Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников по специальности 2505 Переработка нефти и газа

Вид материала

Содержание

Число молей 1моль 2моль 1моль
Число молей 1моль 2моль 1моль
При решении задач по химическим уравнениям необходимо соблюдатьопределенную последовательность
Последовательность действий
2 моль·44 г/моль 2 моль·60 г/моль
Последовательность действий
Вычисление массы продукта реакции по известному количеству исходных веществ с учетом его практического выхода
2 моль•44г/моль 2моль• 60 г/моль
1кмоль•78кг 1кмоль•106кг
О с н о в н а я
3. Примерный перечень лабораторных работ и

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

Число молей 1моль 2моль 1моль

молярная 28 г/моль 2·2 г/моль 32 г/моль
масса

Составив уравнение химической реакции, и определив по нему число молей реагирующих и образующихся в результате реакции веществ, можно производить различные расчеты по определению количеств нужного вещества.

Массу веществ, участвующих в реакции, рассчитывают исходя из величин их молярных масс.

Молярная масса М - величина, связывающая массу и количество вещества. m

М = 

n

где m - масса вещества; г, кг, т

n - количество вещества; моль, кмоль

M - молярная масса; г/моль, кг/моль.

Например – масса СН₄ количеством вещества 1 моль определяется

по формуле: m = n·M

m (СН₄ )= I моль •I6 г/моль = 16 г

Масса C₆H₆ количеством вещества I моль определяется по формуле:

m = n·M

m (C₆H₆) = 1 моль ·78 г/моль = 78 г

Если в реакции участвуют газообразные вещества, то по уравнению этой реакции можно выразить не только отношение масс этих газов, но и отношение их объемов:

СО + 2Н₂

CH₃OH

Число молей 1моль 2моль 1моль

газа

Объем газа 1·22,4 л/моль 2·22,4 л/моль

при

нормальных условиях: л/моль, м³ /к моль
Объемы реагирующих в процессе химической реакции веществ вычис-ляют исходя из молярных количеств этих веществ и молярных объемов.

Молярный объем V_m- производная величина, связывающая объем и количество вещества: V

V_m= 

n

где: V - объем вещества, л, м³

n - количество вещества, моль, кмоль
V_m - молярный объем, л/моль, м³/к моль

Например: Объем СН₄количеством вещества 1 моль определяется по формуле: V = n ·V_m V(СН₄ ) = I моль • 22,4 л/моль = 22,4 л

Объем C₂H₆количеством вещества I моль определяется по формуле: V = n ·V_m

V (C₂H₆) = I моль • 22,4 л/моль = 22,4 л

Так как по закону Авогадро молярные объемы газов при нормальных условиях равны между собой, то соотношение объемов газов, вступивших в реакцию, пропорционально соотношению их коэффициентов в уравнении реакции. Поэтому объем газа можно вычислять непосредственно по урав-нению химической реакции, не рассчитывая его массу.

Например: Какой объем кислорода потребуется для сжигания 25 литров

этана? Решение:

25 л Х л

2 C₂H₂ + 70₂

4 CO₂ + 6 H₂O
2моль 7моль

25л · 7моль

X =  = 85,5л

2 моль

При решении задач по химическим уравнениям необходимо соблюдать
определенную последовательность:

Расчет массы веществ

Последовательность действий	Какая масса уксусной кислоты образуется при окислении уксусного альдегида массой 220г?
1. Пишем уравнение реакции	2СНзСНО + 0₂  2 СНзСООН
2. Пишем над формулами заданные и искомые значения. Под формулами этих же соединений массы, рассчитанные исходя из их молярных масс и числа молей (по формуле m = n · M)	220 г Х г 2СНзСНО + 0₂  2 СНзСООН 2 моль·44 г/моль 2 моль·60 г/моль 88г 120г
3. Составляем пропорцию	220 г Х г  =  88 г 120 г
4. Решаем пропорцию	220 г ·120 г  88 г X = 300 г

Расчет объемов при химических реакциях

Последовательность действий	Какой объём хлорметана выделится при взаимодействии метана массой 40г с хлором?
1. Пишем уравнение реакции	СН₄ + Cl₂  CH₃Cl + HCl
2. Пишем над формулами заданные и искомые величины, под формулами этих же соединений, их массовые и объемные количества, рассчитанные исходя из их молярных масс, молярных объемов и числа молей.	40г х_л СН₄ + Cl₂ CH₃Cl + HCl 16г 22,4л 16г/моль·1моль 22,4л/моль·1моль
3. Составляем пропорцию	40г/16г = Хл/22,4л
4. Решаем пропорцию	V = 40г · 22,4л/16г V = 56л

Вычисление массы продукта реакции по известному количеству исходных веществ с учетом его практического выхода

Выход продукта реакции (или массовая доля выхода) –это выраженное в процентах отношение массы реально полученного продукта к его массе, которая должна образоваться в соответствии с теоретическим расчётом, т. е.

m_p (X)100%

=

m (X)

где:  -выход продукта,%;

m_p (X) – масса продукта Х, полученного в реальном процессе;

m (X) – рассчитанная масса вещества Х.

ПРИМЕР I: Какая масса этилового спирта образуется при гидратации

600 кг этилена, если выход спирта составляет в массовых долях 90 % от теоретически возможного?

Решение: 1. Напишем уравнение реакции и определяем выход этилового спирта (теоретический).

600 кг Х кг
CH₂ = CH₂ + НОН — СНз – СН₂ОН

28 кг 46 кг
m = n·M

600 кг/28кг = х/46кг

х = 600кг · 46кг/28кг = 985кг

2. Определяем массу практического выхода продукта.

985 кг - 100 %
х кг - 90% х = 985кг · 90% / 100% = 886,5 кг

Ответ: 886,5 кг

Эту задачу можно решить также используя количество вещества:

1. 1. Напишем уравнение реакции :

21,43 моль Х моль
CH₂ = CH₂ + НОН — СНз – СН₂ОН

1моль 1 моль
2. Определим количество вещества этилена, вступившего в реакцию:

m = n·M

m (С₂Н₄) 600 кг

n (С₂Н₄) = = = 21,43 моль

М (С₂Н₄) 28 кг/моль

Определим количество вещества этилового спирта, полученного в результате реакции :

21,43 моль· 1моль

n (С₂Н₅ОН) = = 21,43 моль

1моль

Определим массу этилового спирта, полученного в результате

Реакции (теоретический выход):

m (С₂Н₅ОН) = n(С₂Н₅ОН) ·M (С₂Н₅ОН) = 21,43 моль· 46 кг/моль =

=985,78 кг

Определим массу этилового спирта, полученного в реальном процессе:

m_p (С₂Н₅ОН)100%

(С₂Н₅ОН) = ————————

m (С₂Н₅ОН)

(С₂Н₅ОН) · m (С₂Н₅ОН) 90% · 985,78 кг

m_p (С₂Н₅ОН) = ——————————— = ———————— = 887,2 кг

100% 100%

Ответ: 887,2 кг

Вычисление массы продукта реакции по известному объему
исходных веществ с учетом его практического выхода

ПРИМЕР 2. Напишите уравнения реакций получения акрилонитрила из
ацетилена. Рассчитайте, сколько можно получить полимера из 448 м³ ацетилена (н.у.), если массовая доля выхода полимера составляет 90 % от теоретически возможного?

Решение: 1. Напишем уравнение реакции получения акрилонитрила, запишем над формулами заданные и искомые значения, под формулами количества и объем, рассчитанные исходя из их молярных масс, молярных объемов и числа молей:

448 м³ х кг

С₂Н₂ + HСN  CH₂ = СH - СN

22,4 м³ 53 кг

V = n ·V_m 1 кмоль · 22,4 м³/кмоль

m = n·M I кмоль • 53 кг/кмоль

Определяем, сколько килограммов образуется акрилонитрила из
448 м³ацетилена теоретически:

448 м³/22,4 м³ = Х кг/53кг
X = 448 м³ · 53кг / 22,4 м³ = 1060кг

3. Напишем уравнение реакции полимеризации акрилонитрила:

1060 кг X кг
n СН₂= СН  (- СН₂ – СН - )_n
| |

СN CN
n∙53 кг n∙53 кг

4. Определим теоретический выход акрилонитрила:

1060кг / n·53кг = Хкг /n· 53кг Х = 1060кг

5. Определим практический выход акрилонитрила:

так как по условию выход полимера 90 %

1060кг · 90% /100% = 954кг

Ответ: 954кг

Вычисление массовой доли выхода (в %) вещества по отношению к
теоретически возможному

При вычислении массовой доли выхода (в %) вещества по отношению к теоретически возможному необходимо соблюдать следующую последовательность:

I. Вычислить теоретический выход вещества (100 %-ный).

2. Вычислить практический выход вещества.

3. Вычислить процент выхода вещества по отношению к теоретически
возможному выходу.

ПРИМЕР 3. В результате окисления 44 г уксусного альдегида было получено 54 г уксусной кислоты. Каков практический выход уксусной кислоты?

Решение: 1. Пишем уравнение реакции и рассчитываем теоретический выход уксусной кислоты.

44 г Хг
2СН₃CHO + O₂  2 CH₃COOH

2 моль•44г/моль 2моль• 60 г/моль
88 г 120 г

44г / 88г = Хг / 120г Х = 44г • 120г / 88г = 60г

2. Рассчитываем процент выхода вещества по отношение к теоретически возможному выходу:

54г / 60г •100% = 90%

Ответ: 90%

Вычисление массы исходных веществ, необходимой для получения

определенного количества продукта

ПРИМЕР 4. Рассчитайте, сколько килограммов бензола потребуется для получения 500 кг этилбензола, если выход его составляет 85 % от теоретически возможного?

Решение: 1. Пишем уравнение реакции и записываем заданные и искомые значения.

Х кг 500кг (85%)
С₆Н₆ + С₂Н₄  С₆Н₅- С₂Н₅

1кмоль•78кг 1кмоль•106кг

78 кг 106 кг

2. Так как расход сырья определяется на теоретический (100%-ный) выход, то необходимо определить, сколько килограммов этилбензола будет составлять 100 %-ный выход.

500кг•100% / 85% = 588,2кг

3. Определяем расход бензола для получения 588,2 кг этилбензола:

Хкг /78кг = 588,2кг / 106кг ; Х = 78кг• 588,2кг / 106кг = 431,88кг

Ответ: 431,88 кг

Вычисление объема исходных веществ для получения определенной массы продукта

ПРИМЕР 5. Сколько кубических метров природного газа (н.у.) потребуется для получения 64,4 кг муравьиной кислоты путем каталитического окисления метана? В природном газе содержится 98 % метана (по объему) ?

Решение: 1. Запишем уравнение реакции и определим объем необходимого метана.

Vм³ 64,4 кг
2 СН₄ + 8 О₂  2 НСООН + 2 H₂O

2кмоль•22.4 м³ /кмоль 2 кмоль •46 кг/кмоль
44,8 м³ 92 кг

V м³ /44,8 м³ = 64,4кг / 92кг ; V = 31,36 м³

2. Определим объём природного газа: так как СН₄ в природном газе содержится 98 %, то его потребуется:

31,36 •100 /98 = 32 м³

Ответ: 32м³

5. ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

О с н о в н а я

1. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. – М.: Химия, 1998

2. Аверина А.В., Снегирёва А.Я. Лабораторный практикум по органической

химии. – М.: Высшая школа, 1983

3. Потапов В.М., Татаринчик С.Н., Аверин А.В. Задачи и упражнения по

органической химии. – М.: Химия, 1989

Д о п о л н и т е л ь н а я

4. Потапов В.М. Органическая химия. - М.: Просвещение, 1993

5. Кан Р., Дермер О. Введение в химическую номенклатуру.– М.: Химия,

1983

6. Астофуров В.И., Бусев А.И. Строение веществ. – М.: Просвещение, 1983.

СОДЕРЖАНИЕ