Справочники / Оганесян Э.Т., Попков В.А. Химия, ЕГЭ

Относительная молекулярная масса простых и сложных веществ равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы. Например, относительная атомная масса кислорода равна 16, а относительная молекулярная масса серы равна 32. Относительная молекулярная масса серной кислоты H2SO4 равна 98 (2 + 32 + 64) а.е.м.

Количество вещества — это физическое понятие. Оно подразумевает число структурных единиц (атомов, молекул, ионов и других частиц), образующих это вещество. Обозначают количество вещества латинской буквой п или греческой ν.

В практической деятельности оперируют не отдельными атомами и молекулами, а значительно большими количествами вещества.

За единицу количества вещества в химии принято такое его количество, которое содержит 6,02 . 1023 структурных единиц (атомов, молекул и др.). Например, масса 6,02 . 1023 молекул серной кислоты равна 98 г (число молекул, умноженное на относительную молекулярную массу одной молекулы в атомных единицах массы и на значение атомной единицы массы в граммах 6,02 . 1023 . 98 . 1,66 . 10–24). Такая единица количества вещества называется молем (от лат. Moles — масса).

Понятие «моль» применимо не только к молекулам, но и атомам. Следовательно, 1 моль атомов 12С — это число атомов 12С, содержащееся точно в 12 г изотопа углерода — 12С.

Моль — это количество вещества определенной химической формулы, содержащее то же число формульных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или других частиц), какое имеется в 12 г чистого изотопа 12С, а именно 6,02 . 1023.

Массу 1 моль данного вещества называют его молярной массой М.

Молярная масса — это величина, равная отношению массы вещества к количеству вещества, выражается в килограммах на моль (кг/ моль) или граммах на моль (г/моль) и численно совпадает с относительной молекулярной массой вещества или относительной атомной массой элемента. Например, молярная масса Cl2 = 71 г/моль; NaCl = 58,5 г/моль; Na = 23 г/моль; Са = 40 г/моль. Число структурных единиц — 6,02 . 1023 моль — называют постоянной Авогадро.

Моль, молярная масса и масса вещества взаимосвязаны между собой, что видно из приведенного примера.

ГЛАВА I Важнейшие понятия в химии 11

По формуле М = т/п можно определить любую из трех величин, если известны две остальные. Так,

Атомы в молекулах взаимосвязаны между собой согласно их валентности, поэтому, с одной стороны, исходя из формулы вещества, можно определить валентность атомов элементов. С другой стороны, формула химического соединения, как правило, составляется на основании валентности соответствующих элементов.

Валентность — это способность атомов элементов образовывать химические связи.

Количественной мерой валентности является число связей, образованных данным атомом с другими. Атом водорода может образовывать с другими атомами только одну связь, поэтому его валентность принята за единицу. На основании этого валентность азота в аммиаке NH3 равна 3, а серы в H2S — 2 и т.д.

Поскольку не для всех элементов были получены соединения с водородом, для определения валентности более целесообразными оказались кислородные соединения. Зная состав кислородного соединения данного элемента, можно определить его валентность, учитывая, что атом кислорода всегда присоединяет два атома одновалентного элемента. Например, в соединениях Na2O, CaO, SiO2 и т.д. валентности натрия, кальция и кремния соответственно равны 1, 2, 4.

Валентность атомов в составе каждого конкретного вещества постоянна.

Поэтому любое вещество имеет постоянный состав независимо от способа его получения. Данное утверждение известно как закон постоянства состава.

По мере развития учения о строении атома и теории химической связи дальнейшее развитие получили и представления о валентности.

Кроме рассмотренных способов определения валентности по водороду и кислороду в более сложных молекулах валентность находят по числу химических связей, образованных данным атомом. Например, в ацетилене С2Н2 каждый из атомов углерода образует четыре связи.

Таким образом, исходя из формул веществ, можно дать их количественную характеристику, т.е. определить: а) валентность атомов элементов, входящих в состав молекулы; б) атомное соотношение;

Бор трехвалентен, кислород двухвалентен. Входящие в состав химического соединения атомы не могут иметь свободных валентностей. Следовательно, сумма валентностей атомов бора должна быть равна общему числу валентностей у атомов кислорода. Таким образом, общее число валентностей как у бора, так и у кислорода должно быть равно 6, что соответствует наименьшему кратному. Так как каждый атом бора трехвалентен, то в молекуле должно содержаться 2 атома бора. Аналогично находим, что число атомов кислорода равно 3 (6 : 2 = 3). Следовательно, формула соединения бора с кислородом будет В2О3.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Почему атомную и молекулярную массы называют относительными?

?Напишите их обозначения.

2.Какие количественные данные можно получить на основании химической формулы?

3.Для чего необходима величина М (молярная масса)?

4.Объясните понятия «формульный состав» и «формульная масса», «эмпирическая формула» и «молекулярная формула».

5.Что обозначает запись М (Н3РО4) = 98 г/моль?

6.«Молярная масса — это масса моля вещества». Правильно ли это выражение? Почему?

7.Вещество имеет формулу С2Н6О. Дайте максимально полную его количественную характеристику, произведите необходимые расчеты.

8.Вещества имеют постоянный состав. Объясните почему.

9.Валентности Na, Al, Ca, N, Ag, Mg, Zn, К, Si соответственно 1, 3, 2, 5, 1, 2, 2, 1, 4. Составьте формулы их оксидов.

10.Формула серной кислоты H2SО4, бертолетовой соли КСlO3. Определите массовую долю (%) каждого элемента, входящего в эти соединения.

§4. Закон Авогадро и молярный объем газов

Любой образец вещества характеризуется не только такими количественными показателями, как масса, количество вещества, но и объемом. Особенно важны измерения объемов для газов.

Гей-Люссак, изучая взаимодействие газообразных веществ, вывел

закон простых объемных отношений:

Объемы вступающих в реакцию газов при неизменной температуре и давлении относятся друг к другу, а также к объемам образующихся газообразных продуктов как небольшие целые числа.

Например, для реакции

N2(г) + 3Н2(г) = 2NH3(г)

объемы реагирующих и образующегося газов относятся друг к другу как 1 : 3 : 2.

Для объяснения этого закона Авогадро выдвинул гипотезу, которая была подтверждена экспериментальными исследованиями и получила название закона Авогадро:

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро вытекают два важных следствия.

Одинаковое число молекул разных газов при одинаковых условиях будет занимать одинаковый объем.

Если молекул будет 6,02 . 1023 (один моль газа), то при нормальных условиях (температура 273 К, давление 101325 Па) они будут занимать объем 22,4 л. Это можно выразить отношением:

22,4 л

1 моль = 22,4 л/моль

или в общем виде:

V

n

где Vn — это молярный объем газа, указывающий отношение объема газа к количеству вещества. Для нормальных условий Vn = 22,4 л/моль. По приведенной формуле можно определить объем газа исходя из его количества и наоборот — количество вещества газа, если известен его объем.

По плотности газа ρ нетрудно вычислить его массу: т = Vρ. Поскольку V = Vn n, m = Мп, подставив в формулу выражения для V и т, получим Мп = Vnnρ.

После преобразования получим М = Vn ρ. Из этой формулы сле-

дует: ρ = М/Vn. Поскольку для нормальных условий Vn = 22,4 л/моль,

ρ = M .

22, 4

Данное соотношение очень важно для понимания второго следствия, которое связано с относительной плотностью газов D.

Относительная плотность газов — величина, показывающая, во сколько раз один газ тяжелее (легче) другого, т.е. во сколько раз плотность одного газа больше (меньше) плотности другого.

Другими словами,

относительная плотность газа есть отношение молярной массы исследуемого газа к молярной массе газа, с которым производится сравнение. Относительная плотность — величина безразмерная.

Поскольку молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе (М = Мr ), формулу относительной плотности можно выразить как D = Мr′ / Мr′′. Таким образом, чтобы вычислить относительную плотность, достаточно знать относительные молекулярные массы газов.

Чтобы было понятно, с каким газом проводят сравнение, ставят индекс. Например, DН2 обозначает, что сравнение проводят с водородом, и тогда говорят «плотность по водороду», не употребляя слово «относительная», DB — плотность по воздуху, DO2 — плотность по кислороду. Химическую формулу исследуемого газа ставят рядом в скобках: DH2 (Cl2) — плотность хлора по водороду и т.д.

Зная относительную плотность, можно вычислить относительную молекулярную, а также и молярную массу газа, если формула неизвестна:

Mr(X) = DH2 Mr(H2); M(X) = DH2 M(H2),

где Mr(H2) = 2; M(H2) = 2 г/моль.

Если плотность определяют по воздуху, то исходят из его средней молекулярной массы, равной 29.

Молярную массу газа можно определить исходя из его молярного объема при нормальных условиях в соответствии с формулами п = т/М и n = V/Vn. Если в этих формулах n для одного и того же газа имеет одинаковое значение, то т: М = V : Vn.

г) V(O2 ) = Vn; V(O2 ) = 22, 4 0, 5 = 11, 2 л.

Пример 2

При одинаковых условиях имеются 1 л Н2, 3 л NH3 и 2 л О2. Какое число молекул содержится в каждом объеме?

Согласно закону Авогадро в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Найдем число молекул в 1 л Н2:

в 22,4 л Н2 содержится 6,02 . 1023 молекул; в 1 л Н2 содержится х молекул; х = 2,69 . 1022 молекул.

Газы находятся в одинаковых условиях, поэтому согласно закону Авогадро в 3 л NH3 число молекул втрое больше, чем в 1 л Н2 (3 . 2,69 . 1022 = 8,07 . 1022 молекул), а в 2 л О2 — вдвое больше, чем в 1 л Н2 (2 . 2,69 . 1022 = 5,38 . 1022 молекул).

Пример 3

Смесь озона с кислородом имеет плотность по водороду 18. Определите объемную долю компонентов (%) смеси.

Определяем молярную массу данной смеси:

М = 2DH2 = 18 . 2 = 36 г/моль; т = 36 . 1 = 36 г. Следовательно, 36 г смеси занимают объем 22,4 л.

Обозначим массу кислорода в смеси через т1, тогда масса озона будет равна (36 – m1) г, объем кислорода в смеси через V1, тогда объем озона равен (22,4 – V1) л.

Исходя из закона Авогадро, составляем пропорции: а) 32 г O2 занимают объем 22,4 л,

m1 г О2 занимают объем V1 л,

32 = 22, 4 m1 V1 ;

48(22,4 – V1) = 22,4(36 – m1); 48(22,4 – 0,7m1) = 22,4(36 – m1); 3(22,4 – 0,7m1) = 1,4(36 – m1); 67,2 – 2,1m1 = 50,4 – 1,4 m1; 0,7m1 = 16,8; m1 = 24 г.

Масса кислорода в смеси равна 24 г. Находим объем О3 в смеси из равенства: V1 = (0,7 m1) л; V1 = 0,7 . 24 = 16,8 л.

Объем O3 в смеси равен: 22,4 – 16,8 = 5,6 л. Находим содержание О2 и О3 (в %):

22,4 л смеси равно 100%;

16,8 л О2, равно х %;

x= 16,8 100%; 22, 4

х= 75% О2 и 100% –75% = 25% О3.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Все газы подчиняются закону Авогадро, а жидкости и твердые вещест-

?ва — нет. Объясните почему.

2.Значение молярного объема одинаково для любых газов при одинаковых условиях. Как это можно объяснить?

3.Что обозначает запись DH2 (CO2) = 22?

4.Существуют понятия «молярная масса» и «молярный объем». Какая между ними связь?

5.Как перейти от количества вещества газа к его объему?

§5. Основные классы неорганических соединений

иих номенклатура

ОКСИДЫ

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород в степени окисления –2.

В отечественной химической литературе для номенклатуры оксидов придерживаются следующих правил:

1)при написании формул кислород всегда ставят на втором месте — NO, CaO;

2)в названиях оксидов вначале указывают слово «оксид», а затем в родительном падеже название второго элемента: ВаО — оксид бария, К2О — оксид калия;

3)если элемент может образовывать несколько оксидов, то после названия элемента в скобках указывают его степень окисления,

например N2O5 — оксид азота (V), N2O — оксид азота (I), FeO — оксид железа (II); Fe2O3 — оксид железа (III);

4)в названиях наиболее распространенных оксидов соотношения атомов в молекуле можно обозначать с помощью соот-

ветствующих греческих числительных: N2O — оксид диазота, NО — монооксид азота, NО2 — диоксид азота, N2O5 — пентаоксид диазота;

5)ангидриды неорганических кислот рекомендуется называть как

оксиды (например, N2O5 — оксид азота (V), а не азотный ангидрид или ангидрид азотной кислоты).

Получение. Оксиды получают несколькими способами.

1.Взаимодействием простых веществ с кислородом. Простые вещества при нагревании часто окисляются с выделением света и теплоты. Такой процесс называют горением:

С+ О2 = СО2.

2.Окислением сложных веществ образуются оксиды элементов, входящих в состав исходного сложного вещества:

2H2S + 3О2 = 2Н2О + 2SO2.

3. Разложением нитратов, карбонатов и некоторых нерастворимых гидроксидов: