Важнейшие законы химии

▪ Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1808 г.);

▪ закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов, 1748 г.;

А.Л. Лавуазье, 1789 г.);

▪ закон Авогадро и его следствия (А. Авогадро, 1811 г.);

▪ закон эквивалентов (И. Рихтер, 1800 г. и др.).

Закон постоянства состава. Каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, который не зависит от способа получения вещества. Поэтому каждое вещество имеет свою химическую формулу. По формуле вещества можно рассчитать массовую долю каждого химического элемента, который входит в состав вещества.

Массовая доля элемента Х в веществе – отношение относительной атомной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле (n), к относительной молекулярной массе вещества:

. (1.12)

Закон сохранения массы веществ. Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

Например: КOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂O,

m₁ m₂ m₃ m₄

где m₁, m₂ – массы исходных веществ, m₃, m₄ – массы продуктов реакции.

Согласно закону сохранения масс: m₁ + m₂ = m₃ + m₄.

На основе указанного закона составляются химические уравнения и по ним осуществляются расчеты.

Закон Авогадро. В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (р, Т) содержится одинаковое число молекул.

Первое следствие закона Авогадро. 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.): Т = 273 К и Р = 101,3 кПа занимает объем, равный 22,4 л.

Объем, занимаемый одним молем газа, называется молярным объемом (V_m):

V_m = 22,4 л /моль = 22,4 м³/кмоль.

Молярный объем связан с объемом газа (V) и его количеством (ν) соотношением:

(1.13)

Второе следствие закона Авогадро. Относительная плотность одного газа по другому (D₂(1)) равна отношению их молярных масс:

. (1.14)

Закон эквивалентов. Массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов:

. (1.15)

Подготовка к работе

Изучите теоретические вопросы и пример решения типовой задачи:

▪ сущность понятий: атом, молекула, химический элемент, простое и

сложное вещество, атомные и молекулярные массы;

▪ моль, молярная масса атомов и молекул, молярный объем;

▪ валентность, составление формул сложных веществ по валентности;

▪ закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон

Авогадро и его следствия;

▪ абсолютная и относительная плотность газов;

▪ эквивалент, молярная масса эквивалента элемента и химического

соединения, закон эквивалентов.

Типовая задача

Строительную известь (СаО) получают разложением известняка, в котором массовая доля CaCO₃ составляет 90 %.

Рассчитайте:

1) какое количество CaO получится при разложении 200 кг известняка;

2) выход продукта реакции, если в результате данного процесса фактически выделилось 95 кг извести;

3) какой объем углекислого газа, измеренного при нормальных условиях, выделится при этом;

4) абсолютную массу молекулы СО₂ (в граммах);

5) относительную плотность углекислого газа по воздуху;

6) молярные массы эквивалента СаО и углерода в оксиде СО₂, а также массовую долю кислорода в каждом из этих соединений.

Решение. Запишем основное уравнение реакции

CaCO₃ = CaO + 2 CO₂

и вычислим массу CaCO₃, содержащуюся в 200 кг известняка, по формуле (1.12):

Определим количество моль (ν), молярные массы (М), а также массы (m) веществ, участвующих в реакции, и запишем их под формулами, а вещества, указанные в условии задачи, и величины, которые нужно определить, – над формулами соответствующих соединений в уравнении реакции:

18000 г m(CaO) V(CO₂)

СaCO₃ = CaO + 2 CO₂

ν, моль 1 1 2

М, г/моль; (V_m, л/моль) 100 56 44 (22,4 л);

m, г; (V, л) 100 56 88 (44,8 л).

1. Согласно уравнению реакции, из 1 моль (100 г) карбоната кальция образуется 1 моль (56 г) оксида кальция. Составим и решим пропорцию:

из 100 г CaCO₃  56 г СаО

из 180000 г CaCO₃  m (CaO) _теор.;

2. Массовую долю выхода продукта реакции η рассчитаем по формуле (1.11):

.

3. Теоретический объем углекислого газа (н.у.), выделившегося при разложении 180 кг карбоната кальция, определим из пропорции:

из 100 г CaCO₃  44,8 л CO₂;

из 180000 г CaCO₃  V_теор. (CO₂);

.

4. Абсолютную массу молекулы углекислого газа рассчитаем по формуле (1.2):

.

5. В соответствии с (1.14) относительная плотность углекислого газа по кислороду составляет

.

6. Молярные массы эквивалента найдем, воспользовавшись (1.5) и (1.6):

7. Массовая доля кислорода в СаО и СО₂ может быть определена из соотношения (1.12):