Расчёты по уравнениям реакций

проведем химическую реакцию...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.

Для химической реакции
aA + bB + … = cC + dD + …
выполняется следующее соотношение:
nA/a = nB/b = … = nC/c = nD/d = …

где nA, nB, nC, nD, … - количества реагентов и продуктов.

Если количество одного из веществ известно (например, nC), то можно рассчитать участвующие в реакции количества остальных веществ (nA, nB, nD, …). От количества реагентов и продуктов можно перейти к их массам:
mA/aMA = mB/bMB = … = mC/cMC = mD/dMD = …

Если масса одного из веществ задана, например mC, 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:
mA/aMA = VB/bVM = … = mC/cMC = VD/dVM = …

Избыток и недостаток реагентов

Часто один из реагентов берётся в избытке, а другой - в недостатке.

Определение реагента, который взят в избытке (например В), проводят по неравенствам:
nA/a < nобщ.B/b = (nB + nизб.B)/b
где nобщ.B - общее (взятое в избытке) количество вещества, nB - стехиометрическое (необходимое для реакции) количество вещества и nизб.B - избыточное (не реагирующее) количество вещества В, причем

nобщ.B = nB + nизб.B

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 nтеор.. Однако в конкретных условиях проведения реакции может случиться так, что продукта образуется меньше, чем ожидалось в соответствии с уравнением реакции (практическое количество nпр.).

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

Практический выход продукта - это доля от единицы или от 100% (теоретического выхода). На практике обычно ηВ меньше 1 (100%).

Массовая доля вещества в смеси. Степень чистоты вещества

Для проведения реакций часто берут не индивидуальные вещества, а их смеси, в том числе и природные - минералы и руды. Содержание каждого вещества в смеси передается его массовой долей.

Массовая доля вещества В (wВ) в смеси - отношение массы этого вещества (mB) к массе смеси (mсмеси):
wВ = mB / mсм

Массовая доля вещества в смеси - это доля от единицы или от 100%. Сумма массовых долей всех веществ смеси равна 1 (100%).

Если одно вещество смеси находится в преобладающем количестве, его называют основным веществом, остальные вещества - примесями, а величину wВ - степенью чистоты основного 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.