Задание 27: Расчеты объемных отношений газов при химической реакции. Тепловой эффект

Задание находится во второй части экзаменационной работы и оценивается в 2 балла. Формулировки обычно такие:

• «В результате реакции, термохимическое уравнение которой … выделилось (поглотилось) X кДж теплоты. Вычислите массу/объём вещества...»;
• «Вычислите объём газа (н.у.), который не вступит в реакцию, если...»;
• «Определите массу осадка/объём газа, если известен тепловой эффект реакции...».

…

• Количество вещества: $n = \dfrac{m}{M}$, где $m$ — масса (г), $M$ — молярная масса (г/моль).
• Количество вещества газа через объём: $n = \dfrac{V}{V_m}$, где $V_m = 22{,}4$ л/моль при нормальных условиях (н.у.: $T = 273$ К, $p = 101{,}3$ кПа).
• Закон Авогадро: равные объёмы газов при одинаковых условиях содержат равное число молей, значит объёмные отношения газов в реакции равны мольным, то есть совпадают с коэффициентами уравнения.
• Термохимическое уравнение — это уравнение реакции с указанием теплового эффекта $Q$ (в кДж), который выделяется (знак «+») или поглощается (знак «–») при протекании реакции в количествах, равных стехиометрическим коэффициентам.
• Пропорциональность теплоты количеству вещества: если по уравнению превращение $n_0$ моль вещества сопровождается тепловым эффектом $Q_0$, то для произвольного количества $n$ теплота составит $Q = Q_0 \cdot \dfrac{n}{n_0}$.
• Лимитирующий реагент — вещество, которого недостаточно для полного превращения второго реагента; именно по нему рассчитывают продукты и остаток избыточного вещества.
• Молярный объём газа при условиях, отличных от нормальных, можно найти через уравнение Менделеева–Клапейрона: $pV = nRT$, но в задании 27 почти всегда речь идёт о нормальных условиях.

1. Внимательно прочитать условие и выделить: термохимическое уравнение (если есть), данные о массах/объёмах реагентов, что требуется найти.
2. Записать уравнение реакции с коэффициентами (если дано в буквенном или словесном виде — оформить в стандартном виде с указанием агрегатных состояний).
3. Перевести все известные величины в количество вещества (моль): через массу и молярную массу или через объём газа и $V_m = 22{,}4$ л/моль.
4. Если в задаче два реагента — определить, какой из них лимитирующий, сравнив мольные (или объёмные, если условия одинаковы) соотношения с коэффициентами уравнения.
5. Если задан тепловой эффект — составить пропорцию: отношение реальной теплоты к теплоте по уравнению равно отношению реального количества вещества к стехиометрическому.
6. Найти количество вещества искомого продукта или остатка реагента, используя коэффициенты уравнения. …