = ν
общ
(CO
2
)
ν
общ
(
CO
2
)=V(CO
2
)/V
m
= 8,96/22,4=0,4 моль
ν
(
CO
2
/II) = ν
(CH
4
) =y; ν
(CO
2
/III)=
ν
(CO)/2*2=z
ν
(H
2
O/I) + ν
(H
2
O/II) = ν
общ
(H
2
O)
ν
общ
(H
2
O/I)=m(H
2
O)/M(H
2
O)=14,4
г
/18 =0,8 моль
ν
(H
2
O)=
ν
(H
2
)/2*2=x; ν
(H
2
O/II)=
ν
(CH
4
)*2/1=2y
тогда x+2y=0,8
3
. Получаем систему уравнений вида:
x = 0,2 моль;
y = 0,3 моль; z = 0,1 моль
Ответ:
ν
(H
2
)=
0,2 моль
; ν
(CH
4
)=
0,3моль ; ν
(CO)=
0,1 моль
x + y + z = 0,6
y + z = 0,4
x + 2y = 0,8
При сжигании 2,48 г смеси пропана, пропена и пропина образовалось 4,03 л CO
2
(н.у.). Определить массу образовавшейся воды.
Решение
1. Уравнения реакций :
2. Опорные вещества:
(I)
(II)
(III)
Составим три балансовых уравнения по числу неизвестных:
а) баланс по массе:
б) баланс по количеству CO
2 :
в) баланс по массе H
2 O:
3. Получили систему уравнений:
Решим систему:
Ответ: (H
2
O)=2,88 г
Автор
rogachev_am
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
206
Размер файла
2 004 Кб
Теги
версия, вторая, глазами, математика, химия
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа