Задание: Придумать реакцию на избыток-недостаток и решить в тетради.
Выбор реакции:
Возьмем реакцию взаимодействия оксида меди(II) с водородом при нагревании. Это классическая реакция, где можно легко рассчитать избыток/недостаток.
Уравнение реакции:
\[\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{Cu} + \mathrm{H_2O}\]Условие задачи:
К 24 г оксида меди(II) добавили 2,24 л водорода (н.у.). Определите массу образовавшейся меди и объем оставшегося в избытке реагента.
Решение:
1. Запишем уравнение реакции:
\[\mathrm{CuO} + \mathrm{H_2} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{Cu} + \mathrm{H_2O}\]2. Найдем молярные массы веществ:
Молярная масса оксида меди(II) (\(\mathrm{CuO}\)):
\[M(\mathrm{CuO}) = A_r(\mathrm{Cu}) + A_r(\mathrm{O}) = 64 + 16 = 80 \text{ г/моль}\]Молярная масса водорода (\(\mathrm{H_2}\)):
\[M(\mathrm{H_2}) = 2 \cdot A_r(\mathrm{H}) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}\]Молярная масса меди (\(\mathrm{Cu}\)):
\[M(\mathrm{Cu}) = A_r(\mathrm{Cu}) = 64 \text{ г/моль}\]3. Найдем количество вещества исходных реагентов:
Количество вещества оксида меди(II) (\(\mathrm{CuO}\)):
\[n(\mathrm{CuO}) = \frac{m(\mathrm{CuO})}{M(\mathrm{CuO})} = \frac{24 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}\]Количество вещества водорода (\(\mathrm{H_2}\)) при нормальных условиях (н.у.):
При н.у. 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.
\[n(\mathrm{H_2}) = \frac{V(\mathrm{H_2})}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}\]4. Определим, какое из веществ находится в избытке, а какое в недостатке:
По уравнению реакции видно, что оксид меди(II) и водород реагируют в мольном соотношении 1:1.
У нас есть 0,3 моль \(\mathrm{CuO}\) и 0,1 моль \(\mathrm{H_2}\).
Так как \(\mathrm{H_2}\) меньше, чем \(\mathrm{CuO}\) (0,1 моль < 0,3 моль), то водород (\(\mathrm{H_2}\)) является реагентом в недостатке, а оксид меди(II) (\(\mathrm{CuO}\)) – в избытке.
Расчеты будем вести по недостатку, то есть по водороду.
5. Найдем количество вещества образовавшейся меди (\(\mathrm{Cu}\)):
По уравнению реакции, 1 моль \(\mathrm{H_2}\) образует 1 моль \(\mathrm{Cu}\).
Следовательно, 0,1 моль \(\mathrm{H_2}\) образует 0,1 моль \(\mathrm{Cu}\).
\[n(\mathrm{Cu}) = n(\mathrm{H_2}) = 0,1 \text{ моль}\]6. Найдем массу образовавшейся меди (\(\mathrm{Cu}\)):
\[m(\mathrm{Cu}) = n(\mathrm{Cu}) \cdot M(\mathrm{Cu}) = 0,1 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 6,4 \text{ г}\]7. Найдем количество вещества оксида меди(II) (\(\mathrm{CuO}\)), вступившего в реакцию:
По уравнению реакции, 1 моль \(\mathrm{H_2}\) реагирует с 1 моль \(\mathrm{CuO}\).
Следовательно, 0,1 моль \(\mathrm{H_2}\) прореагирует с 0,1 моль \(\mathrm{CuO}\).
\[n_{\text{прореаг.}}(\mathrm{CuO}) = n(\mathrm{H_2}) = 0,1 \text{ моль}\]8. Найдем количество вещества оксида меди(II) (\(\mathrm{CuO}\)), оставшегося в избытке:
\[n_{\text{изб.}}(\mathrm{CuO}) = n_{\text{исх.}}(\mathrm{CuO}) - n_{\text{прореаг.}}(\mathrm{CuO}) = 0,3 \text{ моль} - 0,1 \text{ моль} = 0,2 \text{ моль}\]9. Найдем массу оксида меди(II) (\(\mathrm{CuO}\)), оставшегося в избытке:
\[m_{\text{изб.}}(\mathrm{CuO}) = n_{\text{изб.}}(\mathrm{CuO}) \cdot M(\mathrm{CuO}) = 0,2 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 16 \text{ г}\]Ответ:
Масса образовавшейся меди составляет 6,4 г.
В избытке осталось 16 г оксида меди(II).