1. Основные химические понятия и законы

С 1 января 1963 г. введена Международная система единиц измерения (СИ), состоящая из шести основных единиц: метр(м) – длина, килограмм (кг) – масса, секунда(с) – время, ампер(А) – сила электрического тока, кельвин(К) – термодинамическая температура, кандела(кд) – сила света. ХIIIV Генеральная конференция по мерам и весам (1971) утвердила единицу количества вещества(моль) в качестве седьмой основной величины Международной системы. Моль (моль) равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода . В 0,012 кг углерода содержится 6,02 атомов углерода. Число частиц 6,02 называется числом Авогадро. Если числу Авогадро приписать еди­ницу , то получится константа - постоянная Авогадро (обозначение ): =6.02 • 10²³ моль^-1. Постоянная Авогадро показывает, что в одном мо­ле любого вещества содержится 6 • условных частиц. Условная частица (УЧ) - любой вид реальных частиц (атомы, молекулы, ионы, электроны, атом­ные группы и т.п.) и условно существующие доли таких частиц ( , и т.п.).

Молярная масса вещества, состоящего из частиц X ( ) , равна отно­шению массы m порции вещества к количеству вещества в этой порции:

. Единица молярной массы - кг моль^-1 или г моль^-1. Числовое

значение молярной массы {М}, выраженной в г моль^-1 или кг • моль^-1, равно относительной молекулярной массе. Например, = 18 г моль^-1, = 56 г моль^-1, =17 г моль^-1.

Относительной молекулярной массой Mr вещества называют отношение массы молекулы вещества к массы атома изотопа углерода ¹²С.

Количество вещества находится по следующим формулам:

n = ; n = ; n = ;

где m - данная масса вещества, кг или г

- его молярная масса, кг моль^-1 или г моль^-1;

N - число частиц любой системы;

- постоянная Авогадро;

V - объем вещества (газа), или л;

- молярный обьем газа, моль^-1или л моль^-1.

Молярный объем газа - постоянная величина - объем одного моля любого газа при нормальных условиях (р = 1.01 • 1О⁵ Па. Т =273 К).

=22.4 моль^-1или л моль^-1.

Фактор эквивалентности - число, равное той доле частицы х, которая является эквивалентом вещества в данной реакции.

Эквивалент - реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях ионного обмена равноценна одному атому или одном иону водорода, а в окислительно-восстановительных реакциях одному электрону. Так, эквивалент серной кислоты в реакциях полной нейтрализации раавен доле частицы х : ; в реакциях неполной нейтрализации, когда , эквивалент идентичен самой частице х: ; в окислительно- восстановительной реакции, когда сера принимает 2 (окислитель)

+6 +2 = +4

, ( ) = .

Массу одного моля эквивалента элемента называют молярной массой эквивалента Значение эквивалента вещества зависит от того, в какой

конкретной реакции участвует это вещество.

Молярная масса эквивалента химического элемента ( ), а также простых или сложных веществ рассчитывается по формуле

Фактор эквивалентности простого или сложного вещества, а также хи­мического элемента равен единице, деленной на суммарную валентность хи­мического элемента или вещества.

Для простых веществ суммарная валентность определяется произведени­ем валентности атома химического элемента и числа атомов.

К сложным веществам относятся оксиды, гидроксиды, кислоты, соли.

Суммарная валентность оксидов равна произведению валентности кис­лорода (2) и количества атомов кислорода в молекуле. Суммарная валент­ность гидроксидов определяется их кислотностью, которая равняется числу замещенных гидроксильных групп. Суммарная валентность кислот равняется основности данных соединений, которая определяется числом замещенных атомов водорода. Суммарная валентность соли равняется произведению ва­лентности катиона и количества катионов в молекуле, или валентности аниона и количества анионов в молекуле.

Молярная масса эквивалентов сложных веществ может быть определена как сумма молярных масс эквивалентов элементов или условных частиц, образующих данное вещество.

,

т.к. кислорода величина постоянная, равна 8 г моль^-1.

,

т.к. водорода величина постоянная, равна 1 г моль^-1.

,

т.к. «ОН» величина постоянная, равна 17 г моль^-1.

.

Эквивалент и его молярная масса могут быть найдены на основании за­кона эквивалентов, согласно которому химические элементы (сложные ве­щества) соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов.

Пример 1. Определение молярной массы эквивалента элемента.

Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и его атомную массу, если 1.215 • кг его вытесняют из серной кислоты 1.12 • водорода (н.у.). Степень окисления металла в соединении +2.

Решение

На основании закона эквивалентов (одна молярная масса эквивалента металла вытесняет один эквивалентный объем водорода):

;

;

= кг моль^-1;

Молярная масса эквивалента связана с молярной массой элемента соотношением:

, где z – степень окисления элемента.

Так как у металла степень окисления 2, то = 2 = 24.3 г моль^-1. По периодической таблице Менделеева находим, что металл с относительной атомной массой 24.30 - магний.

Пример 2. Определение молярной массы эквивалента сложных веществ в реакциях обмена.

Чему равны молярные массы эквивалентов гидросульфита калия и дигидроксохлорида алюминия в следующих химических реакциях:

а)

б)

Решение

а) 1 моль взаимодействует с 1 моль . гидроксида калия равен 1. Поэтому = 1; ; г , = г

б) Один моль взаимодействует с 2 моль . соляной кислоты равен 1. Поэтому

= ;

= ;

г ;

г .

Пример 3. Определение молярной массы эквивалента сложного вещества.

Из 7.7 г нитрата металла получено 3.2 г его гидроксида. Вычислить мо­лярную массу эквивалента металла.

Решение

При решении задачи следует иметь в виду: молярная масса эквивалента гидроксида равна сумме молярных масс эквивалентов металла и гидроксиль­ной группы; молярная масса эквивалента соли равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислотного остатка.

Отсюда следует:

;

; г

Пример 4. Вычисление молярной массы эквивалента сложного ве­щества по реакции взаимодействия его с другим веществом.

На нейтрализацию 0.471 кг фосфористой кислоты израсходовано 0.644 кг КОН. Вычислите молярную массу эквивалента кислоты.

Решение

Молярная масса эквивалента КОН равна его молярной массе 56 г . Вещества взаимодействуют между собой в массах, пропорцио­нальных их молярным массам эквивалента, т.е. 0.644 кг щелочи взаимо­действует с 0.471 кг кислоты.

= кг .