18

I. Основные понятия и законы химии. Атомные и молекулярные массы. Моль.

Химический элемент определяется как вид атомов, характеризующихся определенной совокупностью свойств. Простое вещество состоит из атомов или молекул одного и того же элемента. При соединении атомов различных элементов образуется сложное вещество (химическое соединение).

Закон постоянства состава. Соотношения между массами элементов, входящих в состав соединения, постоянны и не зависят от способа получения этого соединения.

Закон Авогадро. В равных объемах любых газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул.

1/12 часть изотопа ¹²С называется атомной единицей массы (а.е.м.). Относительная атомная масса элемента рассчитывается как отношение массы атома элемента к 1/12 части массы атома ¹²С.

Относительная молекулярная масса (Мr) простого или сложного вещества определяется как отношение массы его молекулы к а.е.м.

Моль - количество вещества, содержащее столько атомов, молекул, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа ¹²С. Применяя понятие "моль", следует конкретно указывать, что имеется в виду. Например, моль атомов О, мольмолекул О₂? В одном моле содержится 6,02·10²³ (постоянная Авогадро) структурных единиц. Отношение массы m(г) вещества к его количеству n(моль) называют мольной массой вещества (М). М = m/n (г/моль ).

Из закона Авогадро и определения понятия "моль вещества" следует, что при определенных температуре и давлении 1 моль любого газообразного вещества занимает один и тот же объем. При нормальных условиях (н.у.), т.е. при Р = 101,325 кПа или 760 мм р.ст., и Т = 273 К 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

Пример 1. Рассчитайте число молей, соответствующих 56 г n₂. Сколько молекул содержится в этом количестве азота?

Решение. Молекулярная масса (Мr) азота n₂ равна 28 а.е.м. Масса 1 моля n₂ (M) 28 г. Число молей азота можно найти как отношение массы к молярной массе, т. е. N = m/М = 56/28 = 2 (моль). Один моль любого вещества содержит 6,02·10²³ структурных единиц, следовательно, 2 моля ns содержат 2·6,02·10²³ = 12,04·10²³ молекул азота.

Пример 2. Вычислите массу 1 л хлора и объем 1 г хлора (при н.у.). Сколько молекул Cl₂ содержится в 1 л (н.у.) ?

Решение. Молярная масса хлора равна 71 г/моль. При н.у. 1 моль Cl₂ занимает объем 22.4 л. Отсюда: а) 22,4 л хлора имеют массу 71 г; 1 л хлора имеет массу х г; х = 71/22,4 = 3,17 (г). б) 71 г хлора занимает объем 22,4 л: 1 г хлора занимает объем х л; х = 22,4/71 = 0,32 л. в) 22,4 л содержат при н.у. б,02·10²³ молекул Cl₂; 1 л содержит х молекул Cl₂ ; x = б,02·10²³/22,4 = 0,28·10²³ молекул Cl₂.

II. Эквивалент. Эквивалент простого и сложного вещества. Закон эквивалентов.

Из закона постоянства состава следует: элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Поэтому в химию были введены понятия эквивалента и молярной массы эквивалента.

Эквивалент (Э) вещества показывает, какое его количество в молях соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в Н₂О эквивалент кислорода равен 1/2 моля, а у углерода в СН₄ - 1/4 моля. Эквивалент кислорода в О₂ тоже равен 1/4, так как молекула кислорода может присоединить 4 атома водорода:

О₂ + 2Н₂ = 2H₂O

Молярная масса эквивалента вещества (М_э) - это масса 1 моля эквивалента этого вещества (г/моль). Молярные массы эквивалентов простых и сложных веществ зависят от стехиометрии реакций, в которых участвуют эти вещества. Нахождение молярных масс эквивалентов:

1. Кислоты (общая формула кислот Н_nА) М_э = Молярная масса кислоты/Число ионов Н⁺, замещенных в реакции.

2. Гидроксиды (общая формула Me(ОН) _n) . М_э = Молярная масса гидроксида/Число ионов ОН^-, замешенных в реакции.

3. Соли ( общая формула Ме_mА_n). М_э = Молярная масса соли/(Число атомов Me · Валентность Me).

4. Окислители (окислитель + nē = восстановитель). М_э = Молярная масса окислителя/Число принятых в реакции электронов.

5. Восстановители (восстановитель - nē = окислитель). М_э = Молярная масса восстановителя/Число отданных в реакции электронов.

6. Элементы в химическом соединении.

М_э = Атомная масса элемента/(Валентность элемента в соединении · Число атомов элемента в соединении.)

Закон эквивалентов. Массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ. m(1)/m(2) = М_э(l)/ М_э(2)

Если одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то

m(l)/V(2) = М_э(1)/V_э(2). Для газообразного кислорода V_э = 1/4·22,4 = 5,6 л.

Пример 1. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и его атомную массу, если 1,215 г его вытесняют из серной кислоты 1,12 л водорода (н.у.). Валентность металла в соединении равна 2.

Решение. По условию задачи металл вытесняет из H₂SO 1,12 л Н₂, что составляет: 1,12/22,4 = 0,1 (моль). Масса 0,1 моля Н₂ составляет 0,2 г. Используя закон эквивалентов, рассчитаем молярную массу эквивалента металла: 1,215/ М_э(Ме) = 1,12/11,2 , отсюда М_э(Me) = 12,15 г/моль.

Молярная масса эквивалента связана с атомной массой соотношением:

М_э (Элемент) = Атомная масса (А) · Валентность, отсюда

А(Ме) = 12,15 · 2 = 24,30 (г/моль).

По периодической системе элементов находим, что этот металл - Mg .

Пример 2. Вычислите молярную массу эквивалента Cu(OH)₂ в реакциях:

а) Cu(OH)₂ + HCl = CuOHCl + H₂O , б) Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2Н₂О, .

Решение. Для нахождения М_э (Cu(OH)₂) воспользуемся выражением

М_э = Молярная масса гидроксида/Число ионов ОН^- , замещенных в реакции.

В реакции а) только одна группа ОН^- замещена на ион Сl^-. в реакции б) две группы ОН^- замещены на ион SO₄^2- .

a) М_э(Cu(OH)₂) = 97,54/1= 97,54 г/моль; б) М_э(Cu(OH)₂) = 97,54/2 = 48,22 г/моль.