Основные понятия и законы химии

1) Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает один и тот же объем.

Этот объем можно вычислить, если известна масса 1 л газа. При нормальных условиях (н. у.), т. е. при 273,15 К и 101325 Па, масса 1 л водорода равна 0,09 г, молярная масса молекулярного водорода будет:

При тех же условиях масса 1 л кислорода равна 1,429 г, молярная масса молекулярного кислорода составляет 31,9988 г/моль. Тогда объем будет:

Следовательно, при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа.

2) Молярная масса, а значит и относительная молекулярная масса (Мr) вещества в газообразном состоянии, равна его удвоенной плотности по водороду (точнее 2,0158 плотности).

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа (взятого при тех же условиях) называется плотностью первого газа по второму (обозначается буквой D). Тогда M1/M2 = D и M1 = M2 D.

Обычно плотность газа определяют по отношению к самому легкому газу − водороду (обозначается D112). Молекула водорода состоит из двух атомов. Значит, молярная масса водорода равна 2 1,0079 г/мoль = 2,0158 г/моль. В итоге получим:

Часто плотность газа определяют по отношению к воздуху Dвозд. Хотя воздух является смесью газов, все же говорят о его средней молярной массе. Она равна 29 г/моль. В этом случае масса газа

Из формул (2.7) и (2.8) легко определяются DH2 и Dвозд, т. е. относитель-

ные плотности газов. Очевидно, для этого надо молярную массу одного газа разделить на молярную массу другого.

Например,

родные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов составных частей и продуктов их взаимодействия.

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который выражается концентрацией.

К о н ц е н т р а ц и е й раствора называют количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве раствора или растворителя.

Существуют различные способы точного выражения концентрации растворов: массовая доля (процентная), молярная, нормальная и др.

Процентная концентрация (по массе) выражается числом граммов растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора. Например, 5%-й раствор гидроксида натрия содержит 5 г гидроксида натрия в 100 г раствора, или, что то же самое, 5 г гидроксида натрия приходится на 100 − 5 = 95 г воды.

М о л я р н а я к о н ц е н т р а ц и я, или молярность, выражается числом молей растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора. Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется молярным. Молярность обозначается обычно буквой М. Например, 1 M NaOН − молярный раствор гндроксида натрия; 1 л такого раствора содержит 40 г NаОН. Если в 1 л раствора содержится 0,1 моля вещества, то он называется децимолярным, 0,01 моля − сантимолярным, 0,001 − .миллимолярным.

Н о р м а л ь н а я к о н ц е н т р а ц и я, или нормальность, выражается числом эквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора. Раствор, в 1 л которого содержится один эквивалент растворенного вещества, называется норальным. Нормальность обычно обозначается н., иногда N. Например, 1 н. Н2SO4 − нормальный раствор серной кислоты, 1 л такого раствора содержит 1 экв., т. е. 49 г Н2SO4.

2.2.Условные обозначения

Всоответствии с требованиями Международного союза теоретической н прикладной химии используются названия величин (индекс х указывает, что данная величина относится к веществу х), которые сведены в табл. 2.1.

3.ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ИПРАВИЛА ИХ ОФОРМЛЕНИЯ

За д а ч а 1. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите эквивалентную массу этого металла.

Решение. Схематично запишем реакцию:

MeNO3 → MeCl.

Согласно закону эквивалентных масс, получаем:

3б31(х + 35,5) = 2,78(х + 62);

х = 103, 5 (г/моль).

Ответ: mЭ(Ме) = 103,5 г/моль.

З а д а ч а 2. При растворении в кислоте 2,33 г смеси железа и цинка было получено 896 мл водорода (н.у.). Сколько граммов каждого из металлов со-

Следовательно, m(Zn) = 2,33 – 1,68 = 0,65 (г). Ответ: m(Fе) = 1,68 г; m(Zn) = 0,65 г.

З а д а ч а 3. При растворении смеси опилок меди, железа и золота в концентрированной азотной кислоте образовалось 6,72 л газа и 8,55 г нерастворившегося осадка. При растворении такой же навески исходной смеси в соляной кислоте выделилось 3,36 л газа. Определите процентный состав исходной смеси.

Решение: 1) поскольку из исходной смеси металлов с концентрированной азотной кислотой реагирует только медь, можно записать уравнение реакции и вычислить количество растворившейся меди:

Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2H2O;

νNO2 = 226,72,4 =0,3 (моль).

1 моль (64 г) меди взаимодействует с 2 моль (44,8 л) NO2;

х1 0,3 моль NO2;

х1 = 0,15 моль; m = νm = 0,15 64 m = 9,6 г (Cu).

2) Медь и золото в соляной кислоте не растворяются. Следовательно, по количеству выделившегося водорода можно вычислить исходное количество железа:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.

1 моль (56 г) железа взаимодействует с 1 моль (22,4 л) водорода; х2 0,15 моль (3,36 л) водорода;

х2 = 0,15 моль; m = νm = 0,15 56 m = 8,4 г (Fe). Тогда: m(Au) = 8,55 – 8,4 = 0,15 (г),

Σm(Me) = 9,6 + 8,4 + 0,15 = 18,15 (г).

ωCu = 189,,156 100% =52,9%;

ωFe = 188,,154 100% = 46,3%;

ωAu = 180,15,15 100% = 0,8%.

Ответ: ωCu = 52,9%; ωFe = 46,3%; ωAu = 0,8%.

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

4.1.При разложении 3,64 г соли образовался 1 л кислорода и KCl. Определите простейшую формулу соли.

4.2.При сжигании 0,29 г газообразного углеводорода получили 448 мл оксида углерода (IV) и 0,45 г воды. Определите молекулярную формулу углеводорода.

4.3.При сжигании 1,28 г органического соединения образовалось 1,76 г диоксида углерода и 1,44 г воды. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 16. Найдите истинную формулу вещества.

4.4.При полном сгорании 1,10 г органического вещества образовалось 2,2 г оксида углерода (IV) и 0,90 г воды. Найдите молекулярную массу вещества, если 0,7 л его паров, приведенных к нормальным условиям, имеют массу

2,75 г.

4.5.Установите истинную формулу органического вещества, если при сжигании 2,40 г его было получено 2,69 л (н.у.) диоксида углерода и 2,86 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 30.

4.6.Продуктами сгорания вещества массой 3.20 г являются азот объемом 2,24 л (н.у.) и вода массой 3,60 г. Определите формулу соединения, если плотность паров по водороду равна 16.

4.7.При сжигании 1,88 г бромсодержащего вещества было получено

0,88 г СО2 и 0,3 г Н2О. После превращения всего брома, содержащегося в навеске, в бромид серебра, получено 3,76 г AgBr. Плотность паров вещества по водороду равна 94. Определите молекулярную формулу вещества.

4.8.Образец органического вещества массой 4,3 г сожгли в кислороде. Продуктами реакции являются оксид углерода (IV) объемом 6,72 л (н.у.) и вода массой 6,3 г. Плотность паров этого вещества по водороду DH2 = 43. Опре-

делите формулу вещества.

4.9.Один литр газа при нормальных условиях имеет массу 0,77 г. Массовые доли азота и водорода составляют 82,35% и 17,65%. Выведите молекулярную формулу газа.

4.10.При полном сгорании 2,3 г вещества образовалось 4,4 г оксида углерода (IV) и 2,7 г воды. Масса 1 л паров этого вещества при н.у. равна 2,05 г. Выведите его молярную формулу.

4.11.200 г неизвестного вещества прокалили с углем, при этом образовалось 36,8 г оксида углерода (IV) и 173,2 г свинца. Выведите формулу этого вещества.

4.12.При давлении 98,7 кПа и температуре 91ОС некоторое количество газа занимает объем 680 мл. Найдите объем газа при нормальных условиях.

4.13.При разложении 49 г неизвестного вещества выделилось 13,44 л кислорода и осталось твердое вещество, содержащее 52,35% калия и 47,65% хлора. Определите формулу неизвестного вещества.

4.14.При взаимодействии средней соли неизвестного металла, окрашивающей пламя в желтый цвет, с избытком соляной кислоты выделилось 4,48 г оксида серы, содержащего 50% серы. Определите формулу и количество исходной соли.

4.15.Вычислите мольную массу ацетона, если масса 500 мл его паров при 87ОС и давлении 96 кПа (720 мм рт. ст.) равна 0,93 г.

4.16.При взаимодействии 19,2 неизвестного металла с разбавленным раствором кислоты образуется соль металла (II) и выделяется 4,48 л газа, содержащего 46,67% азота и 53,33% кислорода. Плотность газа по водороду равна 15. Укажите символ металла.

4.17.Какая соль образуется в результате взаимодействия 67,2 л серово-

дорода с 375 мл 25%-го раствора NaOH (ρ = 1,28 г/мл). Определите величину рН раствора полученной соли.

4.18.К раствору, содержащему 42,6 г нитрата алюминия, прилили раствор, содержащий 37,2 карбоната натрия. Осадок прокалили. Определите массу осадка после прокаливания.

4.19.К водному раствору, содержащему 52 г AlCl3 прибавили раствор, содержащий 64 г Na2S. Определите массу образовавшегося осадка.

4.20.К раствору, содержащему 0,20 моля хлорида железа (III), прибавили 0,24 моля едкого натра. Сколько молей гидроксида железа (III) образовалось в результате реакции и сколько молей хлорида железа осталось в растворе?

4.21.Газ, получаемый при сжигании сероводорода в избытке кислорода,

прореагировал с 250 мл 25%-го раствора гидроксида натрия (ρ = 1,28 г/мл) с образованием кислой соли. Рассчитайте объем израсходованного сероводорода.

4.22.При пропускании сероводорода через 16 г раствора сульфата меди

(II)может образоваться 1,92 г черного осадка. Рассчитайте концентрацию использованного раствора сульфата меди и объем израсходованного сероводорода.

4.23.Никель получают восстановлением оксида никеля (II) углеродом по реакции: NiO + C = Ni + CO. Какую массу угля надо взять для получения никеля массой 354 г, если массовая доля углерода в угле составляет 92% и для реакции нужен двукратный избыток углерода?

4.24.При нагревании смеси оксида кальция массой 19,6 г с коксом массой 20 г получили карбид кальция массой 16 г. Определите выход карбида кальция, если массовая доля углерода в коксе составляет 90%.

4.25.Какой объем воздуха потребуется для сжигания угля массой 10 кг? Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%. Уголь содержит углерод

(массовая доля 96%), серу (0,8%) и негорючие примеси. Объем воздуха рассчитайте при температуре 30ОС и давлении 202,6 кПа.

4.26.Сырье для алюминотермического получения хрома кроме оксида хрома (III) содержит различные примеси, массовая доля которых равна 20%. К такому сырью массой 28 г добавили технический алюминий массой 10 г и осуществили реакцию восстановления. Какая масса хрома образовалась, если массовая доля алюминия в техническом металле составляет 97,2%, а выход хрома – 75%?

4.27.Рассчитайте массу карбоната натрия, получающегося при пропускании оксида углерода (IV) массой 0,88 г через раствор массой 10 г с массовой долей гидроксида натрия 20%.

4.28.При осуществлении превращений по схеме: J2 → HJ → KJ → AgJ получили йодид серебра массой 61,1 г, причем выход составил 65% от теоретически возможного. Какая масса йода была взята? Напишите уравнения в молекулярной и ионно-молекулярной форме.

4.29.Какая масса перманганата калия потребуется для окисления сульфита калия массой 8 г, находящегося в нейтральном растворе?

4.30.При взаимодействии раствора серной кислоты массой 16 г с избытком раствора хлорида бария выделился осадок массой 5,7. Определите массовую долю серной кислоты в исходном растворе.

4.31.Через раствор массой 50 г с массовой долей йодида натрия 15% пропустили избыток хлора. Выделился йод массой 5,6 г. Определите выход продукта реакции.

4.32.Газ, полученный при взаимодействии сульфида железа (II) массой 17,6 г с избытком серной кислоты пропустили через раствор сульфата меди

(II)массой 300 г. Образовался осадок массой 14,4 г. Определите массовую долю сульфата меди (II) в растворе.

4.34.Вычислите массу оксида углерода (IV), который можно получить при взаимодействии карбоната кальция массой 7 г с раствором соляной кислоты массой 30 г, в котором массовая доля HCl составляет 20%.

4.35.Железо массой 12,2 г сплавили с серой массой 6,4 г. К полученному продукту добавили избыток соляной кислоты. Выделяющийся газ пропустили через раствор массой 200 г с массовой долей хлорида меди (II) 15%. Какая масса осадка образовалась?

4.36.Технический цинк массой 1,32 г обрабатывали избытком раствора серной кислоты. Выделившийся водород занял при н.у. объем 448 мл. Определите массовую долю цинка в техническом металле.

4.37.К раствору массой 200 г с массовой долей серной кислоты 8% прилили 50 г раствора гидроксида натрия с массовой долей 12%. Какова масса соли, которую выделили из полученного раствора?

4.38.Какой объем концентрированной серной кислоты (ρ = 1,84 г/мл), в котором массовая доля кислоты составляет 98%, необходимо взять для полного растворения меди массой 8 г? Какой объем оксида серы (IV), измеренный при нормальных условиях, выделится при этом?