10.02.21г. 308, 305, 303

ГРУППА 308

ТЕМА: Решение задач на определение массовой или объемной доли выхода продукта реакции от теоретически возможного.

http://orgchem.ru/chem3/z365.php

Задачи на выход продукта реакции с решением

Пример 1:

При бромировании 50 л бутана получили смесь бромбутана массой 225 г. Найдите долю выхода продукта реакции

Решение:

1. Найдем теоретический выход бромбутана.
   Найдем количество вещества использованного бутана по условию задачи:
   n (C4H10) = 50 л : 22,4 л/моль = 2,23 моль,
   где 22,4 – молярный объем газа при н. у. (нормальных условиях)
   
   Запишем над уравнением количество вещества бутана, а под уравнением число моль согласно уравнению:
   2,23 моль           х моль
   C4H10 + Br2 → C4H9Br + HBr
   1 моль               1 моль
   
   Составим пропорцию:
   2,23 моль    —         х моль
   1 моль         —         1 моль
   x = 2,23 моль
2. Найдем количество вещества полученного бромбутана по условию задачи:
   M(C4H9Br) = 12 • 4 + 9 + 80 = 137 (г/моль)
   n = m/M = 225 г / 137 г/моль = 1,64 моль
3. Найдем долю выхода от теоретического:
   η = 1,64 / 2,23 = 0,74 = 74 %

Ответ: 0,74 или 74 %.

ГРУППА 305

ТЕМА: Степень электролитической диссоциации.

Практическая работа №1 Приготовление раствора заданной концентрации. Степень электролитической диссоциации Поскольку электролитическая диссоциация - процесс обратимый, то в растворах электролитов наряду с их ионами присутствуют и молекулы. Другими словами, различные электролиты, согласно теории С. Аррениуса, диссоциируют на ионы в различной степени. Полнота распада (сила электролита) характеризуется количественной величиной – степенью диссоциации. Степень диссоциации (α – греческая буква альфа) -  это отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n), к общему числу растворенных молекул (N): Степень диссоциации электролита определяется опытным путем и выражается в долях единицы или в процентах. Если α = 0, то диссоциация отсутствует, а если α = 1 или 100%, то электролит полностью распадается на ионы. Если же α = 20%, то это означает, что из 100 молекул данного электролита 20 распалось на ионы. Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, от концентрации электролита, температуры. 1.     Зависимость степени диссоциации от природы:  чем полярнее химическая связь в молекуле электролита и растворителя, тем  сильнее выражен процесс диссоциации электролита на ионы и тем выше значение степени диссоциации. 2.     Зависимость степени диссоциации от концентрации  электролита:  с уменьшением концентрации электролита, т.е. при разбавлении его водой, степень диссоциации всегда увеличивается. 3.     Зависимость степени диссоциации от температуры:  степень диссоциации возрастает при повышении температуры (повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии растворённых частиц, что способствует распаду молекул на ионы). Сильные и слабые электролиты В зависимости от степени диссоциации различают электролиты сильные и слабые. Электролиты со степенью диссоциации больше 30% обычно называют сильными, со степенью диссоциации от 3 до 30% — средними, менее 3% — слабыми электролитами. Классификация электролитов в зависимости от степени электролитической диссоциации (памятка) Классификация электролитов Сильные электролиты Средние электролиты Слабые электролиты Значение степени диссоциации (α) α>30% 3%≤α≤30% α<3% Примеры 1. Растворимые соли; 2. Сильные кислоты (НСl, HBr, HI, НNО3, НClO4, Н2SO4(разб.)); 3. Сильные основания – щёлочи. H3PO4 H2SO3 1. Почти все органические кислоты (CH3COOH, C2H5COOH и др.); 2. Некоторые неорганические кислоты (H2CO3, H2S и др.); 3. Почти все малорастворимые в воде соли, основания и гидроксид аммония (Ca3(PO4)2; Cu(OH)2; Al(OH)3; NH4OH); 4. Вода.  Определение сильных и слабых электролитов Тренажёр "Сильные и слабые электролиты" Практическая работа №1. ТЕМА:Приготовление раствора заданной концентрации. Цель: - научиться практически готовить растворы с заданной массовой долей растворённого вещества. Задачи: - повторить и использовать правила ТБ                  -повторить и практически применить знания о растворах и массовой доле растворённого вещества,                  - познакомиться с устройством лабораторных весов и правилами                  взвешивания,                  -формировать коммуникативные компетентности. Оборудование и реактивы: Весы лабораторные, химические стаканы (V = 50мл), стеклянные палочки, мензурки (V =50мл), дистиллированная вода, поваренная соль. Ход работы. Приготовление растворов солей с определённой массовой долей растворённого вещества. Теоретическая часть (закрепление знаний формул для расчетов массовой доли вещества, умение решения задач разных типов) 1.Приготовить 20 г.водного раствора соли массовой долей соли 5%. 2.Какую массу щелочи необходимо взять для приготовления 50 г 16%-ного раствора? 3. К 600 г 50% р-ра соли добавили 100 г воды. Чему равна массовая доля соли в полученном растворе? Ход работы (Практическая часть) Практическую часть начнём с проверки знаний правил ТБ, которые важно помнить при выполнении работы. 1) Нельзя пробовать вещества на вкус. 2) Нельзя брать вещества руками. 3) Если взяли реактива больше, чем требуется, нельзя высыпать ( выливать) обратно в банку (склянку). 4) Нюхать вещества с осторожностью. 5) Работать аккуратно и внимательно , соблюдая порядок и дисциплину. 6) По окончанию работы привести в порядок рабочее место и вымыть руки с мылом. Приготовление раствора с определенной массовой долей растворенного вещества.  Приготовить раствор хлорида натрия массой 300 г, в котором массовая доля соли равна 12%. Проведем расчеты по определению массы соли и объема воды для приготовления раствора: m(NaCl) = 300 · 0,12 = 36 (г); m(H2O) = 300 - 36 = 264 (г), что соответствует объему 264 мл воды. В колбу или стакан на 500-700 мл поместим предварительно взвешенную навеску соли массой 36 г и небольшими порциями при перемешивании стеклянной палочкой (осторожно!) или круговыми движениями сосуда добавляем предварительно отмеренную цилиндром воду объемом 264 мл. После полного растворения соли перельем раствор в сосуд с пробкой. На этикетке указываем дату приготовления раствора.          Вывод                  - Что такое массовая доля растворённого вещества?                  - Что говорит о растворе его массовая доля?

ГРУППА 303

ТЕМА: Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Окислитель и восстановление. Восстановитель и окисление. Метод электронного баланса для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Уравнения окислительно-восстановительных реакций.

Многие химические реакции уравниваются простым подбором коэффициентов. Но иногда возникают сложности: количество атомов какого-нибудь элемента в левой и правой частях уравнения никак не удается сделать одинаковым без того, чтобы не нарушить "равновесия" между атомами других элементов.

Чаще всего такие сложности возникают в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Для их уравнивания используют несколько способов, из которых мы пока рассмотрим один – метод электронного баланса.

Напишем уравнение реакции между алюминием и кислородом:

Al + O₂ = Al₂O₃

Пусть вас не вводит в заблуждение простота этого уравнения. Наша задача – разобраться в методе, который в будущем позволит вам уравнивать гораздо более сложные реакции.

Итак, в чем заключается метод электронного баланса? Баланс – это равенство. Поэтому следует сделать одинаковым количество электронов, которые отдает один элемент и принимает другой элемент в данной реакции. Первоначально это количество выглядит разным, что видно из разных степеней окисления алюминия и кислорода:

0		0		+3 –2
Al	+	O2	=	Al2O3

Алюминий отдает электроны (приобретает положительную степень окисления), а кислород – принимает электроны (приобретает отрицательную степень окисления). Чтобы получить степень окисления +3, атом алюминия должен отдать 3 электрона. Молекула кислорода, чтобы превратиться в кислородные атомы со степенью окисления -2, должна принять 4 электрона:

`

Чтобы количество отданных и принятых электронов выровнялось, первое уравнение надо умножить на 4, а второе – на 3. Для этого достаточно переместить числа отданных и принятых электронов против верхней и нижней строчки так, как показано на схеме вверху.

Если теперь в уравнении перед восстановителем (Al) мы поставим найденный нами коэффициент 4, а перед окислителем (O₂) – найденный нами коэффициент 3, то количество отданных и принятых электронов выравнивается и становится равным 12. Электронный баланс достигнут. Видно, что перед продуктом реакции Al₂O₃ необходим коэффициент 2. Теперь уравнение окислительно-восстановительной реакции уравнено:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

Все преимущества метода электронного баланса проявляются в более сложных случаях, чем окисление алюминия кислородом. Например, известная всем "марганцовка" – марганцевокислый калий KMnO₄ – является сильным окислителем за счет атома Mn в степени окисления +7. Даже анион хлора Cl^– отдает ему электрон, превращаясь в атом хлора. Это иногда используют для получения газообразного хлора в лаборатории:

+7

–1

0

+2

KMnO4

+

KCl

+

H2SO4

=

Cl2

+

MnSO4

+

K2SO4

+

H2O

Составим схему электронного баланса:

Двойка и пятерка – главные коэффициенты уравнения, благодаря которым удается легко подобрать все другие коэффициенты. Перед Cl₂ следует поставить коэффициент 5 (или 2·5 = 10 перед KСl), а перед KMnO₄ – коэффициент 2. Все остальные коэффициенты привязывают к этим двум коэффициентам. Это гораздо легче, чем действовать простым перебором чисел.

2KMnO₄ + 10KCl + 8H₂SO₄ = 5Cl₂ + 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 8H₂O

Чтобы уравнять количество атомов К (12 атомов слева), надо перед K₂SO₄ в правой части уравнения поставить коэффициент 6. Наконец, чтобы уравнять кислород и водород, достаточно перед H₂SO₄ и H₂O поставить коэффициент 8. Мы получили уравнение в окончательном виде.

Метод электронного баланса, как мы видим, не исключает и обыкновенного подбора коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, но может заметно облегчить такой подбор.

** Окислительно-восстановительные реакции играют огромную роль в природе и технике. Без этих реакций невозможна жизнь, потому что дыхание, обмен веществ, синтез растениями клетчатки из углекислого газа и воды – все это окислительно-восстановительные процессы.

В технике с помощью реакций этого типа получают такие важные вещества как аммиак (NH₃), серную (H₂SO₄)и соляную (HCl) кислоты и многие другие продукты. Вся металлургия основана на восстановлении металлов из их соединений – руд. Большинство химических реакций – окислительно-восстановительные. Приведем важнейшие определения, связанные с окислительно-восстановительными реакциями.

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.

Окислителями называются вещества, присоединяющие электроны. Во время реакции они восстанавливаются.

Восстановителями называются вещества, отдающие электроны. Во время реакции они окисляются.

Поскольку окислитель присоединяет электроны, степень окисления его атомов может только уменьшаться. Наоборот, восстановитель теряет электроны и степень окисления его атомов должна повышаться.

Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением.

Число электронов, отдаваемых восстановителем, равно числу электронов, присоединяемых окислителем.

Если каждый атом окислителя может принять иное количество электронов, чем отдает атом восстановителя, то необходимо так подобрать количество атомов того и другого реагента, чтобы количество отдаваемых и принимаемых электронов стало одинаковым. Это требование положено в основу метода электронного баланса, с помощью которого уравнивают уравнения окислительно-восстановительных реакций.

Различают три основных типа окислительно-восстановительных реакций:

1) Реакции МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО окисления-восстановления (когда окислитель и восстановитель – разные вещества);

2) Реакции ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ (когда окислителем и восстановителем может служить одно и то же вещество);

3) Реакции ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОГО окисления-восстановления (когда одна часть молекулы выступает в роли окислителя, а другая – в роли восстановителя).

Рассмотрим примеры реакций трех типов.

1. Реакциями межмолекулярного окисления-восстановления являются все уже рассмотренные нами в этом параграфе реакции.

Рассмотрим несколько более сложный случай, когда не весь окислитель может быть израсходован в реакции, поскольку часть его участвует в обычной – не окислительно-восстановительной реакции обмена:

0		+5		+2		+2
Cu	+	HNO3	=	Cu(NO3)2	+	NO	+	H2O

Часть частиц NO₃^- участвует в реакции в качестве окислителя, давая оксид азота NO, а часть ионов NO₃^- в неизменном виде переходит в соединение меди Cu(NO₃)₂. Составим электронный баланс:

Поставим найденный для меди коэффициент 3 перед Cu и Cu(NO₃)₂. А вот коэффициент 2 следует поставить только перед NO, потому что весь имеющийся в нем азот участвовал в окислительно-восстановительной реакции. Было бы ошибкой поставить коэффициент 2 перед HNO₃, потому что это вещество включает в себя и те атомы азота, которые не участвуют в окислении-восстановлении и входят в состав продукта Cu(NO₃)₂ (частицы NO₃^- здесь иногда называют “ионом-наблюдателем”).

Остальные коэффициенты подбираются без труда по уже найденным:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

2. Реакции диспропорционирования происходят тогда, когда молекулы одного и того же вещества способны окислять и восстанавливать друг друга. Это становится возможным, если вещество содержит в своем составе атомы какого-либо элемента в ПРОМЕЖУТОЧНОЙ степени окисления. Следовательно, степень окисления способна как понижаться, так и повышаться. Например:

+3		+5		+2
HNO2	=	HNO3	+	NO	+	H2O

Эту реакцию можно представить как реакцию между HNO₂ и HNO₂ как окислителем и восстановителем и применить метод электронного баланса:

+3		+3		+5		+2
HNO2	+	HNO2	=	HNO3	+	NO	+	H2O

Получаем уравнение:

2HNO₂ + 1HNO₂ = 1HNO₃ + 2NO + H₂O

Или, складывая вместе моли HNO₂:

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O

3. Реакции внутримолекулярного окисления-восстановления происходят тогда, когда в молекуле соседствуют атомы-окислители и атомы-восстановители. Рассмотрим разложение бертолетовой соли KClO₃ при нагревании:

+5		–1		0
KClO3	=	KCl	+	O2

Это уравнение также подчиняется требованию электронного баланса:

Здесь возникает сложность – какой из двух найденных коэффициентов поставить перед KClO₃ – ведь эта молекула содержит и окислитель и восстановитель? В таких случаях найденные коэффициенты ставятся перед продуктами:

KClO₃ = 2KCl + 3O₂

Теперь ясно, что перед KClO₃ надо поставить коэффициент 2.

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂

Внутримолекулярная реакция разложения бертолетовой соли при нагревании используется при получении кислорода в лаборатории.

Мы рассмотрели важнейшие типы окислительно-восстановительных реакций и метод электронного баланса, но пока не касались вопроса составления уравнений таких реакций. Распространенное заблуждение заключается в том, что вы можете сразу предсказать продукт (или продукты) окислительно-восстановительной реакции. Это не так. Лишь по мере накопления опыта, особенно в лаборатории, вы сможете делать все больше и больше правильных предсказаний. А пока следует научиться уравнивать реакции, реагенты и продукты которых заранее известны.