ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
И СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ

1. Относительная атомная масса

        Атомы элементов характеризуются определенной массой. Самую маленькую массу имеет атом водорода:

m_a(H) = 1,67^.10^-27 кг = 1,67^.10^-24 г

m_a(C) = 19,93^.10^-27 кг                                 ma(O) = 26,67^.10^-27 кг

   Использовать такие малые величины очень неудобно. Поэтому в химии вместо абсолютных атомных масс обычно используются относительные атомные массы.

     За единицу атомных масс принимается 1/12 часть абсолютной массы атома углерода.

Атомная единица массы (а.е.м.) – это 1/12 часть абсолютной массы атома углерода.

        1 а.е.м. = ma(C)/ 12 = 19,93^.10^-27/ 12 = 1,66^.10^-27 кг = 1,66^.10^-24 г

   Относительной атомной массой элемента называют отношение абсолютной массы атома к 1/12 части абсолютной массы изотопа углерода ¹²С.

Относительная атомная масса элемента Х равна:

Ar(X) = ma(X)/ 1/12m_a(C) = ma(X)/1а.е.м.

Относительные атомные массы элементов являются безразмерными величинами. Значения Arэлементов приведены в Периодической системе.

2. Относительная молекулярная масса. Количество вещества. Постоянная Авогадро.

  Значения относительной молекулярной массы рассчитываются из значений относительной атомной массы с учетом числа атомов каждого элемента в формульной единице сложного вещества.

Mr(H₂O) = Ar(H) + Ar(H) + Ar(O) = 2Ar(H) + Ar(O) = 2^.1 + 16 = 18

Mr(H₃PO₄) = 3Ar(H) + Ar(P) + 4Ar(O) = 3^.1 + 31 + 4^.16 = 98

      Установлено, что 12 г углерода содержат 6,02^.10²³ атомов С. Количество вещества C, содержащее 6,02^.10²³ частиц и обозначаемое n, составляет 1 моль.

     Количество вещества – это физическая величина, прямо пропорциональная числу частиц, составляющих данное вещество и входящих во взятую порцию этого вещества.

   Единица количества вещества – моль – отвечает такому количеству вещества, которое содержит 6,02^.10²³ частиц этого вещества (число Авогадро).

Постоянная Авогадро  N_A= 6,02^.10²³моль^-1

3. Молярная масса

   Количество вещества 1 моль обладает определенной, характерной для данного вещества – молярной массой (M). Молярную массу вещества А можно определить как отношение массы данной порции вещества m_A к количеству вещества n_A в этой порции:

Единица измерения молярной массы: г/моль.

4. Закон постоянства состава

    Химические формулы показывают качественный и количественный состав молекулы
(из атомов каких элементов состоит молекула и сколько этих атомов в молекуле).

    Согласно закону постоянства состава (Ж. Пруст, Франция, 1808 г.): Каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, который не зависит от способа получения вещества.

5. Закон Авогадро. Молярный объем газа. Относительная плотность газа.

   Основной газовый закон – закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

  Первое следствие из закона Авогадро: при одинаковых условиях равные количества различных газов занимают равные объемы.

При нормальных условиях (н.у.) – температуре T=273,15 К (0⁰С) и давлении
Р=1,013^.10⁵ Па (1 атм, 760 мм.рт.ст.) – 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л. Молярный объем газа V_M = 22,4 л/моль.

    Второе следствие из закона Авогадро: молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность первого газа по второму.       M(1) = M(2) ^.D₂(1)

Относительная плотность

Относительная плотность (D) показывает, во  сколько раз газ X тяжелее газаYпри одинаковых условиях. D – величина безразмерная.

6. Массовая доля элемента в сложном веществе

 Массовая для элемента ω(Э) в общей массе сложного вещества – это отношение массы, приходящейся на этот элемент, к массе всего вещества:

  Для химического соединения формулы    AxByCz:

7. Массовая, объемная, мольная доля вещества в смеси

Массовая, объемная, мольная доли– это отношение массы, объема или количества вещества i-того компонента системы к мас­се, объему или количеству вещества всей системы:

      ω(X) – массовая доля компонента X;  φ(X) – объемная доля компонента X;

χ(X) – мольная доля компонента X;

 m(X) = ω(X) × m(общая)   V(X) = φ(X) × V(общий)    n(X) = χ(X) × n(общее)                  

Доля выражается численными значениями от нуля до единицы. Практически ее чаще представляют в процентах, например, доля равна 0,3 или 30%, 0,691 или 69,1% и т.д.

В массовых долях обычно выражают: а) элементный состав вещества; б) состав компонентов смеси; в) содержание вещества в растворе. В объемных долях представляют состав газовых смесей (реже жидких смесей). Содержание компонентов в мольных долях может быть рассчитано для любых случаев, чаще всего в мольных долях выражается состав смесей изотопов.

Пример 1.  Определите количества вещества и массы сульфата железа (II) и воды, содержащихся в 100 г железного купороса (семиводного кристаллогидрата сульфата железа (II) FeSO₄∙ 7H₂O).

Решение:

M(FeSO₄) = 56 + 32 + 4∙16 = 152 г/моль

M(H₂O) = 2∙1 + 16 = 18 г/моль

M(FeSO₄∙7H₂O) = M(FeSO₄) + 7∙M(H₂O) = 152 + 7∙18 = 278 г/моль

M(FeSO₄∙7H₂O) =

n(FeSO₄) = n(FeSO₄∙7H₂O) = 0,36 моль

n(H₂O) = 7n(FeSO₄∙7H₂O) = 7 ∙0,36 моль = 2,52 моль

m(FeSO₄) = n(FeSO₄) ∙ M(FeSO₄) = 0,36 ∙ 152 = 54,7 г.

m(H₂O) = n(H₂O) ∙ M(H₂O) = 2,52 ∙ 18 = 45,4 г.

Ответ: n(FeSO₄) = 0,36 моль, n(H₂O) = 2,52 моль, m(FeSO₄) = 54,7 г, m(H₂O) = 45,4 г.

Пример 2. Определите количества и массы веществ, содержащихся в 25,2 г. смеси оксида фосфора (V) и оксида серы (VI), если известно, что массовая доля фосфора как элемента в этой смеси составляет 23,66%.

Решение:

m(P) = ω(P) ∙m(смеси) = 0,2366 ∙ 26,2 = 6,2 г.

n(P) = =

n(P₂O₅) = 0,5∙n(P) = 0,5∙0,2 = 0,1 моль

m(P₂O₅) = n(P₂O₅)∙M(P₂O₅) = 0,1∙142 = 14,2 г.

m(SO₃) = m(смеси) – m(P₂O₅) = 26,2 – 14,2 = 12,0 г.

n(SO₃) =

Ответ: n(SO₃) = 0, 15 моль, n(P₂O₅) = 0,1 моль, m(P) = 6,2 г, m(SO₃) = 12,0 г.

Пример 3. В смеси оксида натрия и пероксида натрия на 8 атомов натрия приходится
7 атомов кислорода. Вычислите массовые доли веществ в такой смеси.

Решение:

Пусть n(Na₂O) = x, n(Na₂O₂) = y. Тогда n(Na) = 2x+ 2yn(O) = x+ 2y

y = 3x

m(Na₂O) = n(Na₂O) ∙ M(Na₂O) = 62x

m(Na₂O₂) = n(Na₂O₂) ∙ M(Na₂O₂) = 78∙3x = 234x

m(Na₂O,Na₂O₂ ) = m(Na₂O) + m(Na₂O₂) = 62x + 234x = 296x

ω(Na₂O₂) = 100 -20,9 = 79,1%

Ответ: ω(Na₂O) = 20,9%, ω(Na₂O₂) = 79,1%

Пример 4.

Массовая доля элемента в оксиде неизвестного элемента (V) составляет 56,04%. Определите неизвестный элемент и молярную массу его оксида.

Решение:

Э₂О₅

Пусть М(Э) = х, тогда М(Э₂О₅) = 2х + 80

ω(Э) = 2М(Э)/М(Э₂О₅) =
x = 50,96                  Э – V(ванадий)

M(V₂O₅) = 2∙51 + 5∙16 = 182 г/моль

Ответ: элемент – ванадий, M(V₂O₅) = 182 г/моль

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ