13. Основные законы стехиометрии. Атомные и молекулярные массы, количество вещества, молярная масса и молярный объем, плотность одного газа по отношению к другому, парциальное давление газа.

Основные законы химии лежат в основе количественных расчетов, выполняемых в рамках стехиометрии.

Стехиометрия - раздел химии, посвященный изучению количественного состава веществ и отношений между реагирующими веществами.

Без стехиометрии невозможно планирование процессов промышленного производства необходимых веществ, осуществляемого в рамках химической технологии.

1. Закон сохранения массы веществ:

Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. (М. В. Ломоносов, А.Л. Лавуазье, 1748—1756 гг.).

2. Закон сохранения энергии: При любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия этой системы остается постоянной и возможны лишь переходы одного вида энергии в другой.

3. Закон постоянства состава: Любое химическое соединение имеет один и тот же количественный состав независимо от способа его получения (Ж. Пруст, 1801—1808 гг.).

14. Материальный баланс химического процесса. Понятие о выходе.

Материальный баланс отражает количественные изменения, происходящие в ходе химико-технологического процесса.

Материальный баланс содержит приходную и расходную части. Приходная часть баланса: массы всех веществ, поступивших на переработку. Расходная часть баланса: массы всех веществ, получившихся в результате проведения технологического процесса. В таблице 4 приведен пример материального баланса обжига колчедана. Целью данного технологического процесса является получение оксида серы (IV), необходимого для производства серной кислоты.

молярную долю выхода продукта реакции (эта):

,

где: n(C) – количество вещества (продукта), которое должно быть получено в соответствии с расчетом по стехиометрическому уравнению,

n_пр.(C) – количество практически полученного вещества (продукта);

массовую долю выхода продукта реакции (эта):

,

где: m(C) – масса вещества (продукта), которая должна быть получена в соответствии с расчетом по стехиометрическому уравнению, m_пр.(C) – масса практически полученного вещества (продукта);

объемную долю выхода продукта реакции (эта):

где: v(C) – объем вещества (продукта), который должен быть получен в соответствии с расчетом по стехиометрическому уравнению,

v_пр.(C) – объем практически полученного вещества (продукта).

Величина выхода продукта реакции не зависит от того, будет ли она вычислена через массы, объемы или количества веществ.

15. Химический эквивалент. Количество вещества эквивалентов, число эквивалентности для различных типов реакций. Закон эквивалентов.

В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении большого объема стехиометрических расчетов (химический анализ) удобно пользоваться понятием «химический эквивалент».

Химическими эквивалентами называют условные частицы вещества в целое число раз меньшие, чем соответствующие им формулъные единицы. В химических реакциях эквиваленты равноценны одному атому или иону водорода или одному электрону.

Расчеты с использованием понятия «химический эквивалент» гораздо проще, поскольку согласно закону эквивалентов В. Рихтера (1793 г.) один эквивалент одного вещества всегда взаимодействует с одним эквивалентом другого.

В обменных реакциях

Фактор эквивалентности для кислоты равен числу атомов водорода, замещенных в формульной единице кислоты в результате реакции. Фактор эквивалентности основания равен числу гидроксид-ионов замещенных в формульной единице основания в результате реакции.

1) 3KOH + H₃Р0₄ = K₃Р0₄ + 3Н₂O

z_B (H₃Р0₄)= 3 z_B(K0H) = 1

2) 2KOH + H₃Р0₄ = K₂HР0 ₄ + Н₂O

z_B (H₃Р0₄) = 2 z_B(K0H) =1

В окислительно-восстановительных реакциях

Значения фактора эквивалентности окислителя и восстановителя равны числам электронов, которые принимает 1 формульная единица окислителя или отдает 1 формульная единица восстановителя.

Для реакции: 2Fe + 3Cl₂ → 2 FeCl₃

Fe - 3 e → Fe³⁺

Cl₂ + 2e → 2 Cl^-

z_B (Fe) = 3 z_B (Cl₂) = 2

Количество вещества эквивалентов равно произведению количества вещества на фактор эквивалентности:

n _эк. (B) =z_B(B)· n(B)

n_эк.(H₃Р0₄) =3· n(H₃Р0₄)