Вопросы к семинару

1. Почему в современных определениях химии акцент делается на том, что это скорее наука о превращениях веществ, чем о свойствах элементов и их соединений?

2. На каких расстояниях происходят химические взаимодействия? В каком температурном интервале? Каковы значения тепловых эффектов химических реакций?

3. В каких случаях процессы растворения веществ можно отнести к химическим?

4. Верно ли, что молекула — это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами? Почему?

5. Можно ли сказать, что сложные соединения состоят из простых?

6. Могут ли смеси состоять из простых веществ? Почему? Приведите пример.

7. Что является носителем свойств (и каких?) в случае соединений с немолекулярной решеткой? Можно ли волокнистую или слоистую структуры вещества отнести к молекулярным? Почему?

8. Что общего и в чем различие между простейшей, молекулярной, графической и структурной формулами? Отражают ли последние реальное состояние соединения? Почему? Могут ли совпадать графическая и структурная формулы вещества?

9. Почему 1/12 атома углерода C⁸² принята за единицу относительной атомной массы?

10. Почему A_r (O)=15,9994, хотя природные изотопы кислорода O , ¹⁸ O ¹⁷ и O ? ¹⁶

11. В каких случаях состав данного соединения не зависит от способа его получения?

12. Разным ли веществам соответствуют формулы:

а) NO и NO₂ ;

б) TiO0,58 и TiO1,33 ?

13. Тождественны ли образцы оксида титана(II) с равным соотношением элементов, но отличающихся записью формул: Ti_0,8O и TiO_1,25 ?

14. При сжигании 5,00 г неизвестного соединения, содержащего только водород и углерод, образовалось 14,65 г CO₂ . Какова формула вещества, если его плотность по водороду равна 15?

15. Массовая доля элемента (Э) в оксиде Э₂O₃ составляет 68,4%. Определите, какой это элемент.

16. Какую минимальную информацию нужно получить при проведении опыта для определения формулы оксида марганца? Как организовать эксперимент? Какие опытные данные будут получены, если анализируемый оксид Mn₃O₄ ?

2. Эквивалент. Моль. Способы выражения состава раствора эквивалент

В международной системе единиц (СИ)¹ эквивалентом вещества считают некую реальную или условную частицу, которая в данной обменной реакции соединяется с одним ионом водорода или вытесняет его из соединения, либо каким-то опосредованным образом стехиометрически равноценна ему. Так, в реакции:

2NaCl(т) + H2SO4(конц.) = 2HCl(г) ↑+Na2SO4(р−р) ,

ион Cl ⁻ или Na (⁺ или молекула HCl, или «молекула» NaCl) представляют собой эквиваленты, поскольку один ион Cl ⁻ соединяется с одним ионом водорода, а один ион

Na⁺ вытесняет один H ⁺ из молекулы кислоты и т.д.

Все указанные эквиваленты являются реальными частицами, в то время как эквивалентом серной кислоты будет не реальная, а условная частица — «половина» молекулы этой кислоты, ведь именно она содержит один ион водорода, а молекула H₂SO₄ представляет собой два эквивалента серной кислоты. По аналогии эквивалентом сульфат-иона или «молекулы» Na₂SO₄ будут «половины» данных частиц.

В окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) эквивалентом считается реальная или условная частица вещества, которая участвует в процессе передачи одного электрона. Так, в ОВР:

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂ (SO₄ )₃ + 2MnSO₄ + K ₂SO₄ + 8H₂O

или в ионном виде:

5Fe²⁺ + MnO₄⁻ + 8H⁺ → Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O,

один ион железа(II) участвует в передаче (отдавая) одного электрона, поэтому он является эквивалентом, причем, реальной частицей. Перманганат-ион участвует в передаче (принимая) пяти электронов, а один электрон присоединяется к условной частице - одной пятой данного иона, т.е. эквивалентом выступает: 1/5MnO₄⁻.

В общем виде эквивалент записывается как fX , где Х — реальная частица соединения, f - фактор его эквивалентности. В последнем примере: f = 1/5, а

X = MnO₄⁻; т.е. значение f показывает, какая доля данной реальной частицы вещества эквивалентна одному электрону в ОВР, а при кислотно-основном взаимодействии одному иону H . ⁺

Фактор эквивалентности определяется по стехиометрии конкретного процесса. Например, в реакции:

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

принимает участие два протона, поэтому для определения значения f каждого вещества, нужно их стехиометрические коэффициенты разделить на два, т.е.

f(NaOH) = 2 / 2 = 1;	f(H2SO4 ) = 1 / 2 ;
f(Na2SO4 ) = 1 / 2; В случае ОВР, например:	f(H2O) = 2 / 2 = 1.

6FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ = 3Fe₂ (SO₄ )₃ + Cr₂ (SO₄ )₃ + K₂SO₄ + 7H₂O,

определяют число электронов в электронно-ионных полуреакциях после их уравнивания (в том числе и по количеству отданных и принятых электронов). Для нашего примера:

Cr₂O²₇⁻ +14H⁺ + 6e = 2Cr³⁺ + 7H₂O,

6Fe²⁺ − 6e = 6Fe³⁺.

Поэтому значения факторов эквивалентности для веществ, вступающих в данную реакцию, следующие:

f(FeSO₄ ) = 6 / 6 = 1; f(K ₂Cr₂O₇ ) = 1 / 6 ; f(H₂SO₄ ) = 7 / 6 ;

Следует принять во внимание, что в отличие от f(H₂SO₄ ) в данной ОВР, в приведенном выше примере кислотно-основного взаимодействия f(H₂SO₄ ) = 1 / 2 ; т.е. значение фактора эквивалентности может определяться типом реакции, в которой вещество участвует.

Кроме того, фактор эквивалентности зависит и от глубины протекания процесса. Например, в реакции:

Fe(OH)2 Cl + HCl = FeOHCl2 + H2O а в реакции:	f(Fe(OH)2 Cl) = 1,
Fe(OH)2 Cl + 2HCl = FeCl3 + 2H2O	f(Fe(OH)2 Cl) = 1 / 2 ,

хотя f(HCl) = 1 в обоих случаях.

Отметим, что понятия эквивалента в окислительно-восстановительных и обменных процессах тесно связаны. Так, один катион водорода, являющийся одним эквивалентом в обменных взаимодействиях, принимает один электрон в ОВР, например:

2Na + 2HCl = H₂ ↑ +2NaCl,

т.е. H ⁺ является и в этой реакции одним эквивалентом.

Из приведенных примеров видно, что понятие эквивалента очень важно для химии, так как именно эквивалентами веществ определяется соотношение их масс в химических взаимодействиях.