Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

________________________________________________________________

Кафедра «Инженерная химия и естествознание»

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ХИМИИ

Для самостоятельной работы студентов

Часть 1

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2006

Тема 1

Основные законы химии

Примеры наиболее важных расчетных задач

1. Расчеты по формулам

Пример 1. Вычислите массовую долю фосфора в оксиде фосфора (V).

Решение. Находим молярную массу оксида фосфора (V):

М(Р₂О₅) = 2А(Р) + 5А(О) = 2·31 + 5·16 = 142 г/моль.

Вычисляем массовую долю фосфора в данном оксиде:

ω(Р) = 2А(Р)/М(Р₂О₅) = 2·31/142 = 0,437 или 43,7%.

Ответ: ω(Р) = 43,7%.

Пример 2. Вычислите массу серной кислоты количеством вещества 5 моль.

Решение. ν = m/M, где ν – количество вещества, моль; m – масса вещества, г; М – молярная масса вещества, г/моль. Отсюда: m = ν·M.

M(H₂SO₄) = 98 г/моль; ν = 5 моль; m(H₂SO₄) = 5·98 = 490 г.

Ответ: m(H₂SO₄) = 490 г.

Пример 3. Определите число структурных единиц в воде массой 36 г.

Решение. Вычисляем молярную массу воды: М(Н₂О) = 1·2 + 16·1 = 18 г/моль.

Определяем количество вещества: ν = m/M, ν = 36/18 = 2 моль.

Находим число молекул, зная, что моль вещества содержит 6,02·10²³ молекул:

N = ν ·N_A = 2·6,02·10²³ = 12,04·10²³ = 1,204·10²⁴.

Ответ: N = 1,204·10²⁴.

Пример 4. Рассчитайте относительную плотность оксида серы(IV) по воздуху.

Решение. D = M(SO₂)/M(воздуха), где D – относительная плотность оксида серы(IV) по воздуху, M(SO₂) – молярная масса оксида серы, М(воздуха) – средняя молярная масса воздуха; М(воздуха) = 29 г/моль, M(SO₂) = 64 г/моль;

D = 64 : 29 = 2,2.

Ответ: D = 2,2.

Пример 5. Вычислите объем оксида углерода (IV), взятого количеством вещества 3 моль.

Решение. ν = V/V_M, где

ν - количество вещества, моль; V – объем газа (н.у.), л; V_M – молярный объем газа, при н.у. V_M = 22,4 л. Отсюда: V = ν V_M. V(CO₂) = 3·22,4 = 67,2 л.

Ответ: V(CO₂) = 67,2 л.

Пример 6. Вычислите массу кислорода, занимающего при н.у. объем 28 л.

Решение. ν = V/V_M, ν = 28/22,4 = 1,25 моль.

ν = m/M, m = ν·M, m = 1,25· 32 = 40 г.

Ответ: m = 40 г.

Пример 7. В 235 г воды растворили 15 г хлорида натрия. Какова массовая доля хлорида натрия в полученном растворе?

Решение. 1. Находим массу раствора: m_{раствора} = 235 + 15 = 250 (г).

2. Находим массовую долю хлорида натрия в растворе:

ω(NaCl) = m(NaCl)/m_{раствора} = 15/250 = 0,06 или 6%.

Ответ: ω(NaCl) = 6%.

2. Расчеты по уравнениям химических реакций

Пример 8. Какая масса осадка получится при взаимодействии 0,2 моль хлорида калия с избытком раствора нитрата серебра?

Решение. Составляем уравнение реакции:

KCl + AgNO₃ = AgCl↓ + KNO₃.

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль KCl получается 1 моль осадка AgCl, а, значит, из 0,2 моль KCl получится 0,2 моль осадка AgCl. Находим массу осадка AgCl, если молярная масса AgCl равна 143,5 г/моль:

m(AgCl) = ν·M = 0,2·143,5 = 28,7 г.

Ответ: m(AgCl) = 28,7 г.

Пример 9. Через раствор, содержащий 330 г азотной кислоты, пропустили 85 г аммиака. Какова масса образовавшейся соли?

Решение. В задачах такого типа вначале находят, полностью ли прореагировали вещества, т.е. какое вещество – в избытке. Расчет продукта реакции производят по веществу, полностью вступившему в реакцию.

Находим количество вещества азотной кислоты и аммиака: ν = m/M.

ν (NH₃) = 85/17 = 5 моль (М(NH₃) = 17 г/моль).

ν (HNO₃) = 330/63 = 5,24 моль (М(HNO₃) = 63 г/моль).

Составляем уравнение реакции: NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃.

По уравнению реакции: 1 моль NH₃ взаимодействует с 1 моль HNO₃, а, значит, 5 моль NH₃ – с 5 моль HNO₃. Следовательно, азотная кислота – в избытке и расчет надо вести по аммиаку.

ν (NH₃) = ν (NH₄NO₃) = 5 моль, m (NH₄NO₃) = νM (NH₄NO₃) = 5·80 = 400 г.

Ответ: m (NH₄NO₃) = 400 г.

Пример 10. Какую массу (кг) силиката натрия можно получить при сплавлении оксида кремния (IV) с 64,2 кг соды, массовая доля примесей в которой составляет 5%?

Решение. SiO₂ + Na₂CO₃ = Na₂SiO₃ + CO₂.

Находим массу карбоната натрия в соде:

ω(Na₂CO₃) = m_чист. (Na₂CO₃)/m_общ. (Na₂CO₃);

m_чист. (Na₂CO₃) = ω(Na₂CO₃)· m_общ. (Na₂CO₃);

m_чист. (Na₂CO₃) = 0,95·64,2 = 61 кг.

ν (Na₂CO₃) = m/M, ν (Na₂CO₃) = 61000/ 106 = 575,5 моль (106 г/моль – молярная масса Na₂CO₃).

Из уравнения реакции следует, что получится такое же количество вещества силиката натрия.

m(Na₂SiO₃) = νM(Na₂SiO₃) = 575,5·122 = 70207 г = 70,2 кг.