Контрольні завдання

Кожен студент виконує варіант контрольних завдань, позначений двома останніми цифрами номера студентського квитка (шифру). Наприклад, номер студентського квитка 273, дві останні цифри 73, їм відповідає варіант контрольного завдання 73. Таблиці з варіантами контрольних завдань містяться наприкінці методичкі (перша таблиця – для спеціальностей, які виконують одну контрольну роботу, друга – для спеціальностей, які виконують дві контрольні роботи).

Основні поняття хімії

У більшості країн світу прийнята Міжнародна система одиниць виміру (СИ), що складається із шести основних одиниць: метр (м) – довжина, кілограм (кг) – маса, секунда (с) – час, ампер (А) – сила струму, Кельвін (K) – термодинамічна температура, кандела (кд) – сила світла. XIV Генеральна конференція по мірам і вагам (1971р.) затвердила в якості сьомої основної одиниці Міжнародної системи моль (моль) – одиницю кількості речовини. Моль дорівнює кількості речовини, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у 0,012кг вуглецю–12. При застосуванні моля структурні елементи повинні бути специфіковані і можуть бути атомами, молекулами, іонами, електронами й іншими частками або специфікованими групами часток. Моль речовини відповідає постійній Авогадро N_A = 6,022045×10²³ структурних елементів. При застосуванні поняття „моль” варто вказувати, які структурні елементи маються на увазі, наприклад моль атомів Н, моль молекул Н₂, моль протонів, моль електронів і т.п. Так, заряд моля електронів дорівнює 6,022×10²³е і відповідає кількості електрики, рівній 1 фараді (F). Маса моля атомів або маса моля молекул (мольна або молярна маса), виражена в грамах (г/моль), є грам-атом даного елемента.

Треба враховувати, що в українській науковій літературі назви хімічних елементів не завжди збігаються з назвами відповідних простих речовин (див. таб.).

Елемент	Гідроген	Оксиген	Нітроген	Сульфур	Карбон	Флуор	Силіцій	Арсен	Нікол
Речовина	Водень	Кисень	Азот	Сірка	Вуглець	Фтор	Кремній	Миш’як	Нікель
Елемент	Ферум	Купрум	Аргентум	Меркурій	Аурум	Манган	Плюмбум	Станум	Бісмут
Речовина	Залізо	Мідь	Срібло	Ртуть	Золото	Марганець	Свінець	Олово	Вісмут

Приклад 1. Виразіть в молях: а) 6,02×10²¹ молекул CO₂; б) 1,20×10²⁴ атомів кисню; в) 2,00×10²³ молекул води. Чому дорівнює мольна (молярна) маса зазначених речовин?

Рішення. Моль це кількість речовини, у якому міститься число часток будь-якого визначеного сорту, рівне постійної Авогадро (6,02×10²³). Звідси а) 6,02×10²¹, тобто 0,01моль; б) 1,20 × 10²⁴, тобто 2моль; в) 2,00 × 10²³, тобто 1/3моль.

Маса моля речовини виражається в кг/моль або г/моль. Молярна маса речовини в грамах чисельно дорівнює його відносної молекулярної (атомної) масі, вираженої в атомних одиницях маси (а.о.м.).

Оскільки молекулярні маси CO₂ і Н₂О и атомна маса кисню відповідно рівні 44; 18 і 16 а.о.м., їх мольні (молярні) маси рівні: а) 44г/моль; б) 18г/моль; в) 16г/моль.

Приклад 2. Визначте еквівалент (Е) і масу еквіваленту m_Е азоту, сірки і хлору в з’єднаннях NH₃, Н₂S і HCI.

Рішення. Маса речовини і кількість речовини – поняття неідентичні. Маса виражається в кілограмах (грамах), а кількість речовини – у молях.

Еквівалент елемента (Е) – це така кількість речовини, що з’єднується з 1 моль атомів водню або заміщає ту ж кількість атомів водню в хімічних реакціях. Маса 1 еквіваленту елемента називається, його масою еквіваленту (m_Е). Таким чином, еквіваленти виражаються в молях, а маса еквіваленту у г/моль.

У даних сполуках з 1 молем атомів водню з’єднується 1/3 моля атомів азоту, ½ моля атомів сірки і 1моль атомів хлору. Звідси Е(N) = 1/3моль, Е(S) = 1/2моль, Е(Cl) = 1моль. Виходячи з мольних мас цих елементів, визначаємо їхні маси еквівалентів: m_Е(N) = 1/3 × 14 = 4,67г/моль; m_Е(S) = ½ × 32 = 16г/моль; m_Е(Cl) = 1 × 35,45 = 35,45г/моль.

Приклад 3. На відновлення 7,09г оксиду двовалентного металу потрібно 2,24дм³ водню (н.у.). Обчислить масу еквіваленту оксиду й масу еквіваленту металу. Чому дорівнює атомна маса металу?

Нормальні умови по Міжнародній системі одиниць (СИ) :

тиск 1,013 × 10⁵ Па (760 мм рт. ст. = 1 атм.), температура 273 K або 0°С

Рішення. Відповідно до закону еквівалентів маси (об’єми) реагуючих речовин m₁ і m₂ пропорційні їх масам (об’ємам)еквівалентів:

(1); (2).

Якщо одна з речовин знаходиться в газоподібному стані, то, як правило, її кількість виміряється в об’ємних одиницях (см³, дм³, м³, л).

Об’єм, зайнятий за даних умов молем або еквівалентом газоподібної речовини, називається мольним об’ємом або, відповідно, об’ємом еквіваленту цієї речовини. Мольний об’єм будь–якого газу при н.у. дорівнює 22,4дм³. Звідси об’єм еквіваленту водню V_Е(H₂), молекула якого складається з двох атомів, тобто містить два молі атомів водню, дорівнює 22,4 : 2 = 11,2дм³. У формулі (2) відношення m(H₂) : m_Е(H₂) заміняємо рівним йому відношенням V(H₂) : V_Е(H₂), де V(H₂) – об’єм водню, V_Е(H₂) – об’єм еквіваленту водню:

(3).

З рівняння (3) знаходимо масу еквіваленту оксиду металу m_Е(Ме):

Відповідно до закону еквівалентів маса еквіваленту складної речовини дорівнює сумі мас еквівалентів її складових частин: m_Е(MeO) = m_Е(Me) + m_Е(O₂), звідси m_Е(Me) = m_Е(MeO) – m_Е(O₂) = 35,45 – 8 = 27,45г/моль. Мольна маса металу визначається зі співвідношення m_Е = A/B, де mЕ – маса еквіваленту, A – мольна маса металу, B – стехіометрична валентність елемента; A = m_Е × B = 27,45 × 2 = 54,9г/моль. Оскільки атомна маса в а.о.м. чисельно дорівнює молярної масі, що виражається в г/моль, шукана атомна маса металу 54,9 а.о.м.

Приклад 4. Скільки металу, маса еквіваленту якого 12,16г/моль, взаємодіє з 310см³ кисню (н.у.)?

Рішення. Оскільки моль O₂ (32г/моль) при н.у. займає об’єм22,4дм³, об’єм маси еквіваленту кисню (8г/моль) буде 22,4 : 4 = 5,6дм³. За законом еквівалентів:

звідси: m(Me) =12,16 × 310/5600 = 0,673г.

Приклад 5. Обчислить еквіваленти й маси еквівалентів H₂SO₄ і Al(OH)₃ у реакціях, виражених рівняннями:

H₂SO₄ + KOH = KHSO₄ + H₂O (1)

H₂SO₄ + Mg = MgSO₄ + H₂ (2)

Al(OH)₃ + HCl = Al(OH)₂Cl + H₂O (3)

Al(OH)₃ + 3HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3H₂O (4)

Рішення. Еквівалент (маса еквіваленту) складної речовини, як і еквівалент (маса еквіваленту) елемента, може мати різні значення і залежить від того, у яку реакцію обміну вступає ця речовина. Маса еквіваленту кислоти (основи) дорівнює мольній масі (М), діленої на число атомів водню, заміщених у даній реакції на метал (на число гідроксильних груп, що вступають у реакцію). Отже, маса еквіваленту H₂SO₄ у реакції (1) m_Е(H₂SO₄) = M(H₂SO₄) = 98г/моль, а в реакції (2) – m_Е(H₂SO₄) = M(H₂SO₄)/2 = 49г/моль. Маса еквіваленту А1(OН)₃ у реакції (3) m_Е(Al(OH)₃ = M(Al(OH)₃ =78г/моль, а в реакції (4) – m_Е(Al(OH)₃ = M(Al(OH)₃)/3 = 26г/моль.

Задачу можна вирішити й іншим способом. Оскільки H₂SO₄ взаємодіє з одною масою еквіваленту KOH і двома масами еквіваленту магнію, то її маса еквіваленту дорівнює в реакції (1) – M(H₂SO₄)/1г/моль, а в реакції (2) – M(H₂SO₄)/2г/моль. А1(OН)₃ взаємодіє з одною масою еквіваленту HCI і трьома масами еквіваленту HNO₃, тому його маса еквіваленту в реакції (3) дорівнює M(Al(OH)₃)/1г/моль, а в реакції (4) – M(Al(OH)₃)/3г/моль. Еквіваленти H₂SO₄ у рівняннях (1) і (2) відповідно рівні 1моль і 1/2моль; еквіваленти Al(OH)₃ у рівняннях (3) і (4) відповідно рівні 1 моль і 1/3моль.

Приклад 6. З 3,85г нітрату металу отримані 1,60г його гідроксиду. Обчислить масу еквіваленту металу (m_Е (Ме)).

Рішення. При рішенні задачі варто мати на увазі: а) еквівалент (маса еквіваленту) гідроксиду дорівнює сумі еквівалентів (мас еквіваленту) металу і гідроксильної групи; б) еквівалент (маса еквіваленту) солі дорівнює сумі еквівалентів (мас еквіваленту) металу і кислотного залишку.

З огляду на сказане, підставляємо відповідні дані в рівняння (1) приклада 3:

Приклад 7. У якій масі Са(ОН)₂ міститься стільки ж еквівалентів, скільки в 312г А1(ОН)₃?

Рішення. Маса еквіваленту А1(ОН)₃ дорівнює 1/3 його мольної маси, тобто 78/3 = 26г/моль. Отже, у 312г А1(ОН)₃ міститься 312/26 =12 еквівалентів. Маса еквіваленту Са(ОН)₂ дорівнює 1/2 його мольної маси, тобто 37г/моль. Звідси 12 еквівалентів складають 37г/моль × 12моль = 444г.

Приклад 8. Обчислить абсолютну масу молекули сульфатної кислоти в грамах.

Рішення. Моль будь-якої речовини (див. приклад 1) містить постійну Авогадро (N_А) структурних одиниць (у нашому прикладі молекул). Мольна маса H₂SO₄ дорівнює 98,0г/моль. Отже, маса однієї молекули 98/(6,02×10²³ ) = 1,63×10^–22 г.