Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия (Для студентов-иностранцев). Учебное пособие
.pdf
1.6. Закон сохранения массы вещества.
Химические уравнения
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
сохранение conservation conservation(f) ، ﻆﻔﺣ ، ﺔﻈﻓﺎﺤﻣ
ﺔﯾﺎﻗو ، ﺔﻧﺎﯿﺻ
формулировать to formulate formuler غﺎﺻ
вступать в
реакцию
продукт реакции product of
исходное
вещество
коэффициент coeffic ient coeffic ient(m) ﻞﻣﺎﻋ،ﻞﻣﺎﻌﻣ
to enter into
reaction
reaction
initial
substance
agir, réagir ﻞﻌﻔﻟا در ﻞﺧد
produit(m) de
réaction
substance(f) de
base
ﻞﻌﻔﻟا در ﺞﺋﺎﺘﻧ
ﺔﯿﻟوﻻا ةدﺎﻤﻟا
В 174 8 году русский ученый М.В. Ломоносов теоретически
высказал, а в 1756 году экспериментально обосновал один из
главных законов природы – закон сохранения массы вещества.
Масса веществ, которые вступают в химическую реакцию,
равна массе веществ, которые образуются в результате реакции.
The mass of substances that enter into a chemical reaction is equal to
the mass of substances that are formed as a result of the reaction.
La ma sse des subst ances q ui entr ent dan s une réact ion chimi que est
égale à la masse des substances qui se forment à la suite de la réaction.
.ﻞﻌﻔﻟا دﺮﻟ ﺔﺠﯿﺘﻧ ﻞﻜﺸﺗ ﻲﺘﻟا داﻮﻤﻟا ﺔﻠﺘﻛ يوﺎﺴﺗ ﻲﺋﺎﯿﻤﯿﻜﻟا ﻞﻋﺎﻔﺘﻟا ﻞﺧﺪﺗ ﻲﺘﻟا داﻮﻤﻟا ﺔﻠﺘﻛ
Французский ученый А.Л. Лавуазье 1789 году сделал важ-
ный вывод: масса каждого элемента, который участвует в реакции, не изменяется в этой реакции.
С точки зрения атомно-молекулярного учения суть закона
сохранения массы вещества заключается в том, что при химических реакциях атомы не исчезают и не возникают из ничего – их
количество остается неизменным до и после реакции. Поскольку
атомы имеют постоянную массу, и их общее число в результате
реакции не изменяется, то масса веществ до и после реакции остается постоянной. Закон сохранения массы вещества применяется
21
для составления химических уравнений, которые используют для
записи химических реакций.
Химическое уравнение – это выражение химической ре-
акции с помощью химических формул.
A chem ical equati on is an expression of a chemica l reaction usin g
chemical formulas.
Une équation chimique est l'expression d'une réaction chimique à
l'ai d e d e formules chimiques.
.ﺔﯿﺋﺎﯿﻤﯿﻜﻟا ﻎﯿﺼﻟا ةﺪﻋﺎﺴﻤﺑ ﻲﺋﺎﯿﻤﯿﻛ ﻞﻌﻓ در ﻦﻋ ﺮﯿﺒﻌﺗ ﺔﯿﺋﺎﯿﻤﯿﻜﻟا ﺔﻟدﺎﻌﻤﻟا
В левой части уравнения пишут формулы веществ, которые
вступают в реакцию (их еще называют исходные вещества), в
правой части – формулы веществ, образующихся в результате
реакции (продукты реакции или конечные вещества).
Согласно закону сохранения массы вещества, число атомов
каждого элемента в левой и правой части химического уравнения
должно быть одинаковым. Чтобы достичь этого, перед формулами веществ расставляют коэффициенты.
Составим, например, химическое уравнение реакции обра-
зования оксида алюминия. В левой части уравнения записывают
формулы исходных веществ: алюминия Al и кислорода O2; в правой части – формулу продукта реакции – оксида алюминия Al2O3:
Al + O2 → Al2O3.
Так получают схему реакции. Чтобы эта схема стала хими-
ческим уравнением, нужно расставить перед формулами веществ
коэффициенты: 4Al + 3O2 = 2Al2O3.
В схеме реакции между левой и правой частями ставится
стрелка (→), а в химическом уравнении – знак равенства (=).
Вещества вступают в реакции в строго определенных коли-
чествах согласно коэффициентам, показывающим число моль.
Уравнение образования оксида алюминия читают так: че-
тыре – алюминий плюс три – о- два равняется два – алюминий –
два – о – три.
Пример 1. Определите массу оксида меди (II) CuO, кото-
рый образуется, если медь массой 64 г вступает в реакцию с кислородом массой 1 6 г.
22
Дано:
m(Cu) = 64 г
m(O2) = 16 г
Найти:
m(CuO)
1. Составляют уравнение реакции:
2. Определяют число моль меди и кислорода:
n(Cu) = m(Cu) / n(Cu) = 64 / 64 = 1 моль;
Решение
2Cu + O2 = 2CuO.
n(O2) = m(O2) / n(O2) = 16 / 32 = 0,5 моль.
3. Из уравнения реакции видно, что 2 моля меди реагируют
с 1 молем кислорода, следовательно, 1 моль меди реагирует с
0,5 моля кислорода, что соответствует условию задачи, отсюда:
m(CuO) = m(Cu) + m(O2) = 64 + 16 = 80 г.
Ответ: масса оксида меди равна 80 г.
1.7. Типы химических реакций
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
соединение compound combinaison(f) ﺐﻛﺮﻣ
разложение decomposition désintégration,
décomposition
замещение substitution remplacement(m) ﺾﯾﻮﻌﺗ ، ﻞﯾﺪﺑ
обмен exchange échange(m) ﻞﯿﺜﻤﺗ ، لدﺎﺒﺗ
ﻞﻠﺤﺗ ، لﻼﺤﻧأ ، ﻚﻓ
Химические реакции классифицируют по различным при-
знакам. В частности, по изменению числа исходных и конечных
веществ реакции подразделяют на следующие типы: соединения,
разложения, замещения и обмена.
Реакции, в результате которых из двух или нескольких ве-
ществ образуется одно новое вещество, называются реакциями
соединения.
Reactions, as a result of which one new substance is formed from two
or more substan ces, are called compound react ions.
Les réa ctions résultant de la format ion d'une nouvell e substance à par-
tir de deux ou plusieurs substances sont ap pelées réaction s de com posés.
.ﺔﺒﻛﺮﻤﻟا تﻼﻋﺎﻔﺘﻟﺎﺑ ةﺪﺣاو ةﺪﯾﺪﺟ ةدﺎﻤﻟ ﺮﺜﻛأ وأ ﻦﯿﺗدﺎﻣ ﻞﯿﻜﺸﺗ ﻰﻟإ يدﺆﺗ ﻲﺘﻟا تﻼﻋﺎﻔﺘﻟا ﻰﻤﺴﺗ
23
Например, взаимодействие хлороводорода с аммиаком:
HCl + NH3 = NH4Cl;
или образование хлорида магния из простых веществ:
Mg + Cl2 = MgCl2;
или образование фосфорной кислоты из сложных веществ:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO
4
Реакции, в результате которых из одного вещества образует-
ся нескольких новых веществ, называются реакциями разложения.
Reaction s, as a r esult of wh ich several n ew substan ces are form ed
from one substance, are called decomposition reactions.
Les réactions résultant de la formation de plusieurs n ouvelles sub-
stan ces à p ar tir d'un e seu le su bst an ce son t a ppel ées r éa cti ons de d écomp osition.
.ﻞﻠﺤﺘﻟا تﻼﻋﺎﻔﺗ ةﺪﺣاو ةدﺎﻣ ﻦﻣ ةﺪﯾﺪﺠﻟا داﻮﻤﻟا ﻦﻣ ﺪﯾﺪﻌﻟا ﻦﯾﻮﻜﺗ ﻰﻟإ يدﺆﺗ ﻲﺘﻟا تﻼﻋﺎﻔﺘﻟا ﻰﻤﺴﺗ
Например, разложение пероксида водорода:
2H2O2 = 2H2O + O2;
или разложение перманганата калия:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2;
или разложение гидроксида хрома (III):
2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3H2O.
Реакции между простыми и сложными веществами, в ре-
зультате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества, называются реакциями
замещения.
Reactions between simple and complex substances, as a result of
which the atoms of a simple substance replace the atoms of one of the
elements of a complex substance, are called substitution reactions.
Les réa ctions entr e des substances si mples et compl exes, à la sui te
desquelles les atomes d'une substance simple remplacent les atomes d'un
des élém ent s d'un e substan ce comp lexe, sont a ppel ées r éaction s de su bstitution.
تارذ ﻞﺤﻣ ﺔﻄﯿﺴﺑ ةدﺎﻣ تارذ ﺎﮭﯿﻓ ﻞﺤﺗ ﻲﺘﻟا ةﺪﻘﻌﻤﻟاو ﺔﻄﯿﺴﺒﻟا داﻮﻤﻟا ﻦﯿﺑ تﻼﻋﺎﻔﺘﻟا ﻰﻤﺴﺗ
.لاﺪﺒﺘﺳﻻا تﻼﻋﺎﻔﺗ ةﺪﻘﻌﻣ ةدﺎﻣ ﺮﺻﺎﻨﻋ ﺪﺣأ
Например, замещение свинца цинком в нитрате свинца (II):
Pb(NO3)2 + Zn = Zn(NO3)2 + Pb;
или вытеснение брома хлором:
2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2.
24
Реакции, в результате которых два вещества, обмениваясь
своими составными частями, образуют два новых вещества, называются реакциями обмена.
Reactions, a s a result of which two substa nces, exchanging their con-
stit uent part s, form two new substances, are called exchange reactions.
Les réa cti on s à l a suit e desq uel l es deu x su bsta n ces, éch an gean t l eur s
composants, forment deux nouvelles substances, sont appelées réactions
d'échange.
، ﻦﯿﺗﺪﯾﺪﺟ ﻦﯿﺗدﺎﻣ ، ﺎﻤﮭﻟ ﺔﻧﻮﻜﻤﻟا ﺀاﺰﺟﻷا نﻻدﺎﺒﺘﺗ ، نﺎﺗدﺎﻣ ﻞﻜﺸﺗ ، ﻚﻟذ ﻦﻋ ﺔﺠﺗﺎﻨﻟا ﻞﻌﻔﻟا دودر
.لدﺎﺒﺘﻟا تﻼﻋﺎﻔﺗ ﻰﻤﺴﺗ
Например, взаимодействие оксида алюминия с хлороводо-
родной кислотой:
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
или взаимодействие хлорида кальция с нитратом серебра:
CaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl + Ca(NO3)2;
или взаимодействие гидроксида с кислотой:
Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O.
1.8. Закон Авогадро. Молярный объем газов
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
гипотеза hypothesis hypothèse(f) ضﺮﻓ ، ﺔﯿﺿﺮﻓ
подтверждать to confirm affirmer ﺪﻛأزﺰﻋ، ﺖﺒﺛأ،
равный equal égal ،لدﺎﻌﺘﻣ ،يوﺎﺴﺘﻣ
ﺊﻓﺎﻜﺘﻣ
различный different d ifférent, divers ﻒﻠﺘﺨﻣ
одинаковые
условия
содержится contains il y a, il se trouve يﻮﺘﺤﯾ
нормальные
условия
молярный объем molar volume volume(m) molaire ﻲﺌﯾﺰﺠﻟا ﻢﺠﺤﻟا
the same
conditions
normal
conditions
les conditions
égales
des états standards ،ﺔﯾدﺎﻌﻟا عﺎﺿوﻻا
،ﺔﯾوﺎﺴﺘﻤﻟا طوﺮﺸﻟا
ﺔﯾوﺎﺴﺘﻤﻟا تﻻﺎﺤﻟا
ﺔﯾدﺎﯿﺘﻋﻻا طوﺮﺸﻟا
ﻲﻣاﺮﻐﻟا
В 1811 году итальянский ученый А. Авогадро высказал ги-
потезу, которая впоследствии была подтверждена опытными
данными, а потому стала называться законом Авогадро.
25
В равных объемах различных газов при одинаковых усло-
виях (температуре и давлении) содержится одинаковое число
молекул.
Equal volumes of different gases under the same conditions (tem-
perature and pressur e) contain the same number of molecules.
Des volumes égaux de différents gaz dans les mêmes conditions
(température et pression) contiennent le même nombre de molécules.
و ةراﺮﺤﻟا ﺔﺟرد) فوﺮﻈﻟا ﺲﻔﻧ ﺖﺤﺗ ﺔﻔﻠﺘﺨﻤﻟا تازﺎﻐﻟا ﻦﻣ ﺔﯾوﺎﺴﺘﻤﻟا مﺎﺠﺣﻷا يﻮﺘﺤﺗ
.تﺎﺌﯾﺰﺠﻟا ﻦﻣ دﺪﻌﻟا ﺲﻔﻧ ﻰﻠﻋ (ﻂﻐﻀﻟا
Авогадро установил, что молекулы газов простых веществ
(водорода, кислорода, азота, фтора, хлора и др. ) состоят из двух
атомов (H2, O2, N2, F2, Cl2).
Закону Авогадро подчиняются только газы, а твердые и
жидкие вещества не подчиняются. В газах при малых давлениях
расстояние между молекулами в тысячу раз больше, чем размеры
самих молекул. Поэтому объем газа определяется, главным образом, числом молекул и расстоянием между ними. Размеры самих
молекул роли не играют. При одинаковом давлении и одинаковой
температуре расстояния между молекулами для различных газов
примерно одинаковые. В жидких и твердых веществах расстояния между молекулами малы, поэтому их объемы определяются
не только числом, но и размерами молекул. При низких температурах или высоких давлениях газы не подчиняются закону Авогадро, так как расстояние между молекулами уменьшается и газы
становятся сходными с жидкостями.
Из закона Авогадро вытекает первое следствие.
Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает
один и тот же объем.
One mole of any gas under the same conditions occupies the same
volume.
Une Mole d e n'i mport e quel gaz dans l es mêmes con diti ons occupe
le même volume.
.ﻢﺠﺤﻟا ﺲﻔﻧ ﺬﺧﺄﯾ طوﺮﺸﻟا ﺲﻔﻧ ﺖﺤﺗ زﺎﻏ يﻷ ﺪﺣاو لﻮﻣ
Этот объем V(X) можно вычислить, если молярную массу
газа M(X) разделить на плотность данного газа ρ(X):
V(X) = M(X) / ρ(X).
26
При нормальных условиях (температура 273,15 К и давле-
ние 101,325 кПа) плотность водорода ρ(Н2) = 0,09 кг/дм3. Тогда
объем, занимаемый 1 моль водорода, будет равен:
V(Н2) = 0,002 / 0,09= 0,0224 м3/моль.
Объем, занимаемый 1 моль кислорода, будет равен:
V(О2) = 0,032 / = 0,0224 м3/моль.
Как видно из расчетов, при нормальных условиях 1 моль
любого газа занимает объем, равный 22,4 дм3, который называется молярным объемом газа: Vm = 22,4 дм3/моль.
Молярный объем газа Vm – это отношение объема веще-
ства V(X) к количеству этого вещества n(X):
V
V(X) / n(X).
m =
The molar volume of a gas Vm is the ratio of the volume of a sub-
stance V(X) to the amount of this substance n(X).
Le vol ume m olair e d' un gaz Vmest le rapport entre le volume d'une
substance V(X) et la quantité de cette substance n(X).
.n(X) ةدﺎﻤﻟا هﺬھ راﺪﻘﻣ ﻰﻟإ V(X) ﺔﺴﻣﺎﺨﻟا ةدﺎﻤﻟا ﻢﺠﺣ ﺔﺒﺴﻧ ﻮھ Vm زﺎﻐﻟا ﻦﻣ ﻲﻠﺠﻟا ﻢﺠﺣ
Таким образом, справедлива формула, объединяющая ос-
новные расчёты с количеством вещества для газов:
n(X) = m(X) / M(X) = N(X) / NA = V(X) / Vm.
Второе следствие из закона Авогадро применяется для рас-
чета относительной плотности газов.
Отношение плотностей двух газов при одинаковых услови-
ях (температуре и давлении) называется относительной плотностью одного газа по-другому (D).
The ratio of the densities of two gases under the same conditions is
call ed the relative density of on e gas in another (D).
Le rap port des den sités de d eux gaz dan s les mêmes con dition s est
appelé la densité relative d'un gaz d'une manièr e différente (D).
.( D ) ﺔﻔﻠﺘﺨﻣ ﺔﻘﯾﺮﻄﺑ زﺎﻐﻠﻟ ﺔﯿﺒﺴﻨﻟا ﺔﻓﺎﺜﻜﻟا طوﺮﺸﻟا ﺲﻔﻧ ﺖﺤﺗ ﻦﯿﺗزﺎﻏ ﺔﻓﺎﺜﻛ ﺔﺒﺴﻧ ﻰﻤﺴﺗ
Возьмем два газа X и Y. Найдем относительную плотность
первого газа по второму: DY(X) = ρ(X) / ρ(Y).
Из закона Авогадро следует, что плотность газов можно
рассчитать по формулам ρ(X) = M(Х) / Vm и ρ(Y) = M(Y) / Vm.
Тогда DY(X) = M(X) / M(Y).
27
Относительная плотность одного газа по-другому равна от-
ношению их молярных или относительных молекулярных масс
(так как M(X) и Mr(X) численно равны).
Часто определяют относительную плотность газов по водо-
ду (D (X)) и воздуху (Dв(X) ) по формулам
H
2
D (X) = Mr(X) / Mr(H2) = Mr(X) / 2;
H
2
Dв(X) = Mr(X) / Mr(воздуха) = Mr(X) / 29.
Воздух – это смесь газов, средняя относительная молеку-
лярная масса воздуха равна 29.
Например, относительная плотность сероводорода по воз-
духу равна: Dв(H2S) = Mr(H2S) / Mr(воздуха) = 34 / 29 = 1,17. Это
значит, что сероводород тяжелее воздуха в 1,17 раза.
Пример 1. Какой объем занимают 7 г азота при н. у.?
Дано:
m(N2)= 7 г
н. у.
Найти:
V(N2)
1. Количество вещества азота вычисляют по
формуле
n(N2) = m(N2) / M(N2) = 7 / 28 = 0,25 моль.
2. Объем азота рассчитывают по формуле
Решение
V(N2) = n(N2) · Vm= 0,25 · 22,4 = 5,6 дм3.
Ответ: V(N2) = 5,6 дм3.
Пример 2. Определите массу 2,8 дм3 водорода при н. у.
Дано:
V(H2) = 2,8 дм
н. у.
Найти:
3
1. Количество вещества водорода вычисляют
по формуле
n(H2) =V(H2) / Vm = 2,8 / 22,4 = 0,125 моль.
Решение
m(H2)
2. Массу водорода определяют по формуле
m(H2) = n(H2) · M(H2)= 0,125 · 2 = 0,250 г.
Ответ: m(H2) = 0,250 г.
28
1.9. Расчеты по химическим формулам и уравнениям
Для правильного проведения химической реакции нужно
знать количество исходных веществ и продуктов реакций, их качественный и количественный состав. Для этого проводят расчеты по химическим формулам и уравнениям.
По химическим формулам можно вычислить:
- относительную молекулярную массу вещества;
- массовую долю каждого компонента в веществе;
- массу вещества, если известна масса одного из элемента,
который входит в состав вещества;
- массу всех элементов, которые входят в состав вещества,
если известна масса вещества.
При расчетах по химическим формулам нужно помнить,
что химическая формула обозначает не только одну молекулу
вещества, но и один моль этого вещества.
Коэффициенты в химических уравнениях показывают не
только число молекул веществ, но и число моль этих веществ.
Например, 3Н2– это 3 молекулы водорода или 3 моль водорода,
2Si – это два атома кремния или два моля кремния.
В уравнении реакции коэффициенты, которые стоят перед
газообразными веществами, показывают не только отношения
молей, но и отношения их объемов.
Уравнения реакций показывают, что исходные вещества
вступают в реакции в определенных количественных соотношениях. Если одно из исходных веществ находится в большем количестве, чем необходимо по уравнению реакции, то говорят, это
вещество находится в избытке.
Избыток – это количество вещества, которое остается по-
сле реакции, так как не вступает в реакцию.
Excess is the amount of substance that remains after the reaction,
since it does not react.
L'excès est la quantité de substance qui reste après la réaction,
ca r elle n e réagit pas.
.ﻞﻋﺎﻔﺘﺗ ﻻ ﺎﮭﻧﻷ ، ﻞﻋﺎﻔﺘﻟا ﺪﻌﺑ ﻰﻘﺒﺗ ﻲﺘﻟا ةدﺎﻤﻟا ﺔﯿﻤﻛ ﻮھ ﺾﺋﺎﻔﻟا
Поэтому расчет количества продукта реакции следует проводить по другому исходному веществу.
29
Пример 1. Определите массу оксида железа (III) Fe2O3, в
котором содержится 224 г железа.
Дано:
m(Fe) = 224 г
1. Определяют количество вещества
Решение
железа по формуле
Найти:
m(Fe2О3)
n(Fe) = m(F e) / M(Fe) = 224 / 56 = 4 моль.
2. На основании формулы вещества
составляют пропорцию:
1 моль Fe2O3– 2 моль Fe;
x моль Fe2O3– 4 моль Fe; x = 2 моль.
3. Затем рассчитывают массу оксида железа:
m(Fe2О3) = M(Fe2О3) · n(Fe2О3) = 160 · 2 = 320 г.
Ответ: m(Fe2О3) = 320 г.
Пример 2. Определите массу оксида алюминия Al2O3, ко-
торый образуется при сгорании алюминия массой 0,3375 кг, и
объем кислорода, который при этом расходуется:
4 Al + 3O2 = 2 Al2O3.
Дано:
Решение
m(Al) = 0,324 кг
1. Определяют количество вещества
Найти:
m(Al2O3)
V(O2)
алюминия по формуле
n(Al) = m(Al) / M(Al) = 0,324 / 0,027 =
= 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 ∙ 0,102 = 0,612 кг.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]