Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Неорганическая химия. Учебное пособие
.pdf
ПРИМЕР 2. При 270С объем газа 600 мл. Какой объем
210С
KCl
О
2
00С
KClO
3
170С
м
3
170С
займет газ при 570С, если давление будет оставаться постоянным?
Решение. По условию задачи V1= 600 мл, Т1=273+ 27 =
300 К.
Подставляя эти значения в уравнение Гей-Люссака, полу-
чим:
600/ 300 = V2 / 330, откуда
V2= 600 × 330/ 300 = 660 мл.
Зависимость между объемом газа, давлением и температу-
рой можно выразить общим уравнением, объединяющим законы
Бойля - Мариотта и Гей-Люссака:
PV/ T = P0 V0/ T0.
В уравнении буквенные обозначения с индексом “0” отно-
сятся к нормальным условиям существования газа, а без индексов - к любым условиям.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
18. Определить объем, занимаемый 0,07 кг азота при
и давлении 142 кПа (1065 мм рт. ст.).
19. Бертолетова соль при нагревании разлагается с
образованием
и
. Сколько литров кислорода при
температуре
1 моля
20. После взрыва 0,02 л смеси водорода и кислорода
и давлении 101,3 кПа можно получить из
?
осталось не прореагировавшим 0,0032 л кислорода. Выразить в процентах по объему первоначальный состав смеси.
21. 25. Из скольких атомов состоят в парах молекулы
ртути, если плотность паров ртути по воздуху равна 6,92?
22. 26. Какой объем займет 1 кг воздуха при
и
давлении 101,33 кПа?
23. 27. Вычислить массу 1
воздуха при
и
давлении 83,2 кПа (624 мм рт. ст.).
11
3. МОЛЬ. ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЬНЫЙ ОБЪЕМ
2
23
ГАЗА
Моль - количество вещества, содержащее столько моле-
кул, атомов, ионов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода с атомной массой, равной 12.
Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле веще-
ства N (число Авогадро ) равно 6,02 × 1023 моль-1.
Нужно учесть, что масса 1 моля вещества (мольная масса),
выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе этого вещества.
ПРИМЕР 1. Выразить в граммах массу одной молекулы
СО
.
Решение. Молекулярная масса углекислого газа равна 44.
Следовательно, мольная масса СО2 равна 44 г/ моль. В 1 моле
углекислого газа содержится 6,02 × 1023 молекул. Отсюда
находим массу одной молекулы:
m= 44/ (6,02 × 1023) = 7,31 × 10
г.
Согласно закону Авогадро в равных объемах любых газов,
взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении,
содержится одинаковое число молекул. Этот объем называется
мольным объемом газа и при нормальных условиях ( при 273 К
и давлении 101,325 кПа ) равен 22, 4 л.
ПРИМЕР 2. Определить объем, занимаемый 5,25 г азота
при температуре 260С и давлении 98,9 кПа (742 мм рт. ст.).
Решение. Зная мольный объем и мольную массу (28 г/
моль) азота, находим объем, который будут занимать 5,25 г азота при нормальных условиях:
28 г азота занимают объем 22,4 л ,
5,25 г ----------- V0 ,
откуда V0= 5,25 × 22,4/28 = 4,20 л.
Затем приводим полученный объем к указанным в задаче
условиям: V= P0V0T / (PT0) =
101,3 × 4,20 × 299 / (98,9 × 273) = 4,71 л.
12
2
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
24. Выразить в граммах массу одной молекулы диок-
сида серы.
25. Какой объем при нормальных условиях занимают
27 × 10 21 молекул газа?
26. Определить объем, занимаемый 0,07 кг N
при
температуре 294К и давлении 142кПа. Ответ: 43 л.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС ВЕ-
ЩЕСТВ В ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ
Для определения ММ вещества обычно находят численно
равную ей мольную массу вещества в г/ моль. Используется несколько методов определения ММ: по плотности газа, по мольному объему, по уравнению Клапейрона-Менделеева.
ПРИМЕР 1. Плотность газа по воздуху равна 1,17. Опре-
делить ММ газа.
Решение. Из закона Авогадро следует, что при одном и
том же давлении и одинаковых температурах массы (m) равных
объемов газов относятся как их мольные массы (М).
m1/ m2 = M1/M2 ,
тогда D = M1/M2= 1,17
Средняя мольная масса воздуха М2 равна 29,0 г/ моль.
Тогда: М1= 1,17 × 29,0 = 33,9 г/ моль, что соответствует молекулярной массе, равной 33,9.
ПРИМЕР 2. Определить ММ газа, если при нормальных
условиях 0,824 г его занимают объем 0, 260 л.
Решение. При нормальных условиях 1 моль любого газа
занимает объем 22,4 л. Вычислив массу 22,4 л данного газа, мы
узнаем его мольную массу.
0, 824 г газа занимают объем 0,260 л ,
Х г - 22,4 л ,
Х = 22,4 × 0,824 / 0,260 = 71,0 г.
13
Следовательно, мольная масса равна 71 г/ моль, а его мо-
78100,78
1061032,8
36031,8101,30
3
44
-3
М
м
3
00С
м
3
лекулярная масса равна 71.
ПРИМЕР 3. По уравнению Клапейрона - Менделеева вы-
числить ММ бензола, зная, что масса 600 мл его паров при температуре 360 К и давлении 83,2 кПа равна 1,30 г.
Решение. Уравнение Клапейрона - Менделеева:
PV = mRT / M ,
где R - универсальная газовая постоянная, равная
8,314Дж/(моль× К)
г/моль
Получаем: молекулярная масса бензола равна 78,0г/моль.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
27. Плотность этилена по кислороду равна 0, 875.
Определить молекулярную массу этилена.
28. Какой объем займет 1 кг воздуха при 290 К и
давлении 101,33 кПа ?
29. Масса 200 мл ацетилена при нормальных услови-
ях равна 0,232 г. Определить мольную массу ацетилена.
30. Вычислить мольную массу газа, если масса 600
мл его при нормальных условиях равна 1,714 г.
31. Масса 0,001
газа равна (при
, 101,33 кПа)
1,25 г. Вычислить: а) мольную массу газа, б) массу одной
молекулы газа.
32. Масса 0,001
газа при нормальных условиях
равна 0,0021 кг. Определить мольную массу газа и его
плотность по воздуху.
5. ВЫВОД ХИМИЧЕСКИХ ФОРМУЛ. РАСЧЕТЫ ПО
ХИМИЧЕСКИМ УРАВНЕНИЯМ
Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком
количестве входят в состав вещества. Различают формулы простейшие и молекулярные. Простейшая формула выражает
наиболее простой возможный атомный состав молекул веще-
14
ства, соответствующий отношениям масс между элементами,
образующими данное вещество. Молекулярная формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле
(для веществ молекулярного строения).
Для вывода простейшей формулы вещества достаточно
знать его состав и атомные массы образующих данное вещество
элементов.
ПРИМЕР 1. Найти простейшую формулу оксида хрома,
содержащего 68,4 % (масс.) хрома.
Решение. Обозначим числа атомов хрома и кислорода в
простейшей формуле оксида через Х и У. Атомные массы хрома и кислорода равны 52 и 16. Массы хрома и кислорода в составе оксида относятся как 52Х : 16У.
По условиям задачи это отношение равно 68,4: 31,6.
52Х : 16У = 68,4 : 31,6, а Х : У = 68,4/ 52 : 31,6 / 16 = 1,32 : 1,98.
Чтобы выразить полученное отношение целыми числами,
разделим оба его члена на меньший из них
Х : У = 1,32 / 1,32 : 1,98 / 1,32 = 1 : 1,5;
умножая оба члена последнего на 2, получим: Х : У = 2 : 3.
Получается: простейшая формула оксида хрома Cr2O3.
Для нахождения молекулярной формулы вещества необходимо кроме состава вещества знать его молекулярную массу.
ПРИМЕР 2. Газообразное соединение азота с водородом
содержит 12,5 % (масс.) водорода. Плотность соединения по водороду равна 16. Найти молекулярную формулу соединения.
Решение. Находим отношение числа атомов азота Х к
числу атомов водорода У в молекуле соединения:
Х : У = 87,5 / 14 : 12,5 / 1 = 6,25 : 12,5 = 1 : 2 .
Простейшая формула соединения NH2. Этой формуле отвечает молекулярная масса, равная 16. Истинную молекулярную
массу вещества находим, исходя из его плотности по водороду:
М = 2 × 16 = 32.
Истинная молекулярная масса вещества вдвое больше вычисленной по его простейшей формуле. Следовательно, молеку-
лярная формула соединения N2 H4.
В уравнении химической реакции каждая формула изображает один моль соответствующего вещества. Поэтому, зная
15
мольные массы участвующих в реакции веществ, можно по
KN O
3
( )NH HPO
4 2 4
уравнению реакции найти соотношение между массами веществ,
вступающих в реакцию и образующихся в результате ее протекания. Если в реакции участвуют вещества в газообразном состоянии, то уравнение реакции позволяет найти их объемные
отношения.
ПРИМЕР 3. Хлор может быть получен действие серной
кислоты на смесь диоксида марганца с хлористым натрием. Реакция протекает по уравнению:
2 NaCl + MnO2 + 3 H2SO4 =
= 2 NaHSO4 + MnSO4 + Cl2 + H2O.
Какой объем хлора (условия нормальные) можно получить
на 100 г хлорида натрия?
Решение. Согласно уравнению реакции, из 2 молей NaCl
получается 1 моль хлора.
масса 2 молей 117 г NaCl дают 22,4 л Сl2 ,
100 г NaCl ------- X л Cl2
Х = 22,4 × 100 / 117 = 19,15 л
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
33. Найти простейшую формулу вещества, содержа-
щего (по массе) 43,4% натрия, 11,3% углерода и 45,3% кислорода.
34. Найти простейшую формулу оксида ванадия,
зная, что 2,73 г оксида содержат 1,53 г металла.
35. Вещество содержит (по массе) 26,53% калия,
35,37% хрома и 38,1% кислорода. Какова его простейшая
формула?
36. Найти молекулярную формулу вещества, содер-
жащего (по массе) 93,75% углерода и 6,25% водорода, если
плотность этого вещества по воздуху равна 4,41.
37. Вычислить массу азота, содержащегося в 1кг: а)
калийной селитры
; б) аммиачной селитры; в) аммо-
фоса
.
16
38. Какую массу железа можно получить из 2 т же-
32
OFe
AgNO
3
AgCl
СО
2
КОН
СаСО
3
СО
2
лезной руды, содержащей 94% по массе
?
39. К раствору, содержащему 10 г серной кислоты,
прибавили 9 г гидроксида натрия. Какую реакцию имеет
полученный раствор?
40. Раствор, содержащий 34 г
, смешивают с
раствором, содержащим такую же массу хлорида натрия.
Весь ли нитрат серебра вступит в реакцию? Сколько грам-
мов
получилось в результате реакции?
41. При сжигании 3 г антрацита получилось 5,3 л
, измеренного при нормальных условиях. Сколько
процентов углерода по массе содержит антрацит?
42. К раствору, содержащему 6,8 г трихлорида алю-
миния, прилили раствор, содержащий 5 г
. Найти
массу образовавшегося осадка.
43. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида
кальция, пропустили 3,36 л диоксида углерода, взятого при
нормальных условиях. Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.
44. Сколько граммов хлорида аммония образуется
при смешении 7,3 г HCl с 4 г аммиака? Найти массу оставшегося после реакции газа.
45. Какова масса природного известняка, содержаще-
го 90% (массовых)
, потребуется для получения 7
тонн негашеной извести. Карбонат кальция разлагается на
СаО и
при нагревании.
6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Неорганические соединения классифицируются как по
составу, так и по свойствам. По составу они подразделяются на
двухэлементные (бинарные) и многоэлементные соединения. К
бинарным соединениям относятся оксиды, галогениды, сульфиды, нитриды, карбиды, гидриды и другие вещества.
17
Среди многоэлементных соединений важную роль играют
H SO
2 4
H BO
3 3
H P O
4 2 7
HOCl
HM nO
4
H SiO
2 3
Cu OH( )
2
H AsO
3 4
H WO
2 4
Fe OH( )
3
Ba BaO BaCl Ba NO BaSO
2 3 2 4
( )
Mg MgSO Mg OH MgO MgCl
4 2 2
( )
Zn K Z nO
2 2
S H SO
2 3
NH HN O
3 3
Cu CuS
Al O
2 3
Sn OH( )
2
Cr OH( )
3
CuSO BaCl BaSO CuCl
4 2 4 2
FeS K SO FeSO K S
2 4 4 2
гидроксиды, которые делят на основные и кислотные. Первые
называются основаниями, а вторые - кислотами. Соединения,
образуемые взаимодействием оснований и кислот, а также основных оксидов с кислотами и кислотных оксидов с основаниями, называются солями. Амфотерными называются оксиды, которые образуют соли как с кислотами, так и с основаниями.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
46. Составить формулы нормальных и кислых солей
калия и кальция, образованных : а) угольной кислотой, б)
мышьяковистой кислотой.
47. Написать формулы ангидридов указанных кис-
лот:
,
,
,
,
.
48. Написать формулы оксидов, соответствующих
указанным гидроксидам:
,
.
,
,
49. Составить уравнения реакций, с помощью кото-
рых можно осуществить указанные превращения:
;
50. Написать уравнения реакций, с помощью которых
можно осуществить следующие превращения:
,
,
,
51. Как доказать амфотерный характер соединений:
ZnO,
,
,
?
52. Можно ли осуществить в растворах указанные ниже
реакции:
;
;
18
,
.
.
AgCl KNO AgNO KCl
3 3
?
P O
2 5
СО
2
N O
2 5
SO
2
N O
2 5
Zn ОH( )
2
AgNO
3
H PO
3 4
H SO
2 4
OCs
2
P O
2 5
CrO
3
Дать мотивированный ответ.
53. Какие кислоты могут быть получены непосред-
ственным взаимодействием с водой оксидов:
,
?
,
54. С какими из перечисленных ниже веществ будет
,
реагировать соляная кислота:
,
,
?
,
, СаО,
Составить уравнения реакций.
55. Написать уравнения реакций, свидетельствую-
щих об основных свойствах FeO, , HgO, Bi2O3.
56. Написать уравнения реакций, доказывающих
кислотный характер: SeO2, SO3, Mn2O7, , .
7. СТРОЕНИЕ АТОМА. ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ
ЭЛЕМЕНТОВ ОТ СТРОЕНИЯ ИХ АТОМОВ
Любое устойчивое состояние электрона в атоме характеризуется определенными значениями квантовых чисел n, l, m, s.
Состояние электрона в атоме, отвечающее определенным значениям квантовых чисел n, l, m, называют атомной электронной
орбиталью (АО).
Каждая АО характеризуется определенным расположением в пространстве волновой функции , квадрат которой опре-
деляет вероятность обнаружения электрона в соответствующей
области пространства. Атомные орбитали, которым отвечают
значения l, равные 0, 1, 2, 3, называются соответственно s-, p-,
d-, f- орбиталями. В графических схемах электронного строения
атомов каждая орбиталь обозначается в виде квадрата.
Согласно принципу Паули, в атоме не может быть двух
электронов, характеризующихся одинаковым набором квантовых чисел. Из этого следует, что каждая АО может быть занята
не более, чем двумя электронами, отличающимися разными зна-
19
чениями спинов, которые в квадрате обозначают противоположно направленными стрелками.
Порядок заполнения АО электронами определяется правилами Клечковского, которые учитывают зависимость энергии
орбитали от значений как главного квантового числа n, так и
орбитального квантового числа l. Согласно этим правилам АО
заполняются электронами в порядке последовательного увеличения суммы n+l (первое правило Клечковского), а при одинаковых значениях этой суммы - в порядке последовательного
возрастания главного квантового числа n (второе правило Клечковского).
ПРИМЕР 1. Какой подуровень заполняется в атоме элек-
тронами после заполнения подуровня 4p?
Решение. Подуровню 4р отвечает сумма n+l=4+1=5. Та-
кой же суммой n+l характеризуется подуровень 3d (3+2=5) и
5s (5+0=5). Однако состоянию 3d отвечает меньшее значение
n=3, чем состоянию 4р, поэтому подуровень 3d будет заполняться раньше, чем подуровень 4 р. Следовательно, после заполнения подуровня 4р будет заполняться подуровень 5s, которому
отвечает n=5.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
57. Записать электронные формулы атомов элемен-
тов с зарядом ядра: а) 15, б) 20, в) 35, г) 50. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов.
58. На каком основании хром и сера, фосфор и вана-
дий расположены в одной группе периодической системы?
Почему их помещают в разных подгруппах?
59. Сколько значений магнитного квантового числа
возможно для электронов энергетического подуровня, орбитальное квантовое число которого равно l=2? l=3?
60. Какое максимальное число электронов может со-
держать атом в электронном слое с главным квантовым
числом n=4?
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]