Основные понятия и законы химии

1.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ
ХИМИИ

2.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ.
1. Количество вещества (ν). Моль.
2. Основные газовые законы

3.

1. КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА. МОЛЬ
•Количество вещества (v, моль) – физическая
величина, определяемая числом структурных
единиц (частиц), из которых состоит данное
вещество (молекул, атомов, ионов, электронов и
др.).
•Единицей количества вещества является моль.
Моль – количество вещества, включающее число
структурных единиц (реальных или условных частиц),
равное числу атомов углерода в 12 г вещества,
состоящего только из изотопов 12С.

4.

Постоянная Авогадро
• Число структурных единиц, содержащихся в 1
моле вещества, определено с большой
точностью (число Авогадро):
NA = 6,02 1023 моль-1.
Отсюда следует:
Моль — количество вещества, которое
содержит 6,02∙1023 структурных единиц
(молекул, атомов, ионов, электронов
или др.)

5.

П о с т о я н н а я Авогадро
NА = число атомов углерода в 12 г изотопа
углерода 12С :
NА =
12 г
m0(12C)
Поскольку m0(12C) = 12 а.е.м. = 12∙ 1,66∙10-24 г , то
NА =
12 г
12 а.е.м. =
1
1
23
=
6,02∙10
=
а.е.м.
1,66∙10-24

6.

МОЛЯРНАЯ МАССА
Отношение массы вещества (m) к его
количеству (ν) называют (молярной) массой
вещества (М); Ее единица измерения г/моль:
M=
m
ν
Если ν = 1 моль, то М = m. И таким образом:
«Молярной массой (М) называют массу
одного моля вещества».

7.

Молярная масса вещества (М, г/моль ), численно
равна его относительной молекулярной массе (Мr).
Доказательство:
1. Молярную массу можно также представить, как
произведение массы одной молекулы вещества mo на
число молекул в 1 моле, т.е. на число Авогадро NА:
М = mo • NА
2. Из определения относительной молекулярной
массы (Мr) следует: mo = Мr∙ 1 а.е.м. = Мr∙ (1/ NА) г.
Совмещая оба выражения получим:
М = moNА = Мr∙ NА ∙ (1/ NА) = Мr.
так как NA= 12г/(12 а е м) = 1/ а е м = 1/1,66 10–24 = 6,02 1023

8.

МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗА
(Vm, дм3/моль или л/моль)
Молярный объем газа (Vm, дм3/моль или л/моль) –
объем одного моля газа.
Vm0 = 22,4 л/моль – молярный объем при н.у.
Нормальные условия (н.у):
Р = 101325 Па (760 мм рт. ст., 1 атм); Т = 273 К (0оС)

9.

АБСОЛЮТНЫЕ и ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ
МАССЫ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

10.

АБСОЛЮТНЫЕ
МАССЫ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ
Абсолютные массы:
Относительные массы:
m (H) = 1,674 • 10-27 кг.
1
m (O) = 2,667 • 10-26 кг.
16
m (C) = 1,995 • 10-26 кг.
12
m (H2O) = 3 • 10-26 кг.
18
Абсолютные массы: Массы атомов и молекул,
выраженные в килограммах (граммах)
Относительные массы: Массы атомов и молекул,
выраженные в атомных единицах массы (а.е.м.)

11.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ МАССЫ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ
Относительной атомной (молекулярной) массой
называется отношение массы атома (молекулы)
данного вещества к 1/12 массы атома углерода:
Ar =
m (x)
1/12∙ m (c)
Mr =
m (y)
1/12∙ m (c)
Обозначения:
Ar – относительная атомная масса.
Mr – относительная молекулярная масса.
«r» – первая буква англ. слова relative
m (x) – масса атома, г.
m (y) – масса молекулы, г.
m (c) – масса атома изотопа углерода 126С, г.

12.

ИЗОТОПЫ
Большинство элементов известных в природе –
смеси изотопов:
238 U
(99,274%) ,
235U
(0,72%) ,
234U
(0,006%)
Поэтому атомные массы элементов в периодической
системе, определяемые экспериментально являются
средними величинами из относительных масс изотопов:
Аr(U) =
238·99,274% + 235·0,274% + 234·0,006%
100 %
= 238,02

13.

ЭЛЕМЕНТ ХЛОР
35Cl
37Cl
75%
25%
Ar(Cl) = 35,45
Атомная масса хлора - среднее арифметическое
из относительных масс двух изотопов с учетом их
процентного содержания в природе:
Ar(Cl) = 0,75 • Ar (35Cl)+ 0,25 • Ar (37Cl) =
= 0,75 • 35 + 0,25 • 37 = 35,5

14.

НУКЛИДЫ и ИЗОТОПЫ
НУКЛИДЫ - каждый конкретный вид атома (ядра):
НУКЛИДЫ
16
8
O,
17
8
18
O,
8
35
O,
17
37
Cl,
17
27
Cl,
13Al
ИЗОТОПЫ – это нуклиды одного элемента
A
ZЭ
A = Z + N
Массовое
число
Число
протонов
Число
нейтронов

15.

Примеры и задачи

16.

ПРИМЕРЫ и ЗАДАЧИ:
1. Определите количество вещества, заключенное в оксиде серы (IV) массой 8г.
Дано:
m (SO2) = 8г.
ν (SO2) = ?
Решение:
Mr (SO2) = 32 + 2 • 16 = 64;
т.е. М (SO2) = 64 г/моль
ν (SO2) =
m (SO2)
8
=
М (SO2)
= 0,12
64

17.

Примеры и задачи
2. Какую массу имеет бромоводород, если
количество этого вещества составляет 0,2
моль.
Дано:
ν (HBr) = 0,2 моль
m (HBr) – ?
Решение:
m = ν • M = 0,2 • 81 = 16,2 г.

18.

Примеры и задачи
Пример 3. Выразить в граммах массу одной
молекулы СО2 .
Решение.
По периодической таблице находим молекулярная
масса СО2 равна 44,0. Следовательно, мольная
масса СО2 равна 44,0 г/моль. В 1 моле СО2
содержится 6,02•1023 молекул.
Отсюда находим массу одной молекулы:
т = 44,0/(6,02 • 1023) = 7,31 • 10-23 г.

19.

Примеры и задачи
Пример 4. Сколько моль атомов фосфора содержится в 7,1 г оксида фосфора (V) Р2О5 .
Решение.
Находим количество вещества оксида фосфора (V) :
ν(Р2О5) =
m (Р2О5)
M (Р2О5)
7,1 г
= 142 г/моль = 0,05 моль
В 1 моле Р2О5 содержится 2 моля атомов фосфора,
следовательно в 0,05 моль Р2О5 будет 0,1 моль
Ответ: 0,1 моль атомов фосфора

20.

ОСНОВНЫЕ
ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

21.

ОСНОВНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
1. Закон Б о й л я — М а р и о т т а.
2. Закон Гей - Л ю с с а к а.
3. Объединенный закон Бойля— Мариотта и ГейЛюссака.
4. Уравнение состояния идеального газа
(Менделеева Клапейрона)
5. З а к о н п а р ц и а л ь н ы х д а в л е н и й ,

22.

1.Закон Б о й л я — М а р и о т т а.
Согласно з а к о н у Б о й л я — М а р и о т т а , при
постоянной температуре давление, производимое
данной массой газа, обратно пропорционально
объему газа:
Р2 / Р1 = V1 / V2
или PV = const.
Пример 1. При некоторой температуре давление
газа, занимающего объем 3 л, равно 93,3 кПа (700
мм рт. ст.). Каким станет давление, если, не
изменяя температуры, уменьшить объем газа до
2,8 л?

23.

Р е ш е н и е пр.1
Обозначив искомое давление через Р2 ,
можно записать:
Р2/93,3 = 3/2,8.
Отсюда:
Р2 = 93,3•3/2,8 = 100 кПа (750 мм рт. ст.).

24.

2. Закон Гей - Л ю с с а к а
По з а к о н у Гей - Л ю с с а к а при постоянном
давлении объем газа изменяется прямо
пропорционально абсолютной температуре
(Т):
V1/T1 = V2/T2 или
V/T = const.
Пример 2. При 27°С объем газа равен 600
мл. Какой объем займет газ при 57°С, если
давление будет оставаться постоянным?

25.

Р е ш е н и е пр.2
По условию задачи V1 = 600 мл, Т1 = 273 +
27 = 300 К и Т2 = 273 + 57 = 330 К.
Подставляя эти значения в
закона Гей -Люссака, получим:
выражение
60/300 = V2/330, откуда V2 = 600 • 330/300 =
660 мл.

26.

2. Закон Гей - Л ю с с а к а
При постоянном объеме давление газа
изменяется прямо пропорционально
абсолютной температуре:
Р1/Т1 = Р2/Т2.
Пример 3. При 15°С давление в баллоне с
кислородом равно 91,2 • 102 кПа. При какой
температуре оно станет равным 101,33 • 102
кПа?

27.

Решение
пр.3
Пусть искомая температура Т2. По условию
задачи Т1 = 273 + 15 = 288 К, P1 = 91,2 • 102
кПа, Р2 = 101,33 • 102 кПа.
Подставляя эти значения в последнее
уравнение, находим:
Т2 = 101,33 • 102 • 288/(91,2 • 102) = 320 К
или 47°С.

28.

3. Объединенный газовый закон
Бойля— Мариотта и Гей-Люссака.
Зависимость между объемом газа, давлением и
температурой можно выразить общим уравнением,
объединяющим законы Бойля— Мариотта и ГейЛюссака:
PV / T = P0V0 / T0.
Здесь Р и V — давление и объем газа при данной
температуре X; Р0 и V0 — давление и объем газа
при нормальных условиях.

29.

4. Уравнение МенделееваКлапейрона:.
Для 1-го моль идеального газа
P0V0 / T0 = Const = R
Отсюда
получаем
Клапейрона:
уравнение
Менделеева-
PV = RT
Для ν моль газа уравнение принимает вид
mRT
PV =
PV = νRT
или
M

30.

5. ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
Парциальным давлением газа в смеси называется
давление, которое производил бы этот газ, занимая
при тех же физических условиях объем всей газовой
смеси.
Пример 1. Смешивают 2 л О2 и 4 л SO2, взятых при
одинаковом давлении, равном 100 кПа (750 мм рт.
ст.); объем смеси 6 л. Определить парциальное
давление газов в смеси. Решение

31.

5. ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
Решение 1
По условию задачи объем кислорода увеличился
после смешения в 6/2 = 3 раза, объем диоксида
серы — в 6/4 = 1,5 раза. Во столько же раз
уменьшились парциальные давления газов.
Следовательно, Pо2 = 100/3 = 33,3 кПа, PSO2 =
100/1,5 = 66,7 кПа.

32.

5. ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
Пример 2.
Смешивают 3 л СО2; с 4 л О2 и 6 л N2. До
смешения давление СО2, О2 и N2 составляло
соответственно 96, 108 и 90,6 кПа. Общий объем
смеси 10 л. Определить давление смеси

33.

5. ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
Решение 2.
Аналогично решению предыдущей задачи находим
парциальные давления отдельных газов:
рСО2 = 96 • 3/10 = 28,8 кПа;
ро2 = 108 • 4/10 = 43,2 кПа;
рN2 = 90,6 • 6/10 = 54,4 кПа
Общее давление газовой смеси равно
парциальных давлений:
Р = 28,8 + 43,2 + 54,4 = 126,4 кПа.
сумме

34.

ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗА
Согласно з а к о н у Авогадро, в равных объемах
любых газов, взятых при одной и той же
температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул.
Иными словами, одно и то же число молекул
любого газа занимает при одинаковых
условиях один и тот же объем.
Объем одного моля газа называется молярным
объемом VM газа.
При нормальных условиях (0°С, 101, 325 кПа):
VM = 22,4 л

35.

ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗА
Пример 4. Смесь эквивалентных количеств
водорода и кислорода находится в закрытом
сосуде при температуре выше 100°С. Как
изменится давление в сосуде, если смесь
взорвать и затем привести содержимое сосуда
к первоначальной температуре?

36.

ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗА
Р е ш е н и е пр. 4.
При взаимодействии водорода с кислородом из
каждых двух молекул Н2 и одной молекулы О2
получаются две молекулы Н2О.
Таким образом, в результате реакции общее число
молекул уменьшается в 1,5 раза.
Поскольку реакция протекает при постоянном
объеме, а по окончании реакции содержимое
сосуда приводится к первоначальной температуре,
то давление в сосуде уменьшится в 1,5 раза.

37.

ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЬНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗА
Пример 5.
Определить объем, занимаемый 5,25 г
азота при 26°С и давлении 98,9 кПа (742
мм рт. ст.).

38.

ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЬНЫЙ ОБЪЕМ ГАЗА
Решение.5
Зная мольный объем и мольную массу (28,0 г/моль)
азота, находим объем, который будут занимать 5,25
г азота при нормальных условиях
28,0 г азота занимают объем 22,4 л ,
5,25 г
»»»
V0 ,
откуда
V0 = 5,25 • 22,4/28,0 = 4,20 л .
Затем приводим полученный объем к указанным в
задаче условиям:
V = P0V0T/(PT0) = 101,3•4,20•299 / (98,9•273) = 4,71 л

39.

Задачи
28. При 17°С некоторое количествонекоторое
количество газа занимает объем 580 мл.
Какой объем займет это же количество газа при
100°С, если давление его останется неизменным?
29. Давление газа, занимающего объем 2,5 л, равно
121,6 кПа (912 мм рт. ст.). Чему будет равнодавление, если, не изменяя температуры, сжать газ
до объема в 1 л?
30. На сколько градусов надо нагреть газ,
находящийся в закрытом сосуде при 0°С, чтобы
давление его увеличилось вдвое?

40.

Задачи
35. В стальном баллоне. вместимостью 12 л
находится при 0°С кислород под давлением 15,2
МПа. Какой объем кислорода, находящегося при
нормальных условиях, можно получить из такого
баллона?
36. Температура азота, находящегося в стальном
баллоне под давлением 12,5 МПа, равна 17°С.
Предельное давление для баллона 20,3 МПа. При
какой температуре давление азота достигнет
предельного значения?
37. При давлении 98,7 кПа и температуре 91°С
некоторое количество газа занимает объем 680 мл.
Найти объем газа при нормальных условиях.