Начальный курс химии (Для студентов-иностранцев). В 2 частях. Ч. 1. Учебное пособие
.pdf
Пример 2. Определите массу оксида алюминияAl2O3, который образуется при сгорании алюминия массой0,3375 кг, и объем кислорода, который при этом расходуется:
4 Al + 3O2 = 2 Al2O3.
Дано:
m(Al) = 0,324 кг
Найти:
m(Al2O3) V(O2)
Решение
1. Определяют количество вещества алюминия по формуле
n(Al) = m(Al) / M(Al) =
= 0,324 кг / 0,027 кг/моль = 12 моль.
2. Рассчитывают количество вещества оксида алюминия, который образуется в результате реакции согласно пропорции:
по уравнению: 4 моль Al |
– |
2 моль Al2O3; |
по условию: 12 моль Al |
– |
x моль Al2O3; |
x= 6 моль Al2O3.
3.Переходят от количества вещества алюминия к его массе по формуле
m(Al2O3) = n(Al2O3) ∙ M(Al2O3) = 6 моль ∙ 0,102 кг/моль =
=0,612 кг.
4.Определяют количество вещества кислорода, который расходуется на горение алюминия, количеством вещества 12 моль. На основании уравнения реакции составляют пропорцию:
по уравнению: 4 моль Al |
– |
3 моль O2; |
по условию: 12 моль Al |
– |
x моль O2; |
x= 9 моль O2.
5.Объем кислорода определяют по формуле
V(O2) = n(O2) · Vm = 9 моль · 0,0224 м3/моль = 0,202 м3.
Ответ: m(Al2O3) = 0,612 кг; V(О2) = 0,202 м3.
31
Пример 3. К карбонату кальция СаСО3 массой 0,05 кг прибавили хлороводородную кислоту HCl массой 0,1095 кг. Определите объем образующегося при реакции углекислого газа:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑.
Дано: |
|
|
|
|
|
|
Решение |
||
m(CaCO3) = 0,05 кг |
|
|
1. Определяют количество веще- |
||||||
m(HCl) = 0,1095 кг |
|
|
|||||||
|
|
ства карбоната кальция и хлороводо- |
|||||||
Найти: |
|
родной кислоты по формулам |
|||||||
V(CO2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n(CaCO3 ) = |
m(CaCO3 ) |
= |
0,05 кг |
|
= 0,5 моль; |
||||
M (CaCO3 ) |
|
|
|||||||
|
|
|
|
0,1 кг/моль |
|||||
n(HCl) = |
m(HCl) |
= |
|
0,1095 кг |
= 3,0 моль. |
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
M (HCl) 0,0365 кг/моль |
|
|
|||||
2.Определяют, какое вещество реагирует полностью, а какое взято в избытке. По уравнению 1 моль СаСО3 реагирует с2 моль HCl (отношение равно 1/2). По условию задачи к 0,5 моль CaCO3 прибавили 3 моль HCl или 1/6. Значит, карбонат кальция CaCO3 полностью вступает в реакцию, а хлороводородная кислота взята избытке и часть кислоты в реакцию не вступает.
3.Рассчитывают количество углекислого газа, который образовался в результате реакции, по количеству вещества, которое полностью вступает в реакцию, т. е. по карбонату кальция.
По уравнению из 1 моль CaCO3 образуется 1 моль CO2, зна-
чит, из 0,5 моль CaCO3 образуется 0,5 моль CO2, что составляет
22,4 дм3/моль · 0,5 моль = 11,2 дм3. Ответ: V(CO2) = 11,2 дм3.
Контрольные задания
1.Определите массу кальция, фосфора и кислорода, которые содержатся в фосфате кальция Ca3(PO4)2 массой 620 г.
2.Определите массу оксида фосфора (V) P2O5, в котором содержится 15,5 г фосфора.
32
3.Найдите массу серной кислоты H2SO4, необходимую для полной нейтрализации 20 г гидроксида натрия NaOH.
4.Какой объем этина С2Н2 (н. у.) можно получить взаимодействием воды с 0,80 кг карбида кальция СаС2?
5.Определите массу гидроксида алюминия Al(OH)3, который образуется при взаимодействии6,8 г хлорида алюминия AlCl3 c 5,0 г гидроксида калия KOH.
6.Определите массу нитрата кальцияCa(NO3)2, который образуется при взаимодействии 14 г оксида кальция с 94,5 г азотной кислоты HNO3.
Контрольные вопросы
1.Что показывают коэффициенты, в том числе перед газообразными веществами, в уравнениях реакций?
2.Для чего необходимо знать количество исходных веществ и продуктов реакций?
3.Что такое избыток вещества?
1.10. Практическое применение химических расчетов
Химические реакции лежат в основе многих производств, например производства металлов, красителей, удобрений, лекарств, стекла и др. Обычно в производстве получают меньше продукта, чем рассчитывают по уравнению реакции.
Отношение массы продуктов, получаемых в производстве
(mпрактическая), к массе продуктов, рассчитанных по уравнению реакции (mтеоретическая), называют массовой долей выхода продукта от теоретически возможного:
w = mпрактическая . mтеоретическая
Например, согласно расчету по уравнению реакции должны были получить 100 кг продукта. На практике получили93 кг. Массовая доля выхода продукта от теоретически возможного равна 93 кг / 100 кг = 0,93 или в процентах: 0,93 ∙100 % = 93 %.
33
Пример 1. Рассчитайте массовую долю выхода оксида серы (VI) SO3, если из оксида серы (IV) SO2 массой 320 т и избытка кислорода (О2) получили оксид серы (VI) SO3 массой 392 т:
2SO2 + O2 = 2SO3.
Дано: |
|
|
|
|
|
|
Решение |
|
m(SO2) = 320 т |
|
|
|
|
|
|
||
m(SO3) = 392 т |
|
|
|
1. Рассчитывают |
количество вещества |
|||
Найти: |
|
|
|
|
оксида серы (IV) SO2, который вступа- |
|||
ω(SO3) |
|
|
|
|
ет в реакцию: |
|
||
n(SO2 ) = |
m(SO |
2 |
) |
= |
320 ×103 кг |
= 5 ×106 моль. |
||
M (SO2 ) |
0,064 кг/моль |
|||||||
|
|
|
||||||
2.Определяют количество вещества оксида серы (VI) SO3, который должен получиться согласно уравнению реакции. Из
2моль SO2 получается 2 моль SO3, следовательно, из 5·106 моль SO2 должно образоваться 5·106 моль SO3.
3.Переходят от количества вещества SO3 к его массе:
m(SO3) = M(SO3) · n(SO3) = 0,08 кг/моль · 5·106 моль = |
|
|||||
|
= 4·105 кг |
= 400 т. |
|
|||
4. Рассчитывают |
массовую долю выхода оксида |
серы |
||||
(VI) SO3: |
|
|
|
|
||
w = |
m(SO3 )практ. |
|
= |
392 |
= 0,98. |
|
m(SO3)теорет. |
400 |
|
||||
|
|
|
|
|||
Ответ. ω(SO3) = 0,98 или 98 %.
Пример 2. Рассчитайте массу оксида азота(II), который получается при сжигании34 кг аммиака, если выход оксида азота (II) равен 98 %:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.
Дано: |
|
|
|
Решение |
|
|
m(NH3) = 34 кг |
1. Определяют количество вещества аммиака |
|||||
ω(NO) = 98 % |
(NH3), который вступает в реакцию: |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Найти: |
n = |
m(NH3 ) |
= |
34 кг |
= 2 ×103 моль. |
|
m(NO) |
||||||
|
|
|||||
|
M (NH3 ) |
0,017 кг/моль |
|
|||
|
|
|
||||
34
2. Рассчитывают количество вещества оксида азота (II), который должен получиться согласно уравнению реакции:
по уравнению: 4 моль NH3 - 4 моль NO;
по условию: 2·103 моль NH3 - х моль NO;
х= 2 ·103 моль NO.
3.Потом определяют массу NO:
m(NO) = n(NO) ∙ M(NO) = 2∙103 моль ∙ 0,030 г/моль = 60 кг.
4. Рассчитывают массу оксида азота(II), который получается практически:
m(NO)практ. = m(NO)теорет. ∙ ω(NO) = 60 кг ∙ 0,98 = 58,8 кг.
Ответ: масса оксида азота(II) равна 58,8 кг.
Контрольные задания
1.Рассчитайте массу оксида азота (II) NO, который получа-
ется из аммиака NH3 массой 85 кг окислением его в кислороде, если выход NO составляет 95 %.
2.Определите выход оксида магния MgO, если из 27 кг карбоната магния MgCO3 получается 12 кг MgO.
3.Рассчитайте массу серной кислотыH2SO4, которая получается из 40 кг оксида серы (VI) SO3 при его взаимодействии с водой, если выход H2SO4 составляет 92 %.
4. Определите выход гидроксида кальция Ca(OH)2, если из 28 кг оксида кальция CaO при взаимодействии с водой получает-
ся 36,3 кг Ca(OH)2.
5. Рассчитайте массу оксида алюминияAl2O3, который получается в результате реакции алюминия массой 81 кг с кислородом массой 48 кг, если выход Al2O3 составляет 96 %.
Контрольные вопросы
1.Что называется массовой долей выхода продукта от теоретически возможного?
2.Для чего применяют расчеты по химическим формулам и уравнениям?
35
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1.Какова масса смеси, содержащей при н.у. 1,12 дм3 азота и 4,48 дм3 кислорода?
2.Оксид кальция массой14 г обработали раствором, содержащим 35 г азотной кислоты. Установите массу образовавшейся соли.
3. Определите объем образующегося углекислого газа (н. у.), образовавшегося в результате реакции 6 дм3 оксида углерода (II) и 2 дм3 кислорода.
4.Какой объем углекислого газа (н. у.) получится при сжигании 3,2 г метана в 9,6 дм3 кислорода?
5.При полном растворении 2,24 дм3 аммиака (н. у.) в азотной кислоте получили нитрат аммония массой7,5 г. Определите выход продукта реакции от теоретически возможного.
6.Смесь кальция и серебра массой8 г обработали доста-
точным количеством хлороводородной кислоты. При этом выделилось 3,36 дм3 водорода (н. у.). Рассчитайте массовые доли металлов в смеси.
7.При нагревании 30 г смеси оксида магния и карбоната магния выделился газ объемом5,6 дм3. Определите массовую долю карбоната магния в смеси.
8.Какой объем азота и водорода (при н. у.) потребуется для получения 17 г аммиака, если выход его составляет 50 % от теоретического возможного?
9.Сколько молекул содержится в 1 дм3 воды?
10.Определите элемент, если известно, что он находится в VI группе периодической системы и высшее кислородное соединение его имеет относительную молекулярную массу 127.
11.Какой объем занимают 3,01∙1023 молекул аммиака при н. у.?
12.Чему равна молекулярная масса газа, если масса 3 дм3 его равна 9,51 г (н.у.)? Какой это газ?
13.Рассчитайте массу серной кислоты, которая получается при взаимодействии 40 г оксида серы (VI) с 18 см3 воды. Массовая доля выхода серной кислоты составляет 0,95.
14.Найдите простейшую формулу оксида ванадия, зная, что 2,73 г оксида содержит 1,53 г металла.
36
15.Определите плотность по водороду газовой смеси, состоящей из аргона объёмом 28 дм3 и азота объёмом 14 дм3.
16.Какой объём при нормальных условиях займёт сероводород H2S массой 51,0 г?
17.Определите массу газовой смеси, состоящей из 1,12 дм3 кислорода и 2,24 дм3 оксида серы (IV) при н. у.
18. Какая масса гидроксида кальция Са(ОН) потребуется
2
для нейтрализации раствора, содержащего 7,3 г НСl?
19. Определите массу магния, если в результате реакции
ссерной кислотой выделяется 11,2 дм3 водорода при н.у.?
20.Какая масса железа содержит столько атомов, сколько их содержится в молекулярном кислороде массой 8 г?
21.Сколько атомов водорода содержится в 72 г воды Н2O?
22.Чему равна молекулярная масса газа, если масса 2 дм3 его равна 1,52 г (н.у.)? Какой это газ?
23.Определите плотность триоксида серы (SO3) при н.у.
24.Какая масса оксида кальция CaO, и какой объем оксида углерода (IV) CO2 (н.у.) образуется при разложении 200 кг карбоната кальция CaCO3?
25.Какая масса гидроксида натрияNaOH, и какой объем водорода (н.у.) образуется в результате соединения 23 г натрия с водой?
26.Определите массу гидроксида натрия NaOH, необходимую для полной нейтрализации 41 г сернистой кислоты H2SO3.
27.Какой объем оксида углерода (IV) СO2 (н.у.) можно получить при взаимодействии 106 г карбоната натрия Na2CO3 и 144 г хлороводородной кислоты HCl?
28.Определите массовую долю выхода йода, если в резуль-
тате реакции 332 кг йодида калия KI с пероксидом водорода Н2О2 получается 241,3 кг I2.
29.Рассчитайте массу оксида серы (IV), который получается из сероводорода массой 17 г окислением его в кислороде, если массовая доля выхода SO2 составляет 0,98.
30.Определите массу нитрата железа(III) Fe(NO3)3, которую можно получить из 214 г гидроксида железа (III) Fe(OH)3 и 315 г азотной кислоты HNO3?
37
|
|
Тестовые задания |
|
|
1. Укажите химическое явление: |
||
1) |
испарение спирта; |
2) |
превращение мела в порошок; |
3) |
плавление меди; |
4) |
горение магния. |
2.Молекула – это …
1)наименьшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства;
2)наименьшая частица вещества, которая сохраняет его физические свойства;
3)наименьшая частица химического элемента, которая сохраняет его химические свойства;
4)наибольшая частица вещества, которая не сохраняет его химические свойства.
3.Определите массу атома натрия, если масса атома углерода равна 1,993·10-26 кг:
1) |
3,820 |
∙10-26 кг; |
2) |
4,584∙10-25 кг; |
3) |
1,993∙10-26 кг; |
4) |
2,391∙10-25 кг. |
|
|
4. |
Укажите оксид, в котором валентность азота равна трем: |
||
1) N2O; |
|
2) |
NO; |
|
3) N2O3; |
Определите |
4) N2O5. |
||
|
5. |
формулу |
вещества, которое содержит |
|
|
|
26 % азота и 74 % кислорода: |
||
1) N2O; |
|
2) |
NO; |
|
3) N2O3; |
|
4) N2O5. |
||
|
6. |
Количество вещества – это физическая величина, которая |
||
|
|
определяется … |
|
|
1) |
числом частиц; |
2) |
объемом частиц; |
|
3) |
размером частиц; |
4) |
массой частиц. |
|
|
7. |
Как взаимосвязаны между собой молярная масса (М), |
||
|
масса (m) и количество (n) вещества? |
|||
1) |
М = m ∙ n; |
2) M = m / n; |
||
3) M = n / m; |
4) M = m + n. |
|||
|
8. |
Сколько молекул содержится в воде массой 18 г? |
||
1) |
6,02 ∙1023; |
2) |
3,01∙1023; |
|
3) |
9,03∙1023; |
4) |
12,04∙1023. |
|
38
9.Сколько молей содержится в карбонате кальция (СаСО3) массой 50 г?
1) 0,2 моль; |
2) |
1,0 моль; |
3) 5,0 моль; |
4) |
0,5 моль. |
10. Определите число атомов кислорода в 3 моль оксида |
||
углерода (IV) CO2: |
2) |
36,12∙1023; |
1) 3,01∙1023; |
||
3) 9,03∙1023; |
4) |
18,06∙1023. |
11. Выберите реакцию соединения: |
||
1) Zn + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2; |
2) SO2 + H2O = H2SO3, |
|
3) NaOH + HCl = NaCl+ H2O; |
4) 2HgO = 2Hg + O2. |
|
12. Для какого газа относительная плотность по воздуху |
||
равна 1,586? |
|
|
1) N2O; |
2) NO; |
|
3) NO2; |
4) N2O5. |
|
13. Какой объем занимают 3,01∙1023 молекул водорода? |
||
1) 22,4 дм3; |
2) 1,0 дм3; |
|
3) 11,2 дм3; |
4) 44,8 дм3. |
|
14.Определите плотность аммиака (NH3) при нормальных условиях:
1) 1,52 кг/м3; |
2) 0,76 кг/м3; |
3) 0,38 кг/м3; |
4) 3,04 кг/м3. |
15.Чему равна масса 1 дм3 аммиака (NH3) при нормальных условиях?
1) 1,52 г; |
2) 0,76 г; |
3) 3,04 г; |
4) 0,38 г. |
16.Вычислите массу железа, которое содержится
всульфиде железа (II) массой 22 кг:
1) 7 кг; |
2) 14 |
кг; |
3) 28 кг; |
4) 56 |
кг. |
17.Определите массовые доли серы и кислорода соответственно в оксиде серы (IV) SO2:
1) |
0,50 и 0,50; |
2) |
0,75 и 0,25; |
3) |
0,25 и 0,75; |
4) |
0,40 и 0,60. |
|
18. Чему равна масса 9,03 . 1023 молекул кислорода? |
||
1) |
16 г; |
2) |
32 г; |
3) |
48 г; |
4) |
64 г. |
39
ГЛАВА 2. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
ИПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМАЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА. СТРОЕНИЕ АТОМА
2.1. Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Словарь
Русский |
Английский |
Французский |
Арабский |
периодический |
periodic |
périodique |
يرود |
система |
system |
système(m) |
مﺎﻈﻧ |
сравнить |
to compare |
сomparer |
ﺔﻧرﺎﻘﻣ |
изменение |
changing |
changement(m) |
ﺮﯿﯿﻐﺗ ،ﺮﯿﻐﺗ |
сходный |
similar |
analogue, pareil, |
ﺊﻓﺎﻜﺘﻣ ، ﮫﺑﺎﺸﺘﻣ |
правильный |
correct |
juste, correct, |
ﺢﯿﺤﺻ |
|
|
jumeau |
|
интервал |
interval |
intervalle(m) |
ﺔﻠﺻﺎﻓ |
повторяться |
to recur, |
se repeater |
رﺮﻜﺗ |
|
to repeate (itself) |
|
|
период |
period |
période(f) |
ةرود ، ﺔﻠﺣﺮﻣ |
группа |
group |
groupe(m) |
ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ |
подгруппа |
subgroup |
sous-groupe(m) |
ﺔﯿﻋﺮﻓ ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ |
главный |
principal |
principal |
ﻲﺳﺎﺳأ |
побочный |
secondary |
secondaire |
ﻲﺿرﺎﻋ ، يﻮﻧﺎﺛ |
В конце XVIII века было известно около 30 химических элементов, в середине XIX века – более 60. Многие ученые (английские У. Одлинг и Дж. Ньюлэндс, немецкие И. Деберейнер и Л. Мейер, французские Ж. Дюма и А. Шанкуртуа и др.) пытались классифицировать химические элементы. Они сравнивали только сходные элементы, а потому не смогли открыть периодический закон. Эту задачу решил русский ученыйДмитрий Иванович Менделеев в 1869 году.
Д.И. Менделеев сравнивал между собой несходные естественные группы элементов. Он обнаружил периодическое изменение свойств элементов с изменением значений их атомных масс. Расположив все известные тогда элементы в порядке возрастания их атомных масс, Менделеев открыл, что сходные в химическом
40