Обчислення за хімічними формулами і хімічними рівняннями

У поєднанні з рівнянням хімічної реакції моль речовини є дуже зручним інструментом для хімічних розрахунків.

Наприклад, потрібно отримати 100 г сірчаної кислоти H2SO4 з триоксида сірки SO3 по реакції:

SO3 + H2O = H2SO4.

Питається, скільки літрів газоподібного SO3 буде потрібно взяти для цього при н.у.? І скільки води потрібно для реакції? Як тільки ми обчислимо, що 100 г сірчаної кислоти – це 1,02 моль сірчаної кислоти (100 г / 98 г / моль = 1,02 моль H2SO4), відразу стає ясно, що SO3 для реакції потрібно теж 1,02 моль або (1,02 моль • 22,4 л / моль) = 22,85 л.

Води теж буде потрібно 1,02 моль або (1,02 моль • 18 г / моль) = 18,4 г. Якщо помилитися з кількістю води (додати її більше), то вийде не концентрована, а розбавлена сірчана кислота.

Ускладнимо завдання. Припустимо, у лабораторії немає SO3, але є сірка. Скільки сірки і скільки кисню потрібно для отримання тих же 100 г сірчаної кислоти? Рівняння отримання SO3 виглядає дещо складніше:

2 S + 3 O2 = 2 SO3.

Зручніше розділити ліву і праву частину цього рівняння на 2, щоб в правій частині був тільки 1 моль SO3 (як в рівнянні отримання сірчаної кислоти). За рівняння реакції видно, що сірки потрібно теж 1,02 моля або (1,02 моль • 32 г / моль) = 32,6 м. Кисню ж буде потрібно 3/2 • 1,02 моля. Помножимо 1,02 на 3/2 і отримаємо 1,53 моля кисню, що при н.у. становить (1,53 моль • 22,4 л / моль) = 34,27 л газоподібного O2.

Таким чином, за допомогою благаючи хіміки можуть не тільки зважувати на вагах потрібну їм кількість молекул, але і розраховувати необхідні маси реагентів і продуктів в хімічних реакціях, коли до справи залучаються ще й рівняння цих реакцій.

Зробіть трохи складніший, але і більш цікавий розрахунок. Результат його виявиться для вас несподіваним. Чи знаєте ви, що звичайний автомобіль споживає кисню в кілька разів більше, ніж бензину? Причому не за обсягом (це б нас не здивувало), а за вагою!
Давайте перевіримо. Молекулярна формула найбільш якісного бензину – С8Н18. Звичайний бензин являє собою суміш декількох з’єднань, але ми спеціально візьмемо самий хороший (зразковий) бензин, що складається тільки з С8Н18. У двигуні внутрішнього згоряння бензин реагує з киснем повітря О2. При цьому виділяються вуглекислий газ, вода і велика кількість теплової енергії, яку двигун перетворює в механічну.

Рівняння згоряння бензину виглядає так:

2 С8Н18 + 25 О2 = 16 СО2 + 18 Н2О

Зверніть увагу: для згоряння 2 молекул бензину потрібно 25 молекул кисню! Звичайно, молекула бензину важче, але зате більш легких молекул кисню потрібно дуже багато!

Бак легкового автомобіля зазвичай вміщує 40 л бензину Щільність бензину 0,7 кг / л. Отже, в повному баку знаходиться 28 кг бензину. Спробуйте самостійно порахувати, скільки КІЛОГРАМІВ кисню “з’їдає” автомобіль від заправки до заправки.

Результат буде таким: 98244 г або більше 98 кг кисню!

Кисень займає в атмосфері приблизно п’яту частину, тому знищення такого його кількості робить абсолютно непридатним для дихання приблизно 350 кубічних метрів повітря. Але цього мало: автомобіль викинув в атмосферу значну кількість також непридатного для дихання діоксиду вуглецю СО2.

Отже, відповідь вийшов несподіваним, як ми і обіцяли: 98 кг “з’їденого” автомобілем кисню – це за вагою в 3,5 рази більше витраченого бензину (28 кг)! Треба врахувати, що потужні вантажівки і важкі автобуси витрачають кисню набагато більше вже тому, що витрачають більше бензину на кожен кілометр шляху.

Щодня на дороги виїжджають мільйони автомобілів тільки в нашій країні. А скільки піднімається в небо літаків, скільки величезних суднових двигунів на морях і річках не зупиняється ні вдень, ні вночі?

Запаси вільного кисню на нашій планеті поновлюються тільки зеленими рослинами – водоростями, деревами, чагарниками, травами. Мимоволі переймаєшся повагою до цих живим лабораторіям, які щодня трудяться для того, щоб не дати людям і тваринам задихнутися від нестачі кисню.

Люди не збираються відмовлятися від зручностей, пов’язаних з бензиновими двигунами, але в якості плати за цей комфорт необхідно принаймні берегти рослини, ділитися з ними місцем у тій середовищі існування, яку ми разом займаємо.

Посилання на основну публікацію