Что означает избыток в химии

Что означает избыток в химии

Ключевые слова конспекта: расчет массы, объема продукта реакции, если одно из реагирующих веществ дано в избытке; решение задач, когда одно из веществ в избытке.

Вещества реагируют друг с другом в строго определенных количествах. Однако исходные вещества для проведения реакции могут быть взяты в любых количествах. Таким образом, одно из реагирующих веществ может оказаться в избытке, а другое — в недостатке. В этом случае необходимо определить, какое из реагирующих веществ находится в избытке, а какое — в недостатке, и дальнейшие расчеты производить по веществу, находящемуся в недостатке. Это обусловлено тем, что вещество, находящееся в недостатке, прореагирует полностью, таким образом, количество вещества данного реагента нам будет точно известно.

Для того чтобы определить, какое из реагирующих веществ находится в избытке, а какое — в недостатке, необходимо вычислить количества вещества реагентов и сравнить их. Если количества вещества реагентов, участвующих в химической реакции, одинаковы, то в избытке будет то вещество, количество которого больше в соответствии с условиями задачи. Например, если в реакцию, уравнение которой Н₂ + Сl₂ = 2НСl, взять 0,2 моль водорода и 0,15 моль хлора, то в избытке будет водород, а в недостатке — хлор, так как v(H₂) > v(Cl₂). Расчет количества образовавшегося водорода в этом случае следует вести по количеству вещества хлора.

Если же вещества реагируют в неравных количествах, то для расчета избытка и недостатка следует учитывать коэффициенты в уравнении реакции. Например, для реакции, уравнение которой 2Н₂ + O₂ = 2Н₂O, отношение количества веществ водорода и кислорода, реагирующих друг с другом, имеет следующий вид:

При использовании количеств веществ, соответствующих условию задачи, это выражение превращается в неравенство, которое и показывает, какое из веществ взято в реакции в избытке. Например, если в рассматриваемой реакции использовать 0,2 моль водорода и 0,15 моль кислорода, в недостатке будет водород, несмотря на то что количество вещества его больше. Это следует из соотношения: 1 • v(H₂) Особые трудности возникают в тех случаях, когда в зависимости от того, какой из реагентов в избытке, образуются различные продукты реакции. Например, если углекислый газ взаимодействует с избытком гидроксида кальция, образуется средняя соль — карбонат кальция:
Са(ОН)₂ + СO₂ = CaCO₃ ↓ + Н₂O.

Если же в избытке углекислый газ, то в результате реакции образуется кислая соль — гидрокарбонат кальция:
Са(ОН)₂ + 2СO₂ = Са(НСO₃)₂.

Поэтому в ряде случаев определение избытка и недостатка следует проводить еще до составления уравнения химической реакции.

В некоторых случаях вещество, взятое в избытке, взаимодействует с одним из продуктов реакции, например при восстановлении магнием оксида кремния (IV) по реакции:

взятый в избытке магний будет взаимодействовать с образовавшимся кремнием:

0,05 моль ПО НЕДОСТАТКУ

Почему по недостатку? Это аналогично вопросу — «сколько целых яблок можно сложить из 5 половинок? «

4. Вычисляем массу продукта по количеству моль, соответствующему недостатку:

0,05 моль ——> 0,05 моль

m(Hg)= n*Ar = 0,05 моль * 200 г\моль = 10 г

______________________________________________________________________________________

Пример задачи на избыток и недостаток,

где вещества в другом соотношении:

те же самые этапы решения:

1. Записываем уравнение реакции и уравниваем его:

2. Находим количество моль тех веществ, массы которых нам даны в условии:

n(N₂ ) = m\Mr = 14\28=0.5 моль

3. Сравниваем количество моль веществ и определяем недостаток:

в этом уравнении все не так очевидно, как в предыдущем, поэтому нужно просто прикинуть:

4. Вычисляем массу продукта по количеству моль, соответствующему недостатку:

m(N₂O₅) = n*Mr = 2* 0.5\5 моль * 108 г\моль = 21 г

______________________________________________________________________________________

Есть задачи, очень похожие на задачи избыток-недостаток,

1. Записываем уравнение реакции и уравниваем его:

здесь у нас возможно 2 варианта — образование средней и кислой соли:

2. Находим количество моль тех веществ, массы которых нам даны в условии:

n(CO₂ ) = V\22.4 л\моль = 24.9 \ 22.4 = 1,11 моль

n(NaOH)= m\Mr = 44.4\40 = 1,11 моль

т.к. количество моль веществ одинаково, то делаем вывод, что реакция протекает по схеме образования кислой соли:

4. Вычисляем массу продукта по количеству моль:

m ( NaHCO₃) = n*Mr = 1,11 * 84 = 93,24 г

_____________________________________________________________________________________ _

Задачи на избыток и недостаток не трудные, зачастую они являются частью более сложных задач, поэтому все, что нужно сделать, это натренироваться — порешать как можно больше таких примеров, внимательно уравнивая и работая с коэффициентами.

Источник

Методика решения задач
на «избыток–недостаток»
в курсе основной
общеобразовательной школы

Умение решать химические задачи – важная составляющая знаний по предмету. Согласно государственному стандарту образования по химии учащиеся, оканчивающие школу, должны уметь решать более десятка типов стандартных задач. Среди них и задачи на «избыток–недостаток».
Предлагаю свой вариант подачи материала по решению таких задач в курсе химии 9-го класса.
На изучение этой темы отвожу 2–2,5 урока, в зависимости от уровня способностей учеников класса. Ознакомление с алгоритмом решения задач данного типа происходит в рамках изучения темы «Теория электролитической диссоциации». Однако если класс сильный, то в рамках эксперимента этот тип задач иногда изучаем и в конце 8-го класса в главе «Галогены», а высвободившееся время можно потратить на изучение органической химии в курсе 9-го класса.
На первом уроке разбираю два типа задач на «избыток–недостаток»:
одно из двух вступивших в реакцию веществ дано в избытке;
оба вступивших в реакцию вещества расходуются на взаимодействие друг с другом без остатка, т. е. даны в стехиометрических количествах.
В качестве домашнего задания обязательно предлагаются две-три задачи, подобные изученным на уроке.
На втором уроке закрепляю и углубляю изученный материал, ввожу понятия «процентная концентрация растворов веществ», вступивших в реакцию, «плотность растворов». Кроме того, усложняю задачи, вводя «процентное содержание примесей в исходном веществе» и т. д. Такой прием позволяет повторить элементы уже изученного материала, сэкономить время. В конце второго урока изучения темы или в начале третьего провожу небольшую самостоятельную работу на закрепление изученного материала, включающую одну-две задачи, причем самостоятельная работа предлагается в трех уровнях сложности, в зависимости от способностей ученика.

Урок 1

Решение задач на «избыток–недостаток»

ХОД УРОКА

Рассмотрим вариант, когда одно из вступивших в реакцию веществ дано в избытке, другое – в недостатке.
Решая химические задачи, следует не забывать о правилах их грамотного оформления по схеме: дано, найти, решение, ответ.

ЗАДАЧА 1. На 47 г оксида калия подействовали раствором, содержащим 40 г азотной кислоты. Найдите массу образовавшегося нитрата калия.

Решение

Рассчитаем относительные молекулярные массы интересующих нас веществ:

Для удобства расчета за х₁ примем массу НNО₃ и найдем, какое из веществ, вступивших в реакцию, дано в избытке, какое – в недостатке.

Следовательно, азотная кислота дана в недостатке, т. к. по условию ее 40 г, а по расчету необходимо 63 г, поэтому расчет ведем по HNO₃:

ЗАДАЧА 2. На 24 г металлического магния подействовали 100 г 30%-го раствора соляной кислоты. Найдите массу образовавшегося хлорида магния.

m(Mg) = 24 г,
m(р-р HCl) = 100 г,
(HCl) = 30%.

Решение

Рассчитаем относительные молекулярные массы интересующих нас веществ:

Для удобства расчета за х₁ примем массу соляной кислоты и найдем, какое из веществ, вступивших в реакцию, дано в избытке, какое – в недостатке.

Из расчета видно, что соляная кислота дана в недостатке, т. к. по условию задачи ее дано 30 г, а для реакции требуется 73 г. Следовательно, расчет ведем по соляной кислоте:

Рассмотрим вариант, когда оба вступивших в реакцию вещества даны в стехиометрических количествах, т. е. реагируют друг с другом без остатка.

ЗАДАЧА 1. На 36 г алюминия подействовали 64 г серы. Найдите массу образовавшегося сульфида алюминия.

Решение

Примем массу Al за х₁ и найдем, какое из веществ, вступивших в реакцию, дано в избытке, какое – в недостатке.

В данном случае вещества, вступившие в реакцию, взяты в стехиометрических количествах, поэтому расчет можно вести по любому из них:

ЗАДАЧА 2. На раствор, содержащий 53 г карбоната натрия, подействовали раствором, содержащим 49 г серной кислоты. Найдите массу образовавшейся соли.

Решение

Рассчитаем относительные молекулярные массы интересующих нас веществ:

Примем за х₁ массу cерной кислоты, чтобы узнать, какое вещество дано в избытке, какое – в недостатке.

В данном случае оба вещества взяты в стехиометрических количествах, поэтому расчет можно вести по любому из них:

Однако учитель, подбирая задачи для решения в классе, должен помнить, что в некоторых случаях (например, если кислота или кислотный оксид дан в избытке) решение задачи не ограничивается расчетом двух пропорций, т. к. реакция будет протекать дальше с образованием кислой соли. Это повысит сложность материала. На первых уроках при решении задач данного типа я не включаю в материал задачи на прохождение реакций с образованием кислых или основных солей.

Домашнее задание

ЗАДАЧА 1. На 200 г 10%-го раствора серной кислоты подействовали 40 г оксида алюминия. Найдите массу образовавшейся воды.

M(р-р H₂SO₄) = 200 г,
(H₂SO₄) = 10%,
m(Al₂O₃) = 40 г.

Решение

Рассчитаем относительные молекулярные массы интересующих нас веществ:

Найдем, какое из вступивших в реакцию веществ дано в избытке, а какое – в недостатке.

Из расчета видно, что Al₂O₃ дан в избытке, следовательно, расчет ведем по кислоте:

ЗАДАЧА 2. На 40 г оксида меди(II) подействовали раствором серной кислоты, содержащим 49 г безводного вещества. Найдите массу образовавшейся соли.

Решение

Найдем, какое из веществ, вступивших в реакцию, дано в избытке, а какое – в недостатке.

Cогласно уравнению данной реакции вещества взяты в стехиометрических количествах, поэтому расчет можно вести по любому из них:

Источник

Задачи на определение избытка-недостатка в реакциях нейтрализации

Составляем пропорцию:
20 г НС1 реагируют без остатка с x: г КОН (по условию)
36,5 г НС1 реагируют без остатка с 56 г КОН (по уравнению)

Ответ: 30,7 г КОН потребуется для полной нейтрализации раствора, содержащего 20 г НС1.

Задача 2.
Представим себе ситуацию, когда мы вместо 30,7 г КОН добавили недостаточное его количество, например, 25г. Тогда часть НС1 прореагирует с КОН, а часть останется. В этом случае КОН будет в недостатке, а НС1 — в избытке. Посмотрим, какие вещества и в каких количествах будут находиться в растворе после реакции, если к раствору, содержащему 20 г НС1 добавить недостаточное для полной нейтрализации количество КОН, например, 25 г.
Дано: масса хлороводорода: m(НС1) = 20 г;
масса гидроксида калия: m(КОН) = 25 г.
Найти: Массы всех веществ в растворе после реакции.
Решение:
Так как КОН взят в недостатке, он израсходуется весь в химической реакции. Количество НС1, по отношению к количеству КОН, находится в избытке, следовательно, часть хлороводорода останется после реакции. Кроме того, в процессе химической реакции образуется соль КСl, которая тоже будет содержаться в растворе. Образующаяся вода разбавит имеющийся раствор.

Итак, качественный состав раствора после реакции мы установили:
1) избыточная хлороводородная кислота (НС1);
2) образующаяся соль КС1;
3) вода в виде растворителя.

Определим массы НС1 и КС1 в конечном растворе. Массу КС1 легко определить путем расчета по химической реакции.

Массу оставшейся НС1 можно найти по разности:

m(HCl)_{оставшейся после р-ции} = m(HCl)_исх. – m(HCl)_{израсходованной в р-ци}

Массу израсходованной НС1 также необходимо найти по уравнению реакции.

В задачах на избыток-недостаток расчет по уравнению реакции всегда ведут по веществу, взятому в недостатке. Вещество, взятое в недостатке, всегда в реакции расходуется полностью. А вещество, взятое в избытке, расходуется лишь частично, и какая часть его участвует в химической реакции нам неизвестно. Поэтому вести расчет по веществу, взятому в избытке, невозможно.

В данном случае в недостатке у нас КОН. По нему и ведем расчет образовавшейся соли КС1 и расходовавшейся НС1:

Найдем массу образовавшейся соли КС1. Для этого составим пропорцию:
25 г КОН дают у г КС1 (по условию)
56 г КОН дают 74,5 г КС1 (по уравнению)

Находим массу НС1, которая расходовалась в реакции. Для этого составим пропорцию:
х г НС1 расходуется на 25 г КОН (по условию)
36,5 г НС1 расходуется на 56 г КОН (по уравнению)

Теперь мы можем определить массу НС1, которая осталась неизрасходованной:

m(НС1)_{осталось послс р-ции} = m(НС1)_исх. – m(НС1)_{расх. в р-ции} = 20 – 16,3 = 3,7 г.

Итак, в результате добавления 25 г КОН к раствору, содержащему 20 г НС1, образовалось 33,3 г КС1 и осталось 3,7 г неизрасходованной НС1. Таким образом, в итоге получился раствор двух веществ (КС1 и НС1) в воде.

Ответ: m(KCl) = 33,3 г; m(HCl) = 3,7г.

Задача 3.
Теперь рассмотрим обратную ситуацию, когда к раствору НС1 мы добавили больше КОН, чем это необходимо для полной нейтрализации. В этом случае КОН будет в избытке, а НС1 — в недостатке. Посмотрим, какие вещества и в каких количествах будут находиться в растворе после реакции, если к раствору, содержащему 20 г НС1 добавить избыточное количество КОН, например, 40 г.
Дано:
масса хлороводорода: m(НС1) = 20 г;
масса гидроксида калия: m(КОН) = 40 г.
Найти: Массы всех веществ в растворе после реакции.
Решение:
КОН взят в избытке, следовательно, НС1 находится в недостатке. НС1 в реакции израсходуется весь, а КОН частично израсходуется и частично останется. В результате реакции образуется соль КС1. Образующаяся вода разбавит имеющийся раствор. Следовательно, качественный состав раствора после реакции будет следующим:
1. Избыточный гидроксид калия (КОН);
2. Образующаяся соль КС1;
3. Вода в виде растворителя.

Массу образовавшейся соли КС1 можно определить путем расчета по химической реакции, а массу оставшегося КОН по разности:

m(КОН)_{оставшийся после р-и}и = m(КОН)_исх – m(КОН)_{расход в р-ии}

Массу расходовавшегося КОН можно определить по уравнению реакции.

Напомним, что в задачах на избыток-недостаток расчет по уравнению реакции всегда ведут по веществу, взятому в недостатке. В данном случае по НС1:

Находим массу образовавшейся соли. Для этого составим пропорцию:
20г НС1 даютуг x г КСl _{(по условию)}
36,5г НС1 дают 74,5 г КС1 _{(по уравнению)}

Находим массу расходовавшегося КОН. Для этого составим пропорцию:
20 г НС1 расходуется на х г КОН _{(по условию)}
36,5 г НС1 расходуется на 56 г КОН _{(по уравнению)}

Теперь мы можем определить массу КОН, который остался неизрасходованным:

Итак, в результате добавления 40 г КОН к раствору, содержащему 20 г НС1, образовалось 40,8 г КС1 и осталось 9,3 г неизрасходованного КОН. Таким образом, получился раствор двух веществ (КС1 и КОН) в воде.

Комментарии:
1 В условиях задач на определение избытка-недосатка не указывается, какое вещество в избытке, а какое в недостатке. Более того, в условии нет прямого указания на то, что это задача на избыток-недостаток. Поэтому, в первую очередь, перед нами стоит два вопроса:
1. Как отличить задачу на избыток-недостаток от всех остальных задач?
2. Как определить, какое вещество взято в избытке?

Источник

Что означает избыток в химии

Уравнение химической реакции, например:
1Al(OH)₃ + 3HCl = 1AlCl₃ + 3H₂O
показывает количественное отношение между прореагировавшими без остатка реагентами и образовавшимися продуктами:
а) 1 моль гидроксида алюминия Al(OH)₃ реагирует полностью с 3 моль хлороводорода HCl;
б) из 1 моль Al(OH)₃ и 3 моль HCl образуется 1 моль хлорида алюминия AlCl₃ и 3 моль воды H₂O.

На основе правильно составленных уравнений реакций можно вести расчёт количества и массы реагентов и продуктов, если задано количество (или масса) одного из веществ в реакции.

Если масса одного из веществ задана, например m_C, то можно рассчитать массы остальных веществ в данной реакции. Для газообразных веществ чаще определяют не массы, а объёмы. Так, для реакции
aA + bB(г) + … = cC + dD(г) + …
объемы газообразных веществ B и D рассчитываются по уравнению:
m_A/aM_A = V_B/bV_M = … = m_C/cM_C = V_D/dV_M = …

Избыток и недостаток реагентов

Избыточное количество реагента В реагировать не будет, поэтому расчет получаемых количеств продуктов необходимо вести только по количеству реагента, который взят в недостатке.

Практический выход продукта

Количество продукта реакции, которое получается в соответствии с расчетом по уравнению реакции, называется теоретическим количеством n_теор.. Однако в конкретных условиях проведения реакции может случиться так, что продукта образуется меньше, чем ожидалось в соответствии с уравнением реакции (практическое количество n_пр.).

Отношение практического количества продукта В (полученного реально) к теоретическому (рассчитанному по уравнению реакции) называется практическим выходом продукта и обозначается η_В:
η_В = n_пр.В / n_теор.В
(аналогичные выражения существуют для массы или объёма газообразного продукта).

Массовая доля вещества в смеси. Степень чистоты вещества

Например, известняк (природный карбонат кальция) может содержать 82% CaCO₃. Другими словами, степень чистоты известняка по CaCO₃ равна 82%. Остальное (18%) приходится на различные примеси (песок, глина и др.)

Примеси всегда содержатся в природных соединениях (полезные ископаемые, руды, минералы, горные породы) и в продуктах промышленного производства.

Степень очистки химических реагентов может быть разной, качественно (по уменьшению процентного содержания примесей) различают реактивы «технические«, «чистые«, «чистые для анализа«, «химически чистые» и «особо чистые«.

Так, «химически чистая» серная кислота содержит 99,999% основного вещества и только 0,001% примесей.

Источник