Основні поняття та стехіометричні закони хімії
Значення розділу. При вивченні дисципліни «Хімія» формування системи знань починається з розгляду основних хімічних понять та стехіометричних законів. Опанування наступних тем курсу відбувається з опорою на основні поняття. Наприклад, при розгляді теми «Основи теорії будови речовини» використовуються як опорні і набувають подальшого розвитку такі поняття, як: «атом», «молекула», «речовина» тощо. На стехіометричних законах ґрунтується проведення типових хімічних розрахунків. Таким чином, засвоєння зазначених понять і законів є умовою успішного опанування курсу в цілому. Саме тому дуже важливо зрозуміти і вивчити навчальний матеріал цієї теми.
Цілі вивчення розділу:
- повторення та закріплення основних хімічних понять: «хімічний елемент», «речовина», «хімічна реакція» та понять, пов’язаних з ними;
- повторення і поглиблення знань основних законів хімії;
- повторення і закріплення вмінь проводити типові розрахунки за формулою та рівнянням хімічної реакції;
- формування понять: «еквівалент», «молярна маса еквівалента»; вивчення закону еквівалентів;
- формування вмінь проводити розрахунки за законом еквівалентів.
Результати вивчення розділу
Необхідно знати:
1 Основні хімічні поняття: «хімічний елемент», «речовина», «хімічна реакція», а також пов’язані з ними – «атом», «молекула», «йон», «алотропія», «проста речовина», «складна речовина», «дальтоніди», «бертоліди», «хімічна формула», «хімічна реакція», «еквівалент»; правила номенклатури неорганічних сполук.
|
|
|
2 Величини, що широко використовуються в хімії: відносна атомна маса, відносна молекулярна маса, густина, відносна густина, молярна маса, кількість речовини, молярний об’єм, стала Авогадро.
3 Закони: збереження маси речовин, сталості складу, Авогадро, об’ємних співвідношень, еквівалентів, об’єднаний закон газового стану.
Необхідно вміти:
1 Розрізняти прості і складні речовини, визначати належність речовини до певного класу, складати хімічні формули простих та складних речовин, визначати еквіваленти елементів у сполуці та еквіваленти сполук, пояснювати, що показує хімічна формула, розставляти коефіцієнти в рівняннях хімічних реакцій, визначати їх тип за ознакою числа та складу реагентів і продуктів.
2 Розраховувати відносну молекулярну масу, проводити типові розрахунки за хімічною формулою, розраховувати молярну масу еквівалента; розраховувати молярну масу газоподібних сполук.
3 Проводити типові розрахунки за рівнянням хімічної реакції, за законами Авогадро, об’ємних співвідношень, еквівалентів.
Література для підготовки теоретичного матеріалу
|
|
|
Опрацювати розділ 1 підручника [6 ] та 1.1 посібника [3].
План вивчення розділу
1 Основні хімічні поняття: визначення, приклади.
2 Фізико-хімічні величини: позначення, визначення, розмірність, розрахункова формула.
3 Стехіометричні закони.
4 Приклади розв’язання типових задач і виконання завдань.
5 Завдання для самоперевірки.
Приклади розв’язання типових задач і виконання завдань
Приклад 1 Розрахуйте відносну масу формульної одиниці Al2(SO4)3.
Розв’язання:
.
Оскільки чисельне значення 
, виражене в г/моль, чисельно збігається із значенням 
, то
г/моль.
Приклад 2Визначте масу молекули води.
Розв’язання:
.
Приклад 3Визначте масу молекули води, не використовуючи значення а. о. м.
Розв’язання.Молярна маса води (M(H2O)) дорівнює 18 г/моль. Використовуючи значення молярної маси і відомості про число молекул, що містяться в 1 молі речовини, розраховуємо абсолютну масу молекули H2O:
.
Приклад 4 Маса зразка азоту становить 14 г. Обчислити: а) кількість речовини азоту; б) об’єм, який займає азот за нормальних умов (н. у.); в) кількість молекул і атомів, що містяться у зразку азоту зазначеної маси.
Розв’язання: а) розраховуємо кількість речовини азоту:
|
|
|
б) розраховуємо об’єм, який зразок азоту займає за н. у.:
перший спосіб:
другий спосіб:прирівнявши
,
знаходимо
в) розраховуємо кількість молекул азоту:
Розраховуємо кількість атомів Нітрогену, врахувавши, що одна молекула складається з двох атомів. Отже, в 3,01.1023 молекул азоту міститься 6,02.1023 атомів Нітрогену.
Приклад 5 Який об’єм займають 10 г ртуті, якщо густина ртуті при 298 К дорівнює 
?
Розв’язання:
Приклад 6 Визначте молярну масу газу, якщо його густина за повітрям становить 2.
Розв’язання:
Приклад 7Розрахуйте: а) еквівалент і б) молярну масу еквівалента хімічного елемента Фосфору в сполуках 
та 
Розв’язання: а) 
,
де z(X) число еквівалентності, що дорівнює валентності хімічного елемента у сполуці.
; 
.
б) 
,
де 
- молярна маса хімічного елемента.
,
.
Приклад 8Розрахуйте: а) еквівалент і б) молярну масу еквівалента оксиду - 
Розв’язання: а) 
,
де 
- число еквівалентності оксиду, що дорівнює добутку валентності хімічного елемента ( 
) та кількості його атомів ( 
) у сполуці:
;
б) перший спосіб:
,
де 
- молярна маса оксиду 
.
;
другий спосіб:
|
|
|
,
.
Приклад 9Розрахуйте: а) еквівалент і б)молярну масу еквівалента амфотерного гідроксиду - 
.
Розв’язання: а) 
,
де 
- число еквівалентності , що дорівнює кислотності (кількості гідроксогруп) гідроксиду:
;
б) перший спосіб:
,
де 
- молярна маса формульної одиниці амфотерного гідроксиду.
;
другий спосіб:
де Х та 1 - цифрові значення зарядів йонів, яким дорівнюють числа еквівалентності йонів.
.
Зауважимо, що аналогічний спосіб розрахунку використовується для основ.
Приклад 10Розрахуйте: а) еквівалент і б) молярну масу еквівалента кислоти - 
.
Розв’язання: а) 
;
де 
- число еквівалентності, що дорівнює основності (як правило, кількості атомів Гідрогену) кислоти:
,
б) перший спосіб:
,
де 
- молярна маса кислоти.
другий спосіб:
де Х та 1 - цифрові значення зарядів йонів, яким дорівнюють числа еквівалентності йонів.
Приклад 11Розрахуйте: а) еквівалент і б) молярну масу еквівалента солі.
Розв’язання: а) 
де 
- число еквівалентності солі, що дорівнює добутку валентності (заряду) на кількість атомів (йонів) металічного елемента (або йону амонію 
для амонійних солей):
б) перший спосіб: 
,
де 
- молярна маса формульної одиниці солі.
другий спосіб:
де Х та Y - цифрові значення зарядів йонів, яким дорівнюють числа еквівалентності йонів.
Приклад 12Розрахуйте еквівалентний об’єм газів – кисню та водню.
Розв’язання.У розрахунках за законом еквівалентів найчастіше використовуються значення еквівалентних об’ємів кисню та водню, їх розраховують так:
,
.
Приклад 13Розрахуйте еквіваленти та молярні маси еквівалентів реагентів за рівнянням реакції:
а) 
;
б) 
.
Розв’язання: а) вобміннійреакції еквівалент реагенту визначають за стехіометричним співвідношенням речовин. 1 моль 
взаємодіє з 2 молями катіонів Гідрогену одноосновної кислоти 
. Отже, на один моль катіонів 
припадає 1/2 моля амфотерного гідроксиду 
, тому еквівалент в цій реакції дорівнює 1/2, а еквівалент 
– 1.Розраховуємо молярну масу еквівалентів реагентів:
б) на 1 моль двокислотної основи 
витрачається 2 молі катіонів Гідрогену. Отже, на 1 моль припадає 1/2 моль . З іншого боку, в 1 молі фосфатної кислоти відбувається заміщення 2 молів катіона Гідрогену, тобто на 1 моль припадає 1/2 моль 
, що вступає в реакцію. Тому еквіваленти та в цій реакції однакові і становлять 1/2. Розраховуємо молярну масу еквівалентів реагуючих речовин:
Приклад 14Об’єм газу при 230С і тиску 103,3 кПа дорівнює 250 л. Визначте об’єм газу за: а) нормальних умов; б) стандартних умов (ст. у.)?
Розв’язання: а) за рівнянням об’єднаного закону газового стану розраховуємо об’єм газу за н. у.:
б) стандартні умови: T0=298 K (t0=250С); Р0=101,3 кПа. За рівнянням об’єднаного закону газового стану розраховуємо об’єм газу за ст. у.:
Приклад 15Об’єм H2S, виміряний при t=170C та тиску 98,64 кПа, становить 1,8 л. Розрахуйте густину H2S за н. у. і за зазначених умов.
Розв’язання. Задачі такого типу зручніше розв’язувати за рівняннямМенделєєва-Клапейрона, обов’язково беручи до уваги необхідність застосування відповідних одиниць вимірювання. Оскільки ми обираємо величину універсальної газової сталої 
, то слід попередньо перевести й усі вихідні дані у міжнародні одиниці вимірювання СІ. Маємо: температура 
, тиск 
, об’єм 
, а маса, яку знайдемо внаслідок обчислень, буде виражатися у кг.
Тепер розраховуємо масу H2S :
Розраховуємо густину H2S за н. у.:
Розраховуємо густину H2S за зазначених умов:
Розрахунок густини H2S можна також провести, використовуючи рівняння Менделєєва-Клапейрона:
Приклад 16Який об’єм займатиме амоніак, якщо відомо, що об’єм водню, який з ним прореагував, становить 450 м3 . Об’єми газів виміряні за однакових умов.
Розв’язання.Складаємо рівняння хімічної реакції:
За рівнянням реакції визначаємо об`ємні співвідношення газів у реакції:
.
Отже, об’єм утвореного амоніаку в 1,5 раза менший за об’єм водню.Розраховуємо об’єм утвореного амоніаку:
.
Приклад 17Розрахуйте, яка кількість фосфор(V) оксиду утвориться при горінні 8 молів фосфору у надлишку кисню.
Алгоритм 1 Знаходження маси (об’єму, кількості) однієї із взаємодіючих речовин за відомою масою (об’ємом, кількістю) іншої речовини (відома кількість однієї речовини n1 → невідома кількість іншої речовини n2).
1 Складаємо рівняння хімічної реакції.
2 Встановлюємо речовину, кількість якої відома, і речовину, кількість якої необхідно розрахувати. Підкреслюємо формули цих речовин у рівнянні хімічної реакції.
3 Під формулами речовин, які встановили, записуємо їх кількості (кількості цих речовин збігаються з коефіцієнтами, які стоять перед їх формулами у рівнянні хімічної реакції).
4 Над формулою однієї речовини (кількість якої відома за умовою) записуємо її кількість, а над формулою іншої речовини (кількість якої необхідно знайти) записуємо х.
5 Складаємо пропорцію і визначаємо х.
Розв’язання:
| 8моль | х моль | |
|
| ||
| 4 моль | 2 моль | |
5 Складаємо пропорцію і визначаємо х.
8 моль 
| утворює | х моль 
|
| 4 моль
| утворює | 2 моль
|
Приклад 18Розрахуйте, яка маса фосфор(V) оксиду утвориться при горінні 248 г фосфору у надлишку кисню.
Алгоритм 2 Знаходження маси (об’єму, кількості) однієї із взаємодіючих речовин за відомою масою(об’ємом, кількістю) іншої речовини (відома маса однієї речовини m1 → невідома маса іншої речовини m 2).
1 За формулою знаходимо кількість речовини, маса якої дана за умовою задачі.
2 Виконуємо дії за алгоритмом 1.
3 За формулою розраховуємо масу речовини, яка була невідома.
Розв’язання:1Знаходимокількість речовини, маса якої дана за умовою задачі:
2 Виконуємо дії за алгоритмом 1:
| 8моль | х моль | |
|
| ||
| 4 моль | 2 моль | |
| 8 моль
| утворює | х моль
|
| 4 моль
| утворює | 2 моль
|
Розраховуємо масу речовини, яка була невідома:
Приклад 19При взаємодії 1,215 г невідомого металу з сульфатною кислотою виділяється 1,12 л водню (н. у.). Розрахуйте молярну масу еквівалента металу і визначте метал.
Розв’язання. За законом еквівалентів розраховуємо молярну масу еквівалента металу:
За формулою:
;
де 
- число еквівалентності металу, що дорівнює його валентності у сполуці. Розраховуємо молярну масу металу, підставляючи можливі значення його валентності. Припустимо, що валентність металу дорівнює І, тоді 
. Оскільки числове значення молярної маси збігається із значенням відносної атомної маси, шукаємо у періодичній системі хімічних елементів одновалентний метал зі значенням 
. Такий метал не існує. Припустимо, що валентність металу дорівнює ІІ, тоді
.
Отже, шукаємо у періодичній системі хімічних елементів двохвалентний метал зі значенням 
. Таким металом є магній 
.
Зауважимо, що під час розв’язування подібних задач, необхідно послідовно підставляти можливі значення валентності елементу (від І до VIII) доки не буде визначено хімічний елемент.
Приклад 20З оксиду металу масою 0,54 г можна одержати нітрат цього металу масою 1,26 г. Розрахуйте молярну масу еквівалента металу і визначте метал.
Розв’язання. За законом еквівалентів:
Молярну масу еквівалента оксиду металу подаємо так:
а молярну масу еквівалента нітрату металу подаємо так:
.
Підставляючи подані значення молярних мас еквівалентів оксиду та нітрату металу у перше рівняння, отримуємо
Послідовно підставляючи можливі значення валентності металу, знаходимо, що коли 
, де 
- валентність металу, то
Оскільки числове значення молярної маси збігається із значенням відносної атомної маси, то 
. У періодичній системі хімічних елементів знаходимо метал із таким значенням відносної атомної маси. Цей метал – цинк 
.
Завдання для самоперевірки
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 329; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!