- •Российский государственный педагогический университет имени а.И. Герцена
- •Основы химического языка
- •Предисловие
- •Оглавление
- •Химический элемент, химическое соединение
- •Химический элемент – символы и названия.
- •Классификация химических элементов.
- •Классификация химических соединений по составу.
- •Систематические и традиционные названия простых веществ.
- •Степень окисления элементов в химических соединениях.
- •Систематические и специальные названия одноэлементных ионов.
- •Систематические и специальные названия бинарных соединений.
- •Функциональная классификация сложных неорганических соединений
- •Оксиды.
- •Гидроксиды – основные (основания), амфотерные, кислотные (оксокислоты).
- •Пероксокислоты.
- •Бескислородные кислоты.
- •Галогенангидриды.
- •Основные положения координационной теории.
- •Номенклатура комплексных соединений.
- •1. Лабораторная работа «Основные классы неорганических соединений». Оксиды
- •Гидроксиды
- •Кислоты
- •Металлокомплексные соединения
- •Количественные характеристики химических элементов и соединений.
- •16 Г ch4 занимают объем 22,4 л
- •22,4 Л ch4 содержат 6,02∙1023 молекул
- •1 Моль h2s занимает объем 22,4 л
- •32 Г o2 занимают объем 22,4 л
- •13.1. Определение простейших и молекулярных формул соединений.
- •Индивидуальное домашнее задание № 1
Металлокомплексные соединения
Опыт 13. (под тягой). Аммиакаты. В две пробирки налить по ~2 мл растворов хлорида никеля(II) и сульфата меди(II). В каждый раствор постепенно добавлять концентрированный раствор аммиака, наблюдая образование осадков и их дальнейшее растворение. Отметить цвет образующихся растворов. Обосновать наблюдения. Назвать комплексы.
Опыт 14. Ацидокомплексы железа. В две пробирки налить по 2 мл раствора хлорида железа(III) и гексацианоферрат(III) калия и добавить раствор роданида калия. Отметить окраску исходных и полученных растворов. В две другие пробирки налить по 2 мл свежеприготовленного раствора сульфата железа(II) и гексацианоферрат (II) калия и добавить к ним раствор гидроксида калия. Отметить образование осадка в одной из пробирок. Обосновать наблюдения. Назвать комплексы железа.
Опыт 15. Аквакомплексы. Несколько кристаллов кристаллогидрата CoCl26H2O поместить в две пробирки и в фарфоровую чашку. В одной пробирке растворить соль в воде, а в другой – концентрированной соляной кислоте. Кристаллы в фарфоровой чашке нагреть в пламени спиртовки. Сравнить окраску соли – в виде кристаллогидрата, в растворах и после прокаливания. Палочкой, смоченной в водном растворе соли, на листе бумаги сделать надпись. Бумагу подогреть над пламенем спиртовки. Что наблюдается? Обосновать наблюдения. Назвать комплексы кобальта.
Количественные характеристики химических элементов и соединений.
Атом – электронейтральная химически неделимая частица, состоящая из положительного заряда ядра (состоящего из протонов и нейтронов) и отрицательно заряженных электронов. Химический элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом атомных ядер. Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов и распространенностью в природе, называются изотопами (например, изотопы калия - 39K, 40K, 41K). Наряду с зарядом ядра Z, важнейшей количественной характеристикой атомов химических элементов является их массовое число A, которое определяется суммой числа протонов Z и нейтронов N:
A = Z + N.
В связи с пренебрежительно малой массой электронов (me/mH = 1/1837), массовое число практически определяет массу атомов. Абсолютные значения масс атомов очень малы, например, масса атома углерода равна 1,99510-26 кг. Поэтому при расчетах традиционно используют относительные величины атомных масс. С 1961 г. за единицу атомной массы принята атомная единица массы (а.е.м.), которая представляет собой 1/12 массы изотопа углерода 12С.
1 а.е.м. = ma (12C) / 12 = 1,99510-26 кг / 12 = 1,663 10-27 кг.
Большинство химических элементов имеют несколько изотопов, различающихся как своими массовыми числами, так и распространенностью в природе. В связи с этим, для характеристики массы химического элемента используется величина его относительной атомной массы Ar, которая равна отношению средней массы атома естественного изотопического состава элемента к 1/12 массы атома углерода 12С. Именно изотопное содержание элементов в природе приводит к дробным значениям относительных атомных масс большинства химических элементов периодической системы (приложение 1).
Аналогично химическим элементам, для массовой характеристики химических соединений используют относительную молекулярную массу Мr вещества, которая определяется величиной отношения массы молекулы естественного изотопического состава вещества к 1/12 массы атома углерода 12С. Очевидно, что относительная молекулярная масса вещества рассчитывается как сумма относительных атомных масс элементов, входящих в его состав:
Мr = ∑ Аr
Так, Мr (HNO3) = (АrH + АrN + 3∙АrO) = (1 + 14 + 3∙16) = 63 а.е.м.
За единицу количества вещества ν в системе СИ принят моль. Моль - это количество вещества, содержащее такое количество структурных элементов вещества (молекул, атомов, ионов, электронов, и других), сколько атомов содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа 12С.
Зная массу одного атома углерода, можно легко определить это число атомов изотопа 12С, содержащихся в 0,012 кг:
NA = 0,012/(1,99510-26) = 6,021023 1/моль.
Число NA, имеющее размерность 1/моль, называется числом (постоянной) Авогадро и показывает число структурных элементов в моле любого вещества. Число Авогадро и количество вещества связаны следующим соотношением:
ν = N / NA,
где N – число структурных элементов (частиц) данного вещества.
Масса одного моля вещества называется молярной (мольной) массой М, имеет размерность г/моль. Молярная масса вещества, выраженная в г/моль, численно равна относительной атомной или относительной молекулярной массе этого вещества:
M = Аr или М = Mr.
Между массой вещества (m, г), количеством вещества (ν, моль) и молекулярной массой (Мr, г/моль) существует соотношение:
ν = m / M
Пример 1. Сколько молекул H2S содержится в 6,8 г сероводорода? Чему равна масса одной молекулы H2S?
Решение. Учитывая, что М (H2S) = 34 г/моль, m = 6,8 г сероводорода:
ν (H2S) = m / М(H2S) = 6,8 / 34 = 0,2 моль
Т. к. 1 моль содержит NA частиц вещества, то число молекул N (H2S):
N (H2S) = ν ∙ NA = 0,2 6,021023 = 1,21023
Тогда масса mм (H2S) одной молекулы H2S:
mм (H2S) = M(H2S) / NA = 34 / 6,021023 = 5,6510-23 г.
В соответствии с законом Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Т.е., при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем. Этот объем называется молярным (мольным) объемом и при нормальных условиях н.у. 7 [Т0 = 273 К (0 оС), Р0 = 101,325 кПа (1 атм, 760 мм.рт.ст.)] он составляет:
VМ = 22,413830,0070 л/моль.
Взаимосвязь между основными параметрами вещества в газовой фазе определяется уравнением Менделеева-Клапейрона:
РV = ν RT = RT
где R = 8,314 Джмоль-1К-1 – молярная газовая постоянная8.
Пример 2. Определить молярную массу газа, если: а) 1,5 л его при 30º С и давлении 110 кПа имеют массу 2,62 г; б) 624 мл его при 17º С и давлении 780 мм рт.ст. весят 1,56 г.
Решение. а) Выразим данные задачи в единицах СИ: R = 8,314 Дж/моль∙К, Р = 1,1∙104 Па, V = 1,5∙10-3 м3, Т = 303 К. Из уравнения Менделеева-Клапейрона находим молярную массу газа:
б) Т.к. Р = 780 мм рт.ст., универсальная газовая постоянная будет принимать значение R = 62,36 л∙мм рт.ст./моль∙К, V = 0,624 л, Т = 290 К. Из уравнения Менделеева-Клапейрона находим молярную массу газа:
При постоянном количестве вещества (ν = const) соотношение между тремя параметрами Р, Т и V состояния газа также постоянно:
PV/T = const (уравнение Клапейрона)
Это позволяет привести объем газа (V) измеренный при данных условиях (P, T) к нормальным условиям (P0, T0):
P0V0/T0 = PV/T, отсюда V0 = (P/P0)(T0/T)V
Уравнения Менделеева-Клапейрона и Клапейрона, а также величина молярного объема широко используются в химической практике для определения массы и количества моль газообразных химических соединений.
Пример 3. Определите объем, который занимают 25 г метана CH4 при 0 ºС и 101,3 кПа. Сколько молекул метана содержится в данной массе?
Решение. Т.к. объем метана измерен при нормальных условиях, то молярная масса метана, равная 16 г/моль, соответствует молярному объему – 22,4 л/моль при н.у. Определим объем 25 г CH4: