1. Кипение воды протекает без изменения химического состава веществ - это фазовый переход воды из жидкого состояния в газообразное, т.е. физический процесс. Ржавление железа - это химическая реакция, так как изменяется химический состав веществ: 2Fe + 2H₂O + O₂ = 2Fe(OH)₂.

2. Фильтрование воды является физическим процессом, т.к. протекает без изменения химического состава веществ. Горение дерева - химический процесс, т.к. протекает с изменением химического состава веществ: С + О₂ = СО₂.

3. Свечение электролампы является физическим процессом, т.к. протекает без изменения химического состава веществ. Проявление фотопленки - химический процесс, т.к. протекает с изменением химического состава веществ.

4. Дистиллированная вода является химическим соединением, т.к. состоит из одного сорта молекул: Н₂О, а воздух - это смесь химических соединений, т.к. состоит из различных молекул: О₂, N₂, He, CO₂, и т.п.

5. Стекло является химическим соединением, т.к. состоит из одного сорта молекул: SiO₂, а нефть - это смесь химических соединений, т.к. состоит из различных молекул (предельные и непредельные углеводороды, ароматические и т.п.)

6. Гидроксид натрия (NaOH) является химическим соединением, т.к. состоит из одного сорта молекул, а железная руда - это смесь химических соединений, т.к. состоит из различных молекул: (Fe, FeO, Fe₂O₃, FeS, FeS₂, S и т.п.).

7. Мел встречается в природе, а серная кислота является продуктом химического производства: SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

8. Кварц встречается в природе, а аммиачная селитра является продуктом химического производства: NH₄ОН + HNO₃ = NH₄NO₃ + H₂O.

9. Поваренная соль встречается в природе, а азотная кислота является продуктом химического производства: N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃.

10. В промышленности используются вода, кислород, азот, водород, метан, железо… В сельском хозяйстве используются вода, аммиачная селитра, фосфаты металлов, карбофос… В быту используются вода, хлористый натрий, пропан/бутан…

11. В природе протекают реакции: 3О₂ = 2О₃ (образование озона во время грозы), 2Fe + 2H₂O + O₂ = 2 Fe(OH)₂ (ржавление железа). В промышленности проводят реакции: 3H₂ + N₂ = 2NH₃ (синтез аммиака), SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (синтез серной кислоты), в быту: С₃Н₈ + 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О (горение пропана в газовой плите), Na₂CO₃ + 2CH₃COOH = 2CH₃COONa + H₂O + CO₂ (гашение соды уксусной кислотой).

12. Химическим элементом называется группа атомов с одинаковым зарядом ядра и электронной оболочкой. Химические элементы обозначаются двумя латинскими буквами, взятыми из полного латинского названия элемента. Al: aluminium/алюминий, At: astatium/астат, Ве: berillum/береллий, Bi: bismuthum/висмут, Fe: ferrum/железо, Ra: radium/радий, Cu: cuprum/медь, Се: cerium/церий.

13. Атом - электронейтральная частица, состоящая из ядра и вращающихся вокруг него по определенным орбитам электронов. Химический элемент - группа атомов с одинаковым зарядом ядра и электронной оболочкой. Ar: argon/аргон, Au: aurum/золото, Ag: argentum/серебро, Mg: magnesium/магний, Mn: manganum/марганец, Mo: molybdaenum/молибден, Ru: ruthenium/рутений, Re: rhenium/рений.

14. Барий Ва - металл, хлор Cl - неметалл, германий Ge - амфотерный металл, олово Sn - амфотерный металл, рубидий Rb - металл, селен Se - неметалл.

15. Бериллий Be- berillum - амфотерный металл, литий Li - lithium - металл, медь Cu - cuprum - амфотерный металл, фтор F- fluorum - неметалл, марганец Mn - manganum - металл, ксенон Xe - xenon - неметалл.

16. Титан Ti - titanium - амфотерный металл, цирконий Zr - zirconium - металл, свинец Pb - plumbum - амфотерный металл, сера S - sulfur - неметалл, стронций Sr - strontium - металл, азот N - nitrogenium - неметалл.

17. Простое вещество - группа атомов одного элемента, сложное вещество - группа атомов разных элементов. Сложные вещества - вода (Н₂О), метан (СН₄), аммиак (NH₃), серная кислота(H₂SO₄). Простые вещества - хлор (Cl₂), фосфор (P₄).

18. Простое вещество - группа атомов одного элемента, сложное вещество - группа атомов разных элементов. Сложные вещества - азотная кислота (НNO₃), бензол (С₆Н₆), гидразин (N₂H₄), силан (SiH₄). Простые вещества - железо (Fe), углерод (C).

19. История атомно-молекулярного учения: у древних мыслителей представление об атомах возникло скорее как философское понятие. В учениях Демокрита, Лукреция материя рассматривалась состоящей из мельчайших неделимых частиц - атомов. Такие древнегреческие философы, как Платон и Аристотель материю считали непрерывной. Почти 18 веков научная мысль в Европе находилась под влиянием философских идей Платона и Аристотеля. Бойль, Лавуазье, Ломоносов создали фундамент новой химии: развили далее учение об элементах (Бойль, Лавуазье), молекулах, атомах (Ломоносов), показали, что масса является фундаментальным свойством материи и сохраняется в химических реакциях.

Джон Дальтон (1766-1844) философское понятие об атомах превратил в реальность. Атомистическая теория Дальтона, опубликованная в 1803-1807 гг., была основана на экспериментальных наблюдениях и занимает господствующее положение в науке до наших дней:

Каждый элемент состоит из мельчайших частиц - атомов

Все атомы одного элемента одинаковы. Атомы различных элементов имеют различные массы

В результате химических реакций атомы одного элемента не разрушаются, не превращаются в атомы другого элемента

Соединения образуются в результате комбинации атомов двух или нескольких элементов.

В определенном состоянии относительные количества атомов разного вида и вид этих атомов всегда постоянен

Началу современной атомистики способствовало открытие Рентгеном (1895) Х-лучей, не отклоняющихся в магнитном поле, открытие Беккерелем (1896) явления радиоактивности и др. Далее последовательно создавались модели строения атома: Дж.Дж. Томсоном (слоистая модель), Э. Резерфордом (планетарная модель), Бором (современная модель).

20. Атомно-молекулярное учение Дальтона: Каждый элемент состоит из мельчайших частиц - атомов. Все атомы одного элемента одинаковы. Атомы различных элементов имеют различные массы. В результате химических реакций атомы одного элемента не разрушаются, не превращаются в атомы другого элемента. Соединения образуются в результате комбинации атомов двух или нескольких элементов. В определенном состоянии относительные количества атомов разного вида и вид этих атомов всегда постоянен. Атом - система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра и электронов. Молекула - нейтральная по заряду наименьшая совокупность атомов, связанных вследствие химического взаимодействия в определенном порядке, не имеющая, как правило, неспаренных электронов и способная к самостоятельному существованию. О существовании атомов и молекул свидетельствуют многочисленные спектроскопические исследования. В настоящее время методом электронной микроскопии высокого разрешения возможно прямое наблюдение атомов и молекул.

21. Закон сохранения массы: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Закон постоянства состава: каждое химическое соединение независимо от способа его получения имеет определенный состав. Закон эквивалентов: химические соединения соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их химическим эквивалентам. Закон кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятся между собой как простые целые числа. Закон объемных отношений и закон Авогадро: Объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу, а также к объему получающихся газообразных веществ как простые целые числа. Любые газы (в том числе и простые) состоят не из атомов, а из молекул. В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Эти законы основаны на постулатах атомно-молекулярной теории: а) в результате химических реакций атомы не разрушаются и не превращаются в атомы других элементов б) химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состоят первоначальные вещества.

22. Закон сохранения массы: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. (т.е. если в реакцию вступило 2кг. веществ, то образуется 2 кг. продуктов) Закон постоянства состава: каждое химическое соединение независимо от способа его получения имеет определенный состав. (т.е. каким бы способом не получали воду, ее состав одинаков - Н₂О). Закон эквивалентов: химические соединения соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их химическим эквивалентам. (т.е. гидроксид натрия может взаимодействовать с соляной кислотой только в соотношении 1:1, и не может ни в каких других соотношениях). Закон кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятся между собой как простые целые числа. (например, ClF, ClF₃, ClF₅, ClF₇). Закон объемных отношений и закон Авогадро: Объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу, а также к объему получающихся газообразных веществ как простые целые числа. Любые газы (в том числе и простые) состоят не из атомов, а из молекул. В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. (например, и 22,4 литра кислорода, и 22,4 л азота содержат 6,02*10²³ соответствующих молекул).

23. Закон постоянства состава: каждое химическое соединение независимо от способа его получения имеет определенный состав.

а) HCl + NaOH = NaCl + H₂O ---- NH₄OH = NH₃ + H₂O

б) 3H₂ + N₂ = 2NH₃ ---- NH₄OH = NH₃ + H₂O

в) СaCO₃ = CaO + CO₂ ---- C + O₂ = CO₂

Соединения ZnO, ZnS, TiO₂ являются соединениями переменного состава - бертоллидами (формально подчиняются закону постоянства состава, но на практике из-за множества дефектов решетки образуются в нестехиометрических соотношениях).

24. Закон кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятся между собой как простые целые числа. (N₂O, NO, N₂O₃, N₂O₅). Возьмем по 1 моль каждого оксида: N₂O m(N):m(O)=28:16=7:4, NO m(N):m(O)=14:16=7:8, N₂O₃ m(N):m(O)=28:48=7:12, N₂O₅ m(N):m(O)=28:80=7:20.

25. Молекула - нейтральная по заряду наименьшая совокупность атомов, связанных вследствие химического взаимодействия в определенном порядке, не имеющая, как правило, неспаренных электронов и способная к самостоятельному существованию. Формульная единица вещества - наименьшая частица вещества, отвечающая его составу. Азотная кислота - HNO₃ - молекула, поваренная соль - NaCl - формульная единица, углекислый газ - CO₂ - молекула, оксид алюминия - Al₂O₃ - формульная единица.

26. Молекулярная структура - азотная кислота HNO₃ , диоксид углерода CO₂, кислород O₂. Немолекулярная структура - хлористый натрий NaCl, оксид алюминия Al₂O₃, сульфид цинка ZnS. Оксид углерода (II) - CO - молекула, сульфат натрия - Na₂SO₄ - формульная единица, сахар С₆Н₁₂О₆ - молекула, оксид кальция - СаО - формульная единица.

27. Аллотропия - свойство вещества при одинаковом стехиометрическом составе находиться в состояниях с различными химическими и физическими свойствами. Углерод - алмаз, графит, карбин, фуллерен. Кислород - кислород, озон. Сера - сера, пластическая, моноклинная модификации. Фосфор - черный, белый, красный, Карбонат кальция - известняк, мел, мрамор.

28. Простое вещество - это набор атомов одного элемента. Согласно атомно-молекулярной теории, в результате химических реакций атомы одного элемента не разрушаются, не превращаются в атомы другого элемента. Поэтому невозможно химическим путем получить из одного простого вещества другое простое вещество.

29. Дальтониды - вещества, имеющие постоянный стехиометрический состав: HNO₃, CO₂, O₂. Бертоллиды - вещества, имеющие переменный стехиометрический состав: ZnO, ZnS, TiO₂

30. А) Смесь порошка железа и серы можно разделить нагреванием - сера при 392 К перейдет в жидкое состояние, а железо останется в твердом. Б) Медь и иод можно разделить на основании различной растворимости их в спирте: иод при обработке спиртом перейдет в раствор, а медь останется в твердом состоянии. В) Цинк из его сплава с медью можно извлечь в виде хлорида при обработке соляной кислотой, с которой медь не взаимодействует.

1.2. Атомная, молекулярная и молярная масса

31. Абсолютные массы атомов и молекул не используются в расчетах, т.к. имеют очень маленькие величины, с которыми работать не удобно. В качестве единицы массы используется атомная единица массы (а.е.м.), которая равна 1/12 массы изотопа углерода ¹²С. Ar(Na) = 23 а.е.м., Mr(NaOH) = 40 а.е.м., Mr(H₂SO₄) = 98 а.е.м.

32. Абсолютная масса атома (молекулы) равна отношению массы атома (молекулы) к 1/12 массы изотопа углерода ¹²С. Масса одной молекулы кислорода = 32/6.02*10²³ = 5.31*10^-23 г. масса одного миллиарда молекул кислорода = 5.31*10^-23 * 10⁹ = 5.31*10^-14 г.

33. Количество вещества измеряется в химии в моль (не склоняется). Моль составляют 6.02*10²³ частиц. Это число называется «числом Авогадро».

34. Относительной молекулярной массой Mr вещества называют отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы изотопа углерода ¹²С. Моль - это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), сколько их содержится в 1/12 массы изотопа углерода ¹²С. Молярная масса - масса одного моль вещества. М(СаО) = 56 г/моль, М(СаСО₃) = 100 г/моль, М(Са(ОН)₂) = 74 г/моль.

35. Моль - единица измерения количества вещества в химии. Моль - это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), сколько их содержится в 1/12 массы изотопа углерода ¹²С. Постоянная Авогадро Na = 6.02*10²³. Молярная масса - масса одного моль вещества. М(СО₂) = 44 г/моль, М(HNО₃) = 63 г/моль, М(Н₂SO₄) = 98 г/моль, М(NH₃) = 17 г/моль.

36. Простое вещество - группа атомов одного элемента, сложное вещество - группа атомов разных элементов. Сложные вещества - вода (Н₂О - 18 г/моль), метан (СН₄ - 16 г/моль), аммиак (NH₃ - 17 г/моль), серная кислота(H₂SO₄ - 98 г/моль). Простые вещества - хлор (Cl₂ - 71 г/моль), кальций (Ca - 40 г/моль).

37. Относительная молярная масса молекулы равна сумме относительных молярных масс атомов, входящих в ее состав, умноженных на стехиометрические коэффициенты: что объясняет первый расчет. Молярная масса молекулы равна сумме молярных масс атомов, входящих в ее состав, умноженных на стехиометрические коэффициенты: что объясняет второй расчет.

38. Моль - единица измерения количества вещества в химии. Моль - это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), сколько их содержится в 1/12 массы изотопа углерода ¹²С - Na = 6.02*10²³ (число Авогадро). Молярная масса - масса одного моль вещества. Из этих определений видно, что, несмотря на различную массу, один моль любого вещества содержит одинаковое число частиц. Один моль хлора Cl₂ весит 75 г, один моль хлороводорода HCl весит 36,5 г, один моль хлороводородной кислоты HClO весит 52,5 г, но все эти количества содержат 6.02*10²³ частиц.

39. Для азота а) масса одной молекулы m(N₂) = M(N₂)/Na = 28/6.02*10²³ = 4.65*10^-23г. б) Молекулярная масса азота = 28 а.е.м. в) Молярная масса азота = 28 г. г) В одном грамме азота содержится = 1/4.65*10^-23 = 2.15*10²² молекул. В 14 граммах азота содержится = 14/4.65*10^-23 = 3.01*10²³ молекул. В 28 граммах азота содержится = 28/4.65*10²³ = 6.02*10²³ молекул.

40. Масса одной молекулы воды = М(Н₂О)/Na = 18/6.02*10²³ = 2.99*10^-23г. В 0.1 грамме воды содержится 0.1/2.99*10^-23 = 3.34*10²¹ молекул. Если отсчитывать по одной молекуле в секунду, то потребуется 3.34*10²¹/(60*60*24*365) = 1.06*10¹⁴ лет.

41. В одном килограмме иода содержится m(I₂)/M(I₂)*Na = 1000*6.02*10²³/254 = 2,37*10²⁴ молекул. Если отсчитывать по одной молекуле в секунду, то потребуется 2,37*10²⁴ /(60*60*24*365) = 7.52*10¹⁶ лет.

42. Постоянная Авогадро (Na = 6.02*10²³) равно количеству изотопов углерода ¹²С, содержащихся в 12 г. этого вещества. Это же количество частиц содержит любое вещество в количество 1 моль. А. Авогадро является одним из основоположников атомно-молекулярного учения - ему принадлежит открытие известного газового закона: В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.

43. Число Авогадро Na = 6.0224*10²³. Число Авогадро было определено при помощи спектроскопических методов. Число Авогадро равно количеству изотопов углерода ¹²С, содержащихся в 12 г. этого вещества.

44. а) 1 г. H₂ n(H₂) = m/M = 1/2 = 0.5 моль.

б) 4 кг. NaOH n(NaOH) = m/M = 4000/40 = 100 моль

в) 135 г. Al n(Al) = m/M = 135/27 = 5 моль

45. а) 0.8 кг. CuO n(CuO) = m/M = 800/80 = 10 моль.

б) 220 кг. Na₂CO₃ n(Na₂CO₃) = m/M = 220000/106 = 2075,5 моль

в) 56 г. KOH n(KOH) = m/M = 56/56 = 1 моль

46. а) 9.8 г. H₂SO₄ n(H₂SO₄) = m/M = 9.8/98 = 0.1 моль.

б) 98 г. H₃PO₄ n(H₃PO₄) = m/M = 98/98 = 1 моль

в) 160 г. O₂ n(O₂) = m/M = 160/32 = 5 моль

47. а) 1000 моль H₂ m(H₂) = n*M = 1000*2 = 2000 г.

б) 10 моль NaCl m(NaCl) = n*M = 10*58,5 = 585 г

в) 200 моль NH₃ m(NH₃) = n*M = 200*17 = 3400 г.

48. а) 5 моль Ar m(Ar) = n*M = 5*40 = 200 г.

б) 1 моль Fe m(Fe) = n*M = 1*56 = 56 г

в) 0.1 моль Au m(Au) = n*M = 0.1*197 = 19.7 г.

49. а) 50 моль Mg m(Mg) = n*M = 50*24 = 1200 г.

б) 10 моль Br₂ m(Br₂) = n*M = 10*160 = 1600 г

в) 0.1 моль KMnO₄ m(KMnO₄) = n*M = 0.1*158 = 15.8 г.

50. Поскольку молярная масса гидроксида натрия меньше, чем у гидроксида калия, то в 1 кг. NaOH содержится больше молекул, чем в 1 кг. KOH. Число частиц N = n*Na = (m*Na)/M

В раза больше частиц вNaOH, чем в KOH.

51. Поскольку молярная масса HNO₃ меньше, чем у H₂SO₄, то в 1 кг. HNO₃ содержится больше молекул, чем в 1 кг. H₂SO₄. Число частиц N = n*Na = (m*Na)/M

В раза больше частиц вHNO₃, чем в H₂SO₄

52. Пусть m(H₂) = m(N₂) = m(CO₂)=1.

Т.к. количество вещества n = m/M, то n(H₂) : n(N₂) : n(CO₂) = 1/2 : 1/28 : 1/44 = 1 : 1/14 : 1/22.

Т.к. число молекул N = n*Na, то N(H₂) : N(N₂) : N(CO₂) = 1*6.02*10²³ : 1/14*6.02*10²³ : 1/22*6.02*10²³ = 1 : 1/14 : 1/22.

53. a) n(NaNO₃) = 5 моль. n(N) = n(NaNO₃) = 5 моль. m(N) = n*M = 5*14 = 70г.

б) n(NH₄NO₃) = 5 моль. n(N) = 2n(NH₄NO₃) = 10 моль. m(N) = n*M = 10*14 = 140г.

54. V(H₂O) = 3 литра. Следовательно, m(H₂О) = 3 кг. n(H₂O) = m/M = 3000/18 = 166.67 моль. Поскольку 1 моль любого вещества содержит одинаковое количество частиц, то 166.67 моль воды и 166.67 моль сероуглерода содержат равное количество частиц: n(CS₂) = 166.67 моль. m(CS₂) = n*M = 166.67*76 = 12666.7 г.

55. V(H₂O) = 2 литра. Следовательно, m(H₂О) = 2 кг. n(H₂O) = m/M = 2000/18 = 111.11 моль. Поскольку 1 моль любого вещества содержит 6.02*10²³ частиц, то человек ежедневно потребляет 111.11*6.02*10²³ = 6.69*10²⁵ частиц.

56. m(S_x) = 4.25*10^-22 г. Сера состоит из х = (4.25*10^-22 * 6.02*10²³)/Ar(S) = 255/32 = 8 атомов, где 6.02*10²³ - число Авогадро, Ar(S) - относительная атомная масса серы.

57. m(Р_x) = 2.056*10^-22 г. Фосфор состоит из х = (2.056*10^-22 * 6.02*10²³)/Ar(Р) = 124/31 = 4 атомов, где 6.02*10²³ - число Авогадро, Ar(Р) - относительная атомная масса фосфора.

58. m(О_x) = 8*10^-23 г. Озон состоит из х = (8*10^-23 * 6.02*10²³)/Ar(О) = 48/16 = 3 атомов, где 6.02*10²³ - число Авогадро, Ar(О) - относительная атомная масса кислорода.

59. m(Na₂CO₃*x(H₂O)) = 14.3 г., m(Na₂CO₃) = 5.3 г.

а) Найдем количество безводного карбоната натрия: n(Na₂CO₃) = m/M = 5.3/106 = 0.05 моль. б) Масса воды равна m(H₂O) = m(Na₂CO₃*x(H₂O)) - m(Na₂CO₃) = 14.3 - 5.3 = 9 г.

в) Количество воды n(H₂O) = m/M = 9 / 18 = 0.5 моль, следовательно, х = 0.5 / 0.05 = 10; Ответ: Na₂CO₃*10(H₂O).

60. m(FeSO₄*x(H₂O)) = 277.91 г., m(FeSO₄) = 151,91 г.

а) Найдем количество безводного сульфата железа: n(FeSO₄) = m/M = 151.91/152 = 1 моль. б) Масса воды равна m(H₂O) = m(FeSO₄*x(H₂O)) - m(FeSO₄) = 277.91 - 151,91 = 126 г.

в) Количество воды n(H₂O) = m/M = 126 / 18 = 7 моль, следовательно, х = 7 / 1 = 7; Ответ: FeSO₄*7(H₂O).