Химия

1001 задача по химии

Закон постоянства состава.

Впервые сформулировал Ж.Пруст (1808 г).

Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения.

Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых соотношениях.

Массовая доля элемента w(Э) показывает, какую часть составляет масса данного элемента от всей массы вещества: где n - число атомов; Ar(Э) - относительная атомная масса элемента; Mr - относительная молекулярная масса вещества.

w(Э) = (n•Ar(Э)) / Mr

Зная количественный элементный состав соединения можно установить его простейшую молекулярную формулу:

1. Обозначают формулу соединения A_x B_y C_z 2. Рассчитывают отношение X : Y : Z через массовые доли элементов:

w(A) = (х•Ar(А)) / Mr(A_xB_yC_z)

w(B) = (y•Ar(B)) / Mr(A_xB_yC_z)

w(C) = (z•Ar(C)) / Mr(A_xB_yC_z)

X = (w(A)•Mr) / Ar(А) Y = (w(B) •Mr) / Ar(B)

Z = (w(C) •Mr) / Ar(C)

x : y : z = (w(A) / Ar(А)) : (w(B) / Ar(B)) : (w(C) / Ar(C))

3. Полученные цифры делят на наименьшее для получения целых чисел X, Y, Z.

4. Записывают формулу соединения.

Закон кратных отношений.

(Д.Дальтон, 1803 г.)

Если два химических элемента дают несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

N₂O N₂O₃ NO₂(N₂O₄) N₂O₅

Число атомов кислорода в молекулах этих соединений, приходящиеся на два атома азота, относятся между собой как 1 : 3 : 4 : 5.

Закон объемных отношений.

(Гей-Люссак, 1808 г.)

"Объемы газов, вступающих в химические реакции, и объемы газов, образующихся в результате реакции, относятся между собой как небольшие целые числа".

Следствие. Стехиометрические коэффициенты в уравнениях химических реакций для молекул газообразных веществ показывают, в каких объемных отношениях реагируют или получаются газообразные вещества.

Примеры.

a) 2CO + O₂ --> 2CO₂

При окислении двух объемов оксида углерода (II) одним объемом кислорода образуется 2 объема углекислого газа, т.е. объем исходной реакционной смеси уменьшается на 1 объем.

b) При синтезе аммиака из элементов:

n₂ + 3h₂ --> 2nh₃

Один объем азота реагирует с тремя объемами водорода; образуется при этом 2 объема аммиака - объем исходной газообразной реакционной массы уменьшится в 2 раза.

Закон Авогадро ди Кваренья

(1811 г.)

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура, давление и т.д.) содержится одинаковое число молекул.

Закон справедлив только для газообразных веществ.

Следствия:

1. Одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковые объемы.

2. При нормальных условиях (0°C = 273°К , 1 атм = 101,3 кПа) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

Объединенный газовый закон - объединение трех независимых частных газовых законов: Гей-Люссака, Шарля, Бойля-Мариотта, уравнение, которое можно записать так:

P₁V₁ / T₁ = P₂V₂ / T₂

И наоборот, из объединенного газового закона при P = const (P₁ = P₂) можно получить

V₁ / T₁ = V₂ / T₂ (закон Гей-Люссака);при Т= const (T₁ = T₂):P₁V₁ = P₂V₂

(закон Бойля-Мариотта);

при V = const

P₁ / T₁ = P₂ / T₂

(закон Шарля).

Уравнение Клайперона-Менделеева.

Если записать объединенный газовый закон для любой массы любого газа, то получается уравнение Клайперона-Менделеева:

pV= (m / M) RT

где m - масса газа; M - молекулярная масса; p - давление; V - объем; T - абсолютная температура (°К); R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль•К) или 0,082 л атм/(моль•К)).

Для данной массы конкретного газа отношение m / M постоянно, поэтому из уравнения Клайперона-Менделеева получается объединенный газовый закон.

Относительная плотность газов показывает, во сколько раз 1 моль одного газа тяжелее (или легче) 1 моля другого газа.

D_A(B) = r_(B) / r_(A) = M_(B) / M_(A)

Средняя молекулярная масса смеси газов равна общей массе смеси, деленной на общее число молей:

M_ср = (m₁ +.... + m_n) / (n₁ +.... + n_n) = (M₁•V₁ + .... M_n•V_n) / (n₁ +.... + n_n)

 

Задача №1. Вычислить массу метана количеством вещества 0,1 моль.

Подойдите к решению задачи в соответствии с вышеприведенным алгоритмом. Составьте краткие условия задачи и решите ее.

 

Задача №2. Вычислить массовые доли каждого из элементов, входящих в состав углеводорода, формула которого C₆H₁₂.

Задача №3. Из нефти получают бензин (массовая доля его в нефти составляет 25%) и мазут (55%). При дальнейшей переработке мазута получают еще некоторое количество бензина (60% от массы мазута). Рассчитайте массу бензина, который будет получен из нефти массой 200 кг.

Вычисление массы и объема газов

Задача 1. Вычислить объем диоксида углерода при н.у., взятого количеством вещества 3 моль.

Задача 2. Вычислить массу этилена (C₂H₄), занимающего при н.у. объем 28 л.

Задача 3. Вычислить объемную долю метана в смеси, состоящей из 30 л метана, 5 л этана и 2 л водорода. Объемы газов измерены при одинаковых условиях.

Вывод формул соединений

Этот вид расчетов чрезвычайно важен для химической практики, т.к. позволяет на основании экспериментальных данных определить формулу вещества (простейшую и молекулярную). На основании данных качественного и количественного анализов химик находит сначала соотношение атомов в молекуле (или другой структурной единице вещества), т.е. его простейшую формулу.
Например, анализ показал, что вещество является углеводородом C_xH_y, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны 0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов, достаточно определить их количества вещества (число молей):

Целые числа (1 и 3) получены делением числа 0,2 на число 0,0666. Число 0,0666 примем за 1. Число 0,2 в 3 раза больше, чем число 0,0666. Таким образом, CH₃ является простейшей формулой данного вещества.

Соотношению атомов C и H, равному 1 : 3, соответствует бесчисленное количество формул: C₂H₆, C₃H₉, C₄H₁₂ и т.д., но из этого ряда только одна формула является молекулярной для данного вещества, т.е. отражающей истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D.

Так, для вышеприведенного случая D_H2 = 15.
Тогда M(C_xH_y) = 15 M(H₂) = 15•2 г/моль = 30 г/моль.
Поскольку M(CH₃) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно, молекулярная формула вещества: C₂H₆.

Определение формулы вещества зависит от точности математических вычислений. При нахождении значения ν элемента следует учитывать хотя бы два знака после запятой и аккуратно производить округление чисел. Например, 0,8878 ≈ 0,89 но не 1.

Соотношение атомов в молекуле не всегда определяется простым делением полученных чисел на меньшее число. Рассмотрим этот случай на следующем примере.

Задача 1. Установите формулу вещества, которое состоит из углерода (ω=25%) и алюминия (ω=75%).

Разделим 2,08 на 2. Полученное число 1,04 не укладывается целое число раз в числе 2,78 (2,78 : 1,04 = 2,67 : 1). Теперь разделим 2,08 на 3. При этом получается число 0,69, которое укладывается ровно 4 раза в числе 2,78 и 3 раза в числе 2,08. Следовательно, индексы x и y в формуле вещества Al_xC_y равны 4 и 3, соответственно.

Ответ: Al₄C₃ (карбид алюминия).

 Тест по теме: «Основные понятия и законы химии».

1. Относительная плотность газа по водороду равна 8. Молярная масса газа (г/моль) составит:

а)16,0;

б) 8,0;

в) 4,0;

г) 24,0.

2. Объем аммиака при температуре 100 °С и давлении200 кПа составляет 62 л. Масса аммиака (г) равна:

а) 78,5;

б) 57,0;

в) 39,3;

г) 0,68.

3. Из 43,4 г оксида получено 40,2 г металла. Молярная масса эквивалента металла (г/моль) равна:

а) 16,0;

б) 108,5;

в) 8,0;

г) 100,5.

4. Определите, чему равны массы в граммах: 1 моль атомов железа; 0,1 моль атомов серебра:

а) 56; 10,8;

б) 0,56; 108;

в) 5,6; 0,108;

г) 56; 108.

5. Объем образца аммиака при н. у. равен 5,6 л. Масса (г) NH3 равна:

а) 22,44;

б) 17;

в) 4,25;

г) 5,6.

6. Кислород объемом 67,2 л (н. у.) полностью прореагировал с кальцием. Количество (моль) полученного оксида кальция сотавит:

а) 2;

б) 6;

в) 12;

г) 1.

7. Укажите, сколько молекул содержится в 1 грамме азота:

а) 2,15 · 1022;

б) 21,5 · 1022;

в) 0,215 · 1023;

г) 0,215 · 1022.

8. Газовая смесь состоит из 2 л водорода при давлении700 мм рт. ст. и 5 л метана при 840 мм рт. ст. Объем смеси равен сумме объемов взятых газов. Парциальные давления газов

в смеси (мм рт. ст.) составят:

а) 200; 600;

б) 600; 200;

в) 20; 60;

г) 60; 20.

9. Алюминий массой 10,8 г сплавили с серой массой 22,4 г. Количество вещества образовавшегося сульфида алюминия будет равно:

а) 0,2;

б) 0,3;

в) 0,4; г) 0,02.

 

1. а; 2. г; 3. г; 4. а; 5. в; 6. б; 7. в; 8. а; 9. а;

 

Решение задач на количество вещества,
массу и объем

Ключевые слова: решение задач на количество вещества, решение задач по химии на массу и объем, какое количества вещества содержится, какое число молекул содержится, определите объем (н.у.), определите массу, какова масса порции, определите молярную массу, назовите вещество, найдите молярную массу, определите абсолютную массу молекулы, сколько атомов содержится, определите относительную плотность.

 VІІІ класс

Задача № 1.  Какое количество вещества содержится в 33 г оксида углерода (IV)?

Задача № 2.  Какое число молекул содержится в 2,5 моль кислорода?

Задача № 3.  Определите объем (н. у.), который займут 0,25 моль водорода.

Задача № 4.  Какую массу будет иметь порция оксида серы (IV), объем которой 13,44 л (н. у.)?

Задача № 5.  Имеется 3 моль кислорода О₂ при н.у. Определите массу кислорода, его объем, а также число имеющихся молекул кислорода.

Задача № 6.  Имеется 10 г водорода Н₂. Определите количество водорода, его объем при н.у., а также число имеющихся молекул водорода.  

Задача № 7.  Имеется 56 л хлора Сl₂ при н.у. Определите количество вещества хлора, его массу и число имеющихся молекул хлора

Задача № 8.  Имеется 2,4 • 10²³ молекул оксида углерода (IV) СO₂. Определите количество вещества углекислого газа, его массу, а также объем (н.у.) углекислого газа.

Задача № 9.  Какова масса порции оксида азота (IV), содержащей 4,816 • 10²³ молекул? Каков ее объем (н. у.)?

Задача № 10.   Масса порции простого вещества, содержащей 1,806 • 10²⁴ молекул, равна 6 г. Определите молярную массу данного вещества и назовите его.

Задача № 11. Определите массу порции оксида серы (VI), содержащей 7,224 • 10²³ атомов кислорода.

Задача № 12. Определите объем (н. у.) оксида углерода (IV), в котором содержится столько же атомов кислорода, сколько их содержится в 48 г карбоната кальция.

Задача № 13. Сплав содержит 16 г меди и 11,2 г железа. Атомов какого метала будет больше в данном образце сплава?

Задача № 14. Какую массу должен иметь образец нитрата калия, чтобы в нем было столько же атомов кислорода, сколько их содержится в образце сульфата натрия массой 21,3 г?

Задача № 15. Масса порции оксида алюминия равна массе порции оксида кремния (IV). В какой порции будет содержаться больше атомов кислорода?