- •(Для студентов заочной формы обучения)
- •Часть 1
- •Введение
- •Основные законы химии Краткие теоретические сведения
- •Определение z* и расчет мэ простых и сложных веществ
- •Математически закон эквивалентов для условной реакции вида
- •Примеры решения задач
- •По закону эквивалентов [из формулы (13)]
- •В любом оксиде с.О. Кислорода равна –2, тогда по формуле (9)
- •Следовательно,
- •Строение атомов и свойства химических элементов Краткие теоретические сведения
- •Основная масса атома сосредоточена в ядре и характеризуется массовым числом а, которое равно сумме числа протонов z и числа нейтронов n:
- •Основные характеристики подуровней
- •Зависимость некоторых свойств элементов и их соединений от z
- •Относительная электроотрицательность некоторых элементов
- •Примеры решения задач
- •Химическая связь и строение молекул Краткие теоретические сведения
- •Разрыв связи в молекуле может быть осуществлен:
- •Виды гибридизаций ао и геометрические параметры частиц
- •Строение и ожидаемая полярность молекул
- •Примеры решения задач
- •Согласно табл. 4, эо атомов хлора и йода соответственно равны 2,83 и 2,21. Находим разность эо атомов:
- •По рис. 1 определяем си связи. Си 5 %. Тогда
- •Список литературы
Определение z* и расчет мэ простых и сложных веществ
Тип реакции |
Вещество |
Определение числа эквивалентности z* |
Формула для расчета МЭ |
Пример |
Не участвует в реакции |
Оксид |
, где В – валентность элемента; N – число атомов элемента |
|
Na2O: , г/моль
|
Соль |
, где – число катионов; – заряд катиона |
|
AlCl3: , г/моль |
|
Основание |
т. е. число ионов OH–, способных замещаться на анионы |
|
Ca(OH)2: , г/моль |
|
Кислота |
то есть число ионов H+, способных замещаться на катионы |
|
H2SO4: , г/моль |
|
Ионного обмена |
Любое |
, где - число ионов Н+ или ОН–, переходящих от одного вещества к другому |
или
|
Al(OH)3 + 2HCl = = Al(OH)Cl2 + 2H2O Для Al(OH)3: , г/моль |
Продолжение табл. 1
Тип реакции |
Вещество |
Определение числа эквивалентности z* |
Формула для расчета МЭ |
Пример |
ОВР |
Любое |
, где Ne – число электронов, принятых (или отданных) окислителем (или восстановителем) |
|
Для KClO3: , |
Закон эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы образовавшихся продуктов пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ.
Математически закон эквивалентов для условной реакции вида
А + В С + D
можно выразить различными способами. Например:
или . (13)
Если в реакции участвуют газообразные вещества, то закон эквивалентов целесообразнее записать как соотношение объемов
. (13а)
Наконец, когда один из участников реакции – газ, а другой – твердый реагент, то формула, выражающая закон эквивалентов, принимает вид
. (13б)
Примеры решения задач
Пример 1. Определите, сколько молекул СО образуется при сгорании 4 мг углерода. Чему равна абсолютная масса одной молекулы кислорода?
Р е ш е н и е
Составим уравнение реакции горения углерода с образованием СО:
2С + О2 = 2СО ,
из которого следует, что при сгорании 2 моль углерода образует
ся 2 моль газа СО. Используем формулу (2) для определения количества моль углерода, которое будет равно числу моль СО:
Тогда число молекул оксида углерода (II) найдем по формуле (1):
NСО = nCO NA = 3,33 10-4 6,02 1023 = 2,00 1020 .
Рассчитаем относительную молекулярную массу молекулы O2
Mr = 2 Ar(O) = 216 = 32 а. е. м.
Так как Mr и масса 1 моль вещества численно равны друг
другу, то
.
Ответ: NСО = 21020; .
Пример 2. Сколько моль атомов азота содержится в 1 кг нитрата аммония? Определите массовую долю азота в данной соли.
Р е ш е н и е
Определяем молярную массу нитрата аммония NH4NO3 :
М = 2 Ar(N) + 4 Ar(H) + 3 Ar(O) = 2 14 + 4 1 + 3 16 =
= 80 г/моль.
Из формулы вещества NH4NO3 следует, что 1 моль нитрата аммония содержит 2 моль атомов азота, тогда
n(N) = 2 nнитрата = .
Массовую долю азота найдем как отношение двух Аr(N) к молярной массе NH4NO3:
или 35 % мас.
Ответ: число моль атомов азота равно 25 моль; (N) = = 35 % мас.
Пример 3. Выразите в молях и в граммах 6,02 1021 молекул СО2.
Р е ш е н и е
Находим число моль молекул СО2 :
Определяем массу 100 моль молекул диоксида углерода
Ответ: nСО2 = 100 моль; масса CO2 равна 4400 г.
Пример 4. Массовая доля фосфора в его оксиде равна 43,7 % мас. Установите простейшую формулу оксида.
Р е ш е н и е
Обозначим числа атомов фосфора и кислорода в простейшей формуле оксида через х и у. Аr данных элементов равны 31 и 16. Значит, массы фосфора и кислорода в составе оксида относятся друг к другу как 31х 16у. По условию задачи в 100 г оксида содержится 43,7 г фосфора и (100 – 43,7) = 56,3 г кислорода. Следовательно,
31х 16у = 43,7: 56,3 или х : у = = 1,41 : 3,52.
Чтобы выразить полученное соотношение целыми числами, необходимо оба значения поделить на наименьшее из них:
х : у = = 1 : 2,5 .
Поскольку дробные коэффициенты в химических формулах не употребляются, то оба члена последнего соотношения умножим на два
х : у = 2 : 5 .
Ответ: простейшая формула оксида фосфора Р2О5 .
Пример 5. Вычислите относительную плотность пропана по водороду и по воздуху.
Р е ш е н и е
Используем второе следствие закона Авогадро. Тогда по формуле (4) плотности пропана (С3Н8) по водороду (Н2) и воздуху соответственно равны:
.
Ответ: ; .
Пример 6. При температуре 280 К в сосуде вместимостью 14 дм3 находится 8 г водорода и 0,25 моль азота. Определите общее давление в системе и парциальные давления каждого газа. Вычислите мольные, объемные и массовые доли компонентов в имеющейся смеси.
Р е ш е н и е
По формуле (2) находим число моль водорода в смеси:
.
По формуле (7) рассчитываем парциальные давления газов:
Общее давление смеси находим по формуле (6):
.
Рассчитываем массовые доли компонентов:
;
.
Вычисляем мольные доли газов в смеси:
;
.
Для оценки объемных долей газов находим объемы H2 и N2 по формуле (5):
;
.
Тогда объемные доли водорода и азота соответственно равны:
;
.
Таким образом, численные значения объемной и мольной доли для газов совпадают, так как выполняется закон Авогадро.
Ответ: ; ; ; ; ; ; .
Пример 7. Какой объем займет смесь газов, содержащая 14 г азота, 32 г кислорода и 35,5 г хлора, при нормальных условиях и в условиях, когда температура возрастет на 20 К, а давление – на 0,5 атм?
Р е ш е н и е
Определяем общее число моль газов в смеси:
По первому следствию закона Авогадро объем смеси газов при н. у. равен
V = n V = 2 22,4 = 44,8 дм3 .
Определяем температуру и давление в новых условиях
Т = 273 + 20 = 293 К;
Р = 1 + 0,5 = 1,5 атм = 1,5 101 325 = 151 987,5 Па.
Тогда по формуле (5) находим объем газовой смеси:
V = .
Ответ: V = 44,8 дм3; V = 32 дм3.
Пример 8. Вычислите МЭ элементов в соединении CS2 и молярные эквивалентные массы веществ Al и SO3.
Р е ш е н и е
Находим с.о. элементов в сероуглероде 2. Тогда по формуле (9)
,
.
Алюминий в соединениях проявляет постоянную валентность В = 3, тогда по формуле (10)
.
Валентность серы в оксиде SO3 равна В = 6, а число атомов S равно N = 1, тогда
.
Ответ: ; ; ; .
Пример 9. Определите МЭ ортофосфорной кислоты и гидроксида марганца, участвующих в реакциях:
1) Н3PO4 + 2KOH = K2HPO4 + 2H2O;
2) Mn(OH)2 + Cl2 + 2KOH = MnO2 + 2KCl + 2H2O .
Р е ш е н и е
Реакция 1) является ионно-обменной, так как протекает без изменения с.о. элементов. В данном случае от 1 моль Н3PO4 к молекулам KOH переходит два иона Н+, т.е. . Тогда
.
Реакция 2) – это окислительно-восстановительный процесс. В гидроксиде с.о. атома Mn равна +2, а в продукте реакции она составляет +4. Атом марганца теряет два электрона в процессе окисления, тогда , а
.
Ответ: ; .
Пример 10. Вычислите молярный эквивалентный объем О2 и Н2 при н.у.
Р е ш е н и е
Э(Н) = 1 по определению. Чаще всего с.о. кислорода в сложном веществе равна –2, поэтому Э(О) = . Газы Н2 и О2 состоят из двух атомов, тогда по формуле (11)
;
.
Ответ: ; ь.
Пример 11. При сгорании 5 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Вычислите молярную эквивалентную массу металла. Определите относительную атомную массу металла, если его валентность в оксиде равна В = 3.
Р е ш е н и е