Перейти до основного вмісту
Каталог

Задачі за рівнянням реакції з розчинами певної масової частки

~20 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань

Обчислення в хімії
Хімія НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + хімія.

Обчислення маси чи об'єму продукту реакції, коли реагент — розчин із відомою масовою часткою. Також знаходження маси розчину, потрібного для реакції, і маси розчину після реакції з урахуванням газу чи осаду.

Розчин у реакції: маса розчиненої речовини

Коли в задачі сказано, що реагент узято у вигляді розчину з певною масовою часткою, у хімічне рівняння можна підставляти лише масу розчиненої речовини, а не масу всього розчину. Вода й інші нереагуючі компоненти розчину в рівнянні не беруть участі. Тому перший крок — завжди обчислити масу розчиненої речовини.

Формули для переходу

Якщо відома маса розчину m(р) і масова частка w, то масу розчиненої речовини m(в) знаходять за формулою:

Якщо ж у задачі задано об'єм розчину V і його густину ρ, спочатку обчислюють масу розчину:

а вже потім — масу розчиненої речовини за тією самою формулою.

Як далі вести розрахунок

Після того як знайдено масу розчиненої речовини, її переводять у кількість речовини n = m / M. Далі за рівнянням реакції через коефіцієнти знаходять кількість потрібного продукту або іншого реагенту, а потім — масу чи об'єм (для газів — V = n · 22,4 л/моль за н. у.).

Важливо: вода, в якій розчинено реагент, у рівняння не входить. Виняток — коли вода сама є учасником реакції (наприклад, гідроліз, гідратація).

Приклад 1: натрій гідроксид

У 100 г 20 % розчину NaOH масова частка лугу становить 0,20. Отже:

Цю кількість речовини (0,5 моль) далі використовують у рівнянні реакції, наприклад, із хлоридною кислотою: NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Коефіцієнти 1:1, тому й HCl потрібно 0,5 моль.

Приклад 2: сульфатна кислота і цинк

Розглянемо реакцію цинку з розчином сульфатної кислоти:

Маємо 196 г 10 % розчину H₂SO₄. Обчислюємо:

За рівнянням з 1 моль H₂SO₄ утворюється 1 моль H₂. Отже, n(H₂) = 0,2 моль. Об'єм водню за нормальних умов:

Зверни увагу: маса всього розчину (196 г) у рівнянні не фігурувала — ми працювали лише з масою чистої H₂SO₄.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Осад і газ у реакціях розчинів

У задачах на розчини часто розчин однієї речовини взаємодіє з розчином іншої, і в результаті утворюється нерозчинна сполука (осад) або виділяється газ. Осад випадає, якщо продукт реакції є нерозчинним згідно з таблицею розчинності. Газ виділяється, якщо утворюється летка сполука (CO₂, H₂, NH₃ тощо).

Приклад 1: осад барій сульфату

Розглянемо реакцію між барій нітратом і сульфатною кислотою:

За таблицею розчинності BaSO₄ — нерозчинна сіль, тому вона випадає в осад. Маємо 261 г 10 % розчину Ba(NO₃)₂. Обчислюємо:

В умові сказано «надлишок сульфатної кислоти», тому розрахунок ведемо за барій нітратом. За рівнянням з 1 моль Ba(NO₃)₂ утворюється 1 моль BaSO₄. Отже, n(BaSO₄) = 0,1 моль.

Отже, маса осаду барій сульфату становить 23,3 г.

Приклад 2: вуглекислий газ із натрій карбонату

Розглянемо реакцію натрій карбонату із сульфатною кислотою:

Маємо 50 г 10,6 % розчину Na₂CO₃. Обчислюємо:

Кислота в надлишку, тому рахуємо за натрій карбонатом. За рівнянням з 1 моль Na₂CO₃ утворюється 1 моль CO₂. Отже, n(CO₂) = 0,05 моль. Об'єм вуглекислого газу за нормальних умов:

Правило нестачі

Якщо в умові не сказано, що один реагент узято в надлишку, спочатку визначають, якої речовини менше за кількістю (з урахуванням коефіцієнтів). Осад чи газ рахують за реагентом, який у нестачі. Якщо ж в умові прямо зазначено «надлишок кислоти» або «надлишок лугу», розрахунок ведуть за іншою речовиною.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Маса розчину, потрібного для реакції, і маса розчину після реакції

У цьому розділі розглянемо два типи задач: коли потрібно знайти масу розчину реагенту, необхідного для реакції, і коли потрібно обчислити масу розчину після завершення реакції.

Зворотна задача: маса розчину, потрібного для реакції

Іноді в задачі відома маса чистої речовини, яка має прореагувати, але реагент дано у вигляді розчину певної концентрації. Тоді масу розчину знаходять за формулою:

Розглянемо приклад. Скільки грамів 20 % розчину NaOH потрібно для нейтралізації 9,8 г H₂SO₄?

Рівняння реакції:

Крок 1. Знаходимо кількість сульфатної кислоти:

Крок 2. За рівнянням на 1 моль H₂SO₄ потрібно 2 моль NaOH. Отже:

Крок 3. Маса чистого NaOH:

Крок 4. Маса 20 % розчину, що містить 8 г NaOH:

Отже, для нейтралізації 9,8 г H₂SO₄ потрібно 40 г 20 % розчину NaOH.

Маса розчину після реакції

Коли два розчини змішують і відбувається реакція, маса кінцевого розчину не дорівнює простій сумі мас вихідних розчинів, якщо з реакційної суміші виділяється газ або випадає осад. Формула:

Вода й продукти, що лишились у розчині, входять у нову масу.

Приклад: до 50 г розчину Na₂CO₃ додали 100 г розчину H₂SO₄. У результаті виділилося 0,05 моль CO₂, що відповідає масі:

Маса розчину після реакції:

Якщо в задачі потрібно знайти масову частку речовини в кінцевому розчині, використовують формулу:

Важливо пам'ятати: якщо утворюється осад, його масу також віднімають від загальної маси розчину, оскільки осад більше не є частиною розчину.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

У цьому розділі розберемо чотири типові задачі НМТ, які охоплюють усі ключові ситуації: обчислення маси осаду, об'єму газу, маси розчину, потрібного для реакції, і маси розчину після реакції.

Приклад 1. Маса осаду BaSO₄

Задача: Обчисліть масу осаду, що утвориться під час дії надлишку сульфатної кислоти на 261 г 10 % розчину барій нітрату Ba(NO₃)₂. Відповідь дайте у грамах.

Розв'язання:

  • Рівняння: Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HNO₃

  • m(Ba(NO₃)₂) = 261 г · 0,10 = 26,1 г

  • M(Ba(NO₃)₂) = 261 г/моль

  • n(Ba(NO₃)₂) = 26,1 г / 261 г/моль = 0,1 моль

  • Кислота в надлишку → рахуємо за Ba(NO₃)₂. За рівнянням n(BaSO₄) = n(Ba(NO₃)₂) = 0,1 моль.

  • M(BaSO₄) = 233 г/моль

  • m(BaSO₄) = 0,1 моль · 233 г/моль = 23,3 г

Відповідь: 23,3 г.

Типова помилка: підставити в рівняння масу розчину 261 г замість 26,1 г. Тоді n(Ba(NO₃)₂) = 261 / 261 = 1 моль, і маса осаду вийшла б 233 г — це неправильно, бо в реакцію вступає лише розчинена речовина.

Приклад 2. Об'єм CO₂

Задача: Обчисліть об'єм вуглекислого газу (н. у.), що виділиться під час дії надлишку сульфатної кислоти на 50 г 10,6 % розчину натрій карбонату Na₂CO₃. Відповідь дайте у літрах.

Розв'язання:

  • Рівняння: Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

  • m(Na₂CO₃) = 50 г · 0,106 = 5,3 г

  • M(Na₂CO₃) = 106 г/моль

  • n(Na₂CO₃) = 5,3 г / 106 г/моль = 0,05 моль

  • Кислота в надлишку → рахуємо за Na₂CO₃. За рівнянням n(CO₂) = n(Na₂CO₃) = 0,05 моль.

  • V(CO₂) = 0,05 моль · 22,4 л/моль = 1,12 л

Відповідь: 1,12 л.

Типова помилка: не перевести масову частку 10,6 % у десятковий дріб 0,106, а взяти 0,106 як 10,6 — тоді m(Na₂CO₃) = 50 · 10,6 = 530 г, що абсурдно.

Приклад 3. Маса розчину NaOH для нейтралізації

Задача: Обчисліть масу 20 % розчину натрій гідроксиду NaOH, необхідного для нейтралізації 9,8 г сульфатної кислоти H₂SO₄. Відповідь дайте у грамах.

Розв'язання:

  • Рівняння: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

  • n(H₂SO₄) = 9,8 г / 98 г/моль = 0,1 моль

  • За рівнянням n(NaOH) = 2 · n(H₂SO₄) = 0,2 моль

  • m(NaOH) = 0,2 моль · 40 г/моль = 8 г

  • m(р) = m(NaOH) / w = 8 г / 0,20 = 40 г

Відповідь: 40 г.

Типова помилка: знайти масу чистого NaOH (8 г) і записати її як відповідь, забувши перейти до маси розчину через ділення на масову частку.

Приклад 4. Маса розчину після реакції

Задача: До 50 г розчину натрій карбонату додали 100 г розчину сульфатної кислоти. У результаті реакції виділилося 0,05 моль вуглекислого газу. Обчисліть масу розчину після реакції. Відповідь дайте у грамах.

Розв'язання:

  • m(CO₂) = 0,05 моль · 44 г/моль = 2,2 г

  • m(р, поч.) = 50 г + 100 г = 150 г

  • m(р, кін.) = 150 г − 2,2 г = 147,8 г

Відповідь: 147,8 г.

Типова помилка: не відняти масу газу, тобто записати 150 г. Газ виходить із розчину, тому його маса не входить до маси кінцевого розчину.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

  • Підставляти в рівняння масу розчину замість маси розчиненої речовини. Найпоширеніша помилка: у рівняння записують 261 г розчину Ba(NO₃)₂ замість 26,1 г чистої речовини. Завжди спочатку обчислюй m(в) = m(р)·w.

  • Не віднімати масу газу чи осаду від маси розчину після реакції. Газ виходить із суміші, осад випадає — їхня маса не входить до маси кінцевого розчину. Формула: m(р, кін.) = Σ m(р, поч.) − m(газу) − m(осаду).

  • Не враховувати, що в реакцію вступає лише розчинена речовина, а не вода. Вода — лише середовище, вона не бере участі в реакції (крім випадків, коли вода є реагентом, як-от гідроліз).

  • Рахувати осад чи газ за надлишком, а не за нестачею. Якщо в умові не сказано «надлишок», спочатку визнач, якого реагенту менше (з урахуванням коефіцієнтів), і веди розрахунок за ним.

  • Плутати масу розчину й масу речовини у формулі w. Масова частка w — це відношення маси розчиненої речовини до маси всього розчину. Не переставляй їх місцями: m(в) = m(р)·w, а m(р) = m(в)/w.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тема 4.3 програми НМТ з хімії вимагає вміння обчислювати за рівняннями реакцій, коли реагент узято у вигляді розчину з певною масовою часткою. У демонстраційному варіанті НМТ 2026 року із цієї теми представлено завдання 23 і 24. Кожне з них оцінюють у 0 або 2 бали (без часткових балів).

Що можна використовувати під час тесту

Під час НМТ ти отримуєш довідкові матеріали, які містять таблицю розчинності (за нею визначають, чи випадає осад) і ряд активності металів. Формули для розрахунків у довідці немає — їх треба знати напам'ять. Відносні атомні маси Ar округлюють до одиниць.

Обмеження комбінованих задач

Програма НМТ обмежує комбіновані задачі не більше ніж двома алгоритмами. Поєднання «розчин і рівняння» — одна з можливих пар алгоритмів. Наприклад, спочатку знайти масу речовини в розчині, а потім за рівнянням — об'єм газу. Або спочатку за рівнянням знайти масу речовини, а потім — масу розчину, який її містить.

Стратегія розв'язування

Рекомендую вести розрахунок у три рядки:

  • m(в) — маса розчиненої речовини (з формули m(в) = m(р)·w або m(р) = V·ρ)

  • n — кількість речовини (n = m/M)

  • шукана величина — маса продукту, об'єм газу або маса розчину

Масу розчину після реакції обчислюють окремо, після основного розрахунку, за формулою m(р, кін.) = Σ m(р, поч.) − m(газу) − m(осаду).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому в рівнянні рахують масу розчиненої речовини, а не розчину?

У хімічне рівняння можна підставляти лише кількість речовини (у молях), а не масу. Масу розчину не можна перевести в молі безпосередньо, тому що розчин містить і воду, і розчинену речовину. Спочатку з розчину виділяють масу чистої розчиненої речовини за формулою m(в) = m(р)·w, потім переводять її в молі, і лише тоді працюють із рівнянням. Вода в рівнянні не фігурує, бо вона не бере участі в реакції (за винятком гідролізу чи гідратації).

Як знайти масу розчину після реакції з газом?

Спочатку додай маси всіх вихідних розчинів. Потім обчисли масу газу, що виділився (n · M), і відніми її від суми. Якщо утворився ще й осад, відніми також масу осаду. Формула: m(р, кін.) = Σ m(р, поч.) − m(газу) − m(осаду). Вода й розчинені продукти, що лишились у розчині, входять у кінцеву масу.

Що робити, якщо об'єм розчину задано, а не масу?

Якщо задано об'єм розчину V і його густину ρ, спочатку обчисли масу розчину: m(р) = V · ρ. Далі — за звичайною формулою: m(в) = m(р) · w. Потім переведи масу речовини в молі й працюй за рівнянням. Густину розчину дають в умові задачі.

Як визначити, що випаде осад?

Осад випадає, якщо продукт реакції є нерозчинним у воді. Під час НМТ ти маєш довідкову таблицю розчинності, за якою можна визначити, чи розчинна сіль. Наприклад, BaSO₄ — нерозчинний (позначка «Н» у таблиці), тому він випадає в осад. Na₂SO₄ — розчинний, тому в розчині залишається.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

Цей розділ містить ключові формули й правила, які потрібно запам'ятати й застосовувати під час розв'язування задач на НМТ.

  • m(в) = m(р)·w — маса розчиненої речовини дорівнює добутку маси розчину на масову частку.

  • m(р) = V·ρ — якщо розчин задано об'ємом, спочатку обчислюють його масу через густину.

  • У хімічну реакцію вступає лише розчинена речовина, а не вода чи інші нереагуючі компоненти розчину.

  • m(р, кін.) = Σ m(р, поч.) − m(газу) − m(осаду) — маса розчину після реакції менша за суму мас вихідних розчинів на масу газу чи осаду, що вийшли з розчину.

  • Осад визначають за таблицею розчинності: якщо продукт реакції має позначку «Н» (нерозчинний), він випадає в осад.

  • Якщо в умові не сказано «надлишок», спочатку визначають реагент у нестачі й за ним ведуть розрахунок.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.