Введение

Учебное пособие «Химия» предназначено для студентов- заочников, обучающихся по специальности «Строительство».

Содержание пособия соответствует программе курса «Общая химия» и включает основные разделы общей химии.

Химическая подготовка современного специалиста заключается в развитии логического химического мышления, позволяющего решать вопросы качества, надежности и долговечности строительных, конструкционных, инструментальных и других технических материалов. Знание химии необходимо также для успешного освоения общетехнических и специальных дисциплин.

При освоении курса химии студенты должны изучить основные физико-химические закономерности, электрохимические системы и протекающие в них процессы, овладеть техникой химических расчетов, изучить специальные разделы химии: гетерогенные дисперсные системы, основы химии вяжущих веществ, органические вещества и полимеры.

Задача пособия состоит в том, чтобы помочь студенты выработать навыки самостоятельной работы с учебной литературой, научить использовать полученные теоретические знания для решения конкретных задач, связанных с их специальностью.

Контрольные задания выполняются в межсессионный период. Вариант контрольного задания определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета (зачетной книжки). Например, номер студенческого билета 05-51-213, две последние цифры 13, им соответствует 13 вариант контрольного задания. Каждый вариант содержит два контрольных задания, которые выполняются в одной тетради с обязательной записью условия задачи и ответа с подробными объяснениями.

В межсессионный период, для помощи студентам в преодолении трудностей при выполнении контрольных заданий, на кафедре химии проводятся консультации. К экзамену допускаются студенты, выполнившие учебный план: имеющие зачтенные контрольные задания, выполнившие лабораторные работы и прослушавшие курс лекций.

Тема 1. Систематика химических законов.

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Основные стехиометрические законы и расчеты по уравнениям реакций Содержание материала для самостоятельного изучения

Относительная атомная масса (Аr), относительная молекулярная масса (Mr), моль, молярная масса (М), молярный объем (V_m), эквивалент (Э), молярная масса эквивалента (М_Э), закон эквивалентов, закон Авогадро, число Авогадро (N_A), закон сохранения массы вещества, массовая доля элемента (ω_X), выход продукта реакции (). Расчеты по химическим уравнениям.

Литература: [2 – гл. І, §§ 1.2,1.3]; [3 – гл.І,§§ 4…14,16].

Основные теоретические положения

При решении задач используем следующие формулы и понятия:

массовая доля элемента (ω_X) в данном веществе – это частное от деления произведения относительной атомной массы элемента х (Аr_х) и числа его атомов в молекуле (n), на относительную молекулярную массе вещества (М_r):

ω_X=Аr_х^.n/Mr (1.1)

Массовая доля обычно выражается в процентах (ω_х%):

ω_X%=(Аr_х^.n/Mr)^.100% (1.2)

Количество вещества () - величина, определяемая числом структурных единиц (атомов, молекул, ионов). Единицей количества вещества является Моль.

Молярная масса (М) (масса 1 моль вещества) численно равна относительной атомной или относительной молекулярной массе:

М =│ Аr │ , М =│ Mr│

Молярная масса (М) равна отношению массы вещества (m) к его количеству() :

М = m /  (1.3)

В 1 моль вещества содержится число структурных единиц (атомов, молекул) равное числу Авогадро (N_А). N_А=6,02 ^.10 ²³мол ^-1_.

Отсюда абсолютная масса атома или молекулы соответственно равны:

m_а=Мольная масса атома/число Авогадро=М/N_А; m_м=М/N_А (1.4)

Молярный объем(V_m) – объем одного моль газа – равен отношению его объема к количеству газа:

V_m=V/ (1.5)

Молярный объем любого газа (V_m) при нормальных условиях – н.у. (Р =1,01^.10 ⁵ Па, Т = 273 К) равен 22,4 л, то есть V_m = 22,4 л/моль.

Для условий, отличных от нормальных, объем газа рассчитывается по уравнению Менделеева-Клапейрона

PV= RT , (1.6)

где Р- давление, кПа;

V – объем газа, л ;

 - количество моль газа ;

R - универсальная газовая постоянная (8,31Дж/моль^.К);

Т - температура , К.

Массовая доля выхода продукта () – это отношение массы фактически полученного продукта (m _{фактич.}) к массе вещества, которая должна получится теоретически ( m_теорет) :

 = m_фактич / m_теорет (1.7)

Эквивалент элемента (Э) – это такое его количество, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода. Эквивалент выражается в моль.

Эквивалентная масса или молярная масса эквивалента (М_Э) - это масса одного эквивалента.

Пример. В соединениях NH₃, Н₂О, НСl с 1 моль атомов водорода соединяется соответственно1/3 моль азота,1/2 моль кислорода, 1 моль хлора. Поэтому Э_N = 1/3 моль, Э_О = 1/2 моль, Э_Сl = 1 моль. Молярные массы эквивалентов этих элементов:

М_Э(N ) = 1/3 М_N = 1/3 ^. 14 = 4,67 г/моль

М_Э(О) = 1/2 М_О = 1/2 ^. 16 = 8 г/ моль

М_Э(Сl) = 1 ^. М_Сl = 1^. 35,5 = 35,5 г/моль

М_N, М_О, М_Сl – молярные массы атома азота, кислорода, хлора соответственно.

Таким образом, чтобы найти молярную массу эквивалента элемента необходимо молярную массу его атома разделить на валентность:

М_Э=Молярная масса атома/валентность=│Аr│/В (1.8)

Эквивалент сложного вещества – такое его количество, которое взаимодействует с одним эквивалентом любого другого вещества.

Молярная масса эквивалента кислоты:

М_Э(кислоты) = М(кислоты)/основность кислоты = =М(кислоты)/ количество ионов Н⁺ (1.9)

М_Э(Н₂SO₄)=98/2=49 г/моль

Пример. Рассчитать эквивалент и молярную массу эквивалента Н₃РО₄ в реакциях, выраженных уравнениями:

Н₃РО₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + Н₂О (1)

Н₃РО₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2 Н₂О (2)

Н₃РО₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3Н₂О (3)

Решение.

Эквивалент NaОН равен одному моль NaОН, так как Na – одновалентный металл, а молярная масса эквивалента гидроксида натрия равна его молярной массе.

В реакции (1) Н₃РО₄ взаимодействует с одним эквивалентом NaOH, во второй реакции – с двумя, а в третьей реакции – с тремя эквивалентами NaOH. Поэтому Э( Н₃РО₄ ) = 1 моль Н₃РО₄ для 1-ой реакции; Э( Н₃РО₄ ) =1/2моль Н₃РО₄ для 2-ой реакции; Э(Н₃РО₄)=1/3 моль для 3-ей реакции.

В соответствии с этим:

М_Э (Н₃РО₄) = 1 моль Н₃РО₄ = 98 г/моль (1)

М_Э (Н₃РО₄) = 1/2 моль Н₃РО₄ = 1/2 ^.98 =49г/моль (2)

М_Э (Н₃РО₄) = 1/3 моль Н₃РО₄ = 1/3 ^.98=32,6 г/моль (3)

Молярная масса эквивалента кислоты, таким образом, равна ее молярной массе, деленной на число атомов водорода, замещенных на металл.

Молярная масса эквивалента основания:

М_Э(основания)=М(основания) /кислотность основания =М(основания) / количество групп ОН ^- (1.10)

М_Э (Fe (ОН)₂) = 90 / 2 = 45 г/моль

Молярная масса эквивалента соли:

М_Э(соли) =М(соли)/валентность металла ∙ число атомов металла. (1.11)

М_Э(Fe₂(SO₄)₃ ) = 400/ 3^.2 = 66,6 г/моль

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов

m(1) /m(2) = М_Э(1)/ М_Э(2) (1.12)

Абсолютная плотность вещества – отношение массы вещества к занимаемому им объему  = m / V

или для нормальных условий - ρ = M / 22,4 г/л (1.13)

Относительная плотность газа показывает во сколько раз объем одного газа легче (тяжелее) такого же объема другого, то есть во сколько раз плотность одного газа больше ( меньше) плотности другого

Д = ₁ /  ₂ = М₁ /М₂ (1.14)