системе элементов, например: -
ЛгН= 1,007825035 |
Лю = 15,9994 |
ЛгШ= 22,989768 |
14,00674 |
АгР = 18,998403 |
ЛгР = 30,973762 |
В дальнейшем при решении задач можно пользоваться округленными значениями Ат(см. Приложение 1), например:
^гн == 1 |
= 16 |
АтШ= 23 |
^ гК=14 |
АхР=19' |
Л р^31 |
Относительные атомные массы элементов, как и другие физические характеристики, запоминать не следует.
Если для некоторой молекулы известен ее качественный и количественный состав (т. е. ее химическая формула), то
;легко можно вычислить относительную молекулярную массу МТвеТщества, например:
Мг„2 = 2Л н = |
2 -1= 2 |
* . |
. |
' |
|
МгК2 ^2Л гК = |
2-14 = 28/ |
|
. |
||
Мг„2о = 2АгН+ |
Ат0 = |
(2-1) +. (1 -16) = |
18 |
|
|
МгРС13 = ЛгР + |
ЗА^ = |
31 + (3- 35,5) = |
137,5 |
|
|
Атомы и молекулы—частицы чрезвычайно малые, по этому порции веществ, которые берутся для химических реакций, характеризуются другими физическими величина ми, отвечающими большому числу частиц.
Установлено, что 12 г углерода содержат 6,02* 1023 ато мов С (Аг = 12), 28 г азота N2 содержат то же число молекул. N2(Мг = 28), 18 г Н20 - т о же число молекул Н20 (Мг = 18)
ит.д. Количество вещества В (углерод С, азот N2, вода
Н20), содержащее 6,02 Л023 частиц и обозначаемое лв; составляет 1 моль:
Тдс = Им2 = % 2о = лв = 1 моль.- |
4 - |
Порция вещества, например воды, массой 36 г будет содержать удвоенное число молекул, т.е. 2 (6,02*1023), мас сой 45 г -2,5 (6,02*1023) молекул, массой 1,8 г-0,1 (6,02-1023) молекул. Другими словами, количество воды равно в этих порциях 2 моль, 2,5 моль и 0,1 моль.
Таким образом, количество вещества-это физическая величина, прямо пропорциональная числу частиц, составляю щих данное вещество и входящих во взятую порцию этого вещества.
Если вещество построено из атомов (чаще говорят-из о д н о а т о м н ы х молекул, например, углерод С), то счет
10
ведут на атомы, а если увещество молекулярноето на молекулы (N2, Н20).
Единица количества вещества - моль отвечает такому количеству вещества, которое содержит 6,02- 1023 частиц этого вещества.
Число частиц 6,02* 1023 называется числом Авогадро. Если числу Авогадро приписать единицу моль-1, то получится физическая константа - постоянная Авогадро (обозначение
АГа): |
|
|
|
|
ЛГа = 6,02-1023 моль^1. |
~ ^ |
' |
' |
' |
Число Авогадро необходимо запомнить. |
взятой |
пор |
||
Определить количество вещества В во |
||||
ции-это значит установить, во . сколько раз |
число |
частиц |
||
в данной порции |
отличается от* числа Авогадро: |
|
/ |
|
пъ = Мъ/ЫА. |
' / |
|
|
(1) |
Например, порции воды, содержащие |
1,505-1024 и |
|||
6,02 -1022 молекул воды, отвечают следующим количествам этого вещества:
|
|
1,505-1024 |
* |
|
|
"«2° |
" |
6;02_ 102Т " |
’ |
М0ЛЬ’ |
** |
|
|
6,02- 1022 • |
|
|
|
”н2° |
“ |
6,02; 1023 " |
’ |
М0ЛЬ' |
|
,ч \
Количество . вещества 1 моль, т.е. порция «обязательно содержащая 6,02-1023 частиц, обладает массой, характерной именно для данного вещества. Так; 1 моль углерода отвечает массе 12 г, 1 моль воды Н20-массе 18 г. Эту характерис тику вещества-массу одного моля данного вещества-назы вают молярной массой и обозначают М. Очевидно, что если порция вещества будет 2 моль, то масса этой порции ока жется в 2 раза больше значения М для данного вещества.
Молярная масса вещества В-это отношение массы д а н ной порции вещества тв к количеству вещества в этой порции:
Мв = |
тв/пв. |
' |
' (2) |
Единица молярной массы-г/моль. Примеры: |
|||
Мс = |
12 г/моль, |
Мн2о =/18 г/моль, |
Мрс^ = 137,5 г/моль. |
Отметим тот важный факт, что молярная масса данного' вещества М всегда численно р а в н а его относительной
11
молекулярной массе Мг. Другими словами, для расчета М надо вычислить значение Мх данного вещества по Периодической системе и приписать ему единицу г/моль.
Абсолютная масса молекулы вещества В может быть рассчитана по уравнению:
™Мол.в = |
М„/АГа |
(3) |
Так, масса одной молекулы азота К 2 равна: |
||
« ю Ц |
= 28/6,02*.1023 = |
4,65* 10~23 г. |
В настоящее время известно 110 элементов, а число простых веществ,* ими образуемых, около 400. Способность одного элемента существовать и виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, полечила название аллотропии. Например, элемент кислород О имеет две
аллотропных формы: кислород 0 2 и озон Оэ, отличающиеся числом атомов в их молекулах. Аллотропные формы эле мента углерод С-алмаз и графит - отличаются строением их кристаллов. Существуют и другие причины аллотропии.
Упражнения
1.1. Приведите символы следующих элементов:
а) азот, свинец, бериллий, рубидий, кремний, алюминий, хлор; б) серебро, литий, стронций, теллур, водород, калий, фтор; в) марганецу^галлий, медь, фосфор, германий, кальций, углерод; г) мышьяк, золотец олово, хром; ртуть, бром, цинк, магний; д) цезий, кадмий, селен, барий, железо, бор, натрий, иод.
1.2. Назовите следующие Химические элементы:
а) Ре, Ка, (Л, В, Си; |
г) |
Сг, С$, 2п, 8, 8е; |
б) Мп, Аи, А§, Н, Н& |
д) И, ОД Са, Се, А8; * |
|
в) Те, Ве, Са, 8п, 8ц |
е) |
РЪ, КЪ, 8г, 1л, Р. |
1.3. Пользуясь Периодической системой элементов, рассчитайте относительную молекулярную массу следующих веществ:
а) Р4, С 02, НКОэ, Ка3Р 04; |
г) 0 2, РС15, Н48Ю4, КН4Вг; |
б) 8е8, К20 5, Н2804, СаС12; |
д) В12, А120 3, Н3Р04, Ва804; |
в) 0 3, Р40 1д, Н2СОэ, Си804; |
е) 88, В20 3, Н4Р20 7, РеС13. * |
1.4. Укажите, какие из перечисленных веществ являются:
а) простыми, б) сложными, в) аллотропными формами: Н2804, 88, НС1, Ре, НК03, 8п(белое), 86, ВаС12, Р4(белый), >Щ3, 82, РС15, РС13, Р(красный), С02, Ка, (КН4)28С4, 8п(серое), 803, СС14, Са, Са3(Р04)2, С12, РеС13, С(алмаз), СН4, С(графит), КОН,
2. СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ
Закон сохранения массы веществ. Закон постоянства состава веществ. Закон Авогадро и следствия из него. Молярный объем газа. Относительная плотность газов и определение молярной массы веществ.
Химические формулы сложных веществ. Молекулярные и ионные' соединения. Формульные единицы. Молекулярные формулы. Истинные формулы. _ ,
Количественный состав сложного вещества. Массовая Доля (процентное содержание) элемента. Определение молекулярных и истинных формул веществ.
Стехиометрия-раздел химии, в котором рассматри ваются массовые и объемные отношения мЪжду реагирую щими веществами.
Известно три основных стехиометрических закона.
1) Закон сохранения массы веществ |
(М. В. Ломоносов, |
1748-1756 гг.; А.-Л. Лавуазье, 1789 г.): |
- |
Масса веществ, вступивших в реакцию (реагентов), равна массе веществ, получившихся в результате реакции (продук тов).
2) Закон постоянства состава веществ (Ж.-Л. Пруст, 17" г.); * .
Каждое чистое .вещество, каким бы способом оно не было получено, всегда имеет один и тот же состав (и свойства).
3) Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811 г.; С. Канниццаро,
1858 г.): . .
В равных объемах различных газов при одинаковых темпе ратуре и давлении содержится одно и то же число молекул.
Первое следствие из закона Авогадро::.
При одинаковых условиях равные количества различных
газов занимают равные объемы. |
. |
|||
В частности, при нормальных условиях (н.у.)-при темпе |
||||
ратуре |
Т= |
273,15 К (0°С) и |
давлении р = 1,01325-105 Па |
|
(1 атм^ |
760 |
мм рт. ст.)-любой |
газ (близкий |
по свойствам |
к идеальному газу), количество которого |
равно 1 моль, |
|||
занимает объем 22,4 л. Эта физическая постоянная назы вается молярным объемом газа при нормальных условиях.
Молярный объем Ум газа В при некоторых условиях равен отношению объема порции данного газа Ув при тех же условиях к количеству вещества в этой порции пв :
Ум = Ув /п в — СОП8( ПрИ Р ,Т = СОП81. |
(4) |
13
Единица молярного "объема газа-л/моль; при нормаль ных условиях Уы = 22,4 л/моль. Это значение следует за помнить.
, Второе следствие из закона Авогадро:
Молярная, масса вещества В в газообразном состоянии равна еро удвоенной плртности по водороду, т.е.
М в = М Н2Л Н2 = |
2 0 Н2 (г/ м о л ь) . |
(5) |
Аналогично, с учетом средней Молярной массы воздуха |
||
Мвозд = 29 г/моль имеем: |
|
|
Мв = |
= 290*^ (г/моль). |
(6) |
В разд. 1 уже отмечалось, что сложные вещества могут быть молекулярными (т. е. состоять из электронейтральных частиц-молекул) и ионными (т.е. состоять из сочетания противоположно заряженных частиц-ионов).
‘ Химическая формула и о н н о го вещества состоит, таким образом, из двух частей-формул катиона (положительного иона) и аниона (отрицательного иона), например формула хлорида кальция СаС12-это сочетание формул одного ка тиона Са2+ (катиона кальция) и двух анионов С1“ (хло- рид-йонов). Катионы и анионы могут быть п росты м и, или одноэлементными (Са2+, С1~), и слож ны м и, или много элементными (N114 , СО2-*), о д н о з а р я д н ы м и (К+, Вг~)
и м н о г о з а р я д н ы м и |
(Ре2+, Сг3+, 805” , РО^- , 8Ю$~). |
|
Названия распространенных ионов: |
||
Катионы |
|
Анионы |
Ка+-катион натрия |
|
Р” -фторид-ион |
К + -катион калия |
|
С1" - хлорид-ион |
А§+-катион серебра(1) |
' |
- Вг“ - бромид-ион |
>Ш2катион аммония |
I"-иодид-ион |
|
М§ -катион магния |
|
ОН- -гидроксид-ион |
Са2+-катион кальция |
|
N0 7 - нитрит-ион |
Ва2+ - катион бария |
|
N0 7 -нитрат-ион * |
РЪ2+-катион свинца(И) _ |
О2 - - оксид-ион |
|
Мп2+-катион марганца(П) |
82“ -сульфид-ион |
|
Си2 + - катион меди(П) |
" |
801 ~ - сульфит-ион |
2п2+-катион цинка(Н) |
|
8 0 | “ - сульфат-ион |
Ре2 +-катион железа(11) |
СОз“ -карбонат-ион |
|
Ре3+-катион железа(Ш) |
Мп0 7 - перманганат-ион |
|
Сг3+ -катион хрома(И1) |
РО|~ - ортофосфат-ион |
|
А13+ -катион алюминия |
8Ю4 -ортосиликат-ион |
|
Эти названия необходимо запомнить.
В ф о р м у л а х сложных веществ всегда сначала указы вают катионы, а затем анионы, например КС1, Ва804 и т. д. В н а з в а н и я х сложных веществ, наоборот, сначала указы-
14