Основные понятия химии

1.

29.05.2003

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

• В 1961ГОДУ УТВЕРЖДЕНА ЕДИНАЯ
УГЛЕРОДНАЯ ШКАЛА АТОМНЫХ
МАСС, СОГЛАСНО КОТОРОЙ ЗА
ЕДИННИЦУ МАССЫ ПРИНЯТА 1/12
ЧАСТЬ МАССЫ АТОМА ИЗОТОПА
УГЛЕРОДА-12
29.05.2003

3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

• КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА - физическая
величина, характеризующая численность
структурных единиц в системе.
• Количество вещества обозначает (х) или
n(х) ,единицей его измерения является –
моль.
• МОЛЬ - количество вещества, содержащее
столько структурных частиц (молекул, атомов,
ионов, и других частиц), сколько атомов
содержится в 0,012кг изотопа углерода –12.
29.05.2003

4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

• Установлено, что в углероде-12 массой 0,012кг
содержится 6,02 1023 атомов.
• Число частиц, содержащихся в одном моле вещества
называют ЧИСЛОМ АВОГАДРО и обозначают
N=6,02 1023 (числовое значение постоянной Авогадро).
• Следовательно, любая система количеством
вещества 1моль всегда содержит одинаковое число
частиц – N=6,02 1023.
• Если число частиц в системе разделить на количества
вещества, то всегда будем получать одну и ту же
величину, называемую ПОСТОЯННОЙ АВОГАДРО:
• N(a)=N(x)/n(x)
29.05.2003

5. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

• Постоянная Авогадро - одна из универсальных
постоянных физики и химии, т.е. величина, которая не
зависит от природы вещества и внешних условий.
• Число частиц вещества x в системе прямо
пропорционально количеству вещества этой системы:
• N (х)=Na n(х)
• Например, в оксиде серы (4) количеством вещества
0,02 моль содержится 1,2 1022 молекул:
N(SO2) = 6,02 1023 моль-1 0,02моль=1,2 1022
29.05.2003

6. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА

• ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА элемента – Аr(х)
- величина, равная отношению средней массы атома
природного изотопного состава к одной двенадцатой
части массы атома изотопа углерода-12.
Современные значения относительных атомных масс
элементов приведены в периодической системе
элементов Д.И. Менделеева.
• Относительная атомная масса – одна из
основных характеристик химического элемента.
29.05.2003

7. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА

• ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА
вещества Х - Мr(х) - величина, равная отношению
средней массы молекулы природного изотопного
состава к одной двенадцатой части массы изотопа
углерода–12.
• Например, Мr(NaOH)=40, a Мr(H2SO4)=98.
• Относительная молекулярная масса численно равна
сумме относительных атомных масс атомов, входящих
в состав молекулы.
29.05.2003

8. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА

• Например:
• Мr(NaOH)=Ar(0)+Ar(Н)=23+16+1=40;
• Мr(H2SO4)=2Ar(Н)+Аr(S)+4Ar(0)=2*1+32+4*16=98.
• Относительная атомная и
относительная молекулярные
массы – величины безразмерные.
29.05.2003

9. МОЛЯРНАЯ МАССА

• МОЛЯРНАЯ МАССА - М(х) – величина, равная
отношению массы порции вещества к количеству
вещества этой порции.
– ЧИСЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ,
ВЫРАЖЕННОЙ В Г/МОЛЬ, РАВНО
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ МАЛЕКУЛЯРНОЙ ИЛИ
ОТНОСИТЕЛЬНОЙ АТОМНОЙ МАССЕ.
М(х)=Мr(х) (г/моль) или М(х)=Мr(х) 10(кг/моль).
Например:
Аr(Na)=23
М(Na)=23г/моль или 23 10-3 кг/моль.
29.05.2003

10. МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ

• МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ газа Х равен отношению объема
порции этого газа к количеству вещества в этой
порции.
• Vm=V(х)/n(х) (м3/моль или л/моль)
– Молярный обьем газа при н.у. (Т=273К,Р=101325Па)
равен 22,4 10-3 м3/моль или 22,4 л/моль.
• Следовательно, объем порции газа (при.
н. у) количеством вещества 1 моль будет
равен:
• V(х)=Vm n(x)=22,4 л/моль 1моль=22,4л.
• Следует помнить, что для выражения результатов,
получаемых с высокой точностью, необходимо
применять дециметр кубический (дм3), а не литр (л).
29.05.2003

11. ЭКВИВАЛЕНТ

Эквивалент и физические величины,
отнесенные к эквиваленту.
29.05.2003

12. ЭКВИВАЛЕНТ

• Понятие эквивалентности реагирующих
веществ в химических реакциях было и
останется одним из основных понятий
химии.
• ЭКВИВАЛЕНТ - реальная или условная
частица Х, которая в данной кислотноосновной реакции эквивалента одному иону
водорода или в данной окислительно –
восстановительной реакции – одному
электрону.
29.05.2003

13. ЭКВИВАЛЕНТ

• Например, в реакции
• 2Na+2HCl=2NaCl+H2
• один атом натрия замещает один ион водорода,
поэтому эквивалентом натрия будет реальная
частица – атом натрия .
• А в реакции:
• Ca+2HCl = CaCl2+H2
• Один из атомов кальция замещает два иона
водорода, поэтому эквивалентом кальция будет
условная частица – половина атома кальция.
29.05.2003

14. ФАКТОР ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ

• ФАКТОР ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ (ЭКВИВАЛЕНТ ) - fэкв(х)
или Э(х)-число, показывающее, какая доля реальной
частицы вещества Х эквивалентна одному иону
водорода в данной кислотно – основной реакции или
одному
электрону
в
данной
окислительно–
востановительной реакции.
• Для
реакций,
приведенных
выше,
фактор
эквивалентности будет равен:
• Э(Na)=1
• Э(Ca)= ½
29.05.2003

15. ФАКТОР ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ

• Фактор эквивалентности ( эквивалент ) различных
веществ можно определить следующим образом:
• Э(х) (элемента)=1/валентность элемента
• Э(х) (кислоты)=1/основность кислоты(число атомов
водорода в формуле кислоты)
• Э(х) (основания)=1/кислотность основания(число групп
ОН в формуле основания
• Э(х) (соли или оксида)=1/число атомов элемента *
валентность
• Э(х) (окислителя и восстановителя)=1/число принятых
или отданых электронов.
• В тех случаях, когда фактор эквивалентности равен 1
(Э(х) = 1) эквивалент
идентичен самой частице
29.05.2003

16.

– Если Э(х)<1,то роль эквивалента играет условная
частица вещества.
• Поскольку Э(Na)=1,то эквивалент натрия - 1 Na - будет
реальной частицей т.е. роль эквивалента будет играть
атом натрия.
– Роль эквивалента кальция (1/2 Са) будет играть
половина атома кальция, т.е. условная частица
вещества.
• Эквивалентом серной кислоты - 1/2 молекулы Н2SO4.
• Роль эквивалента перманганата калия в кислотной
среде будет играть 1/5часть молекулы-1/5 КMnO4.
29.05.2003

17. КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА ЭКВИВАЛЕНТА

• КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА ЭКВИВАЛЕНТА количество вещества в молях, в котором частицами
являются эквиваленты.
• Обозначается эта величина nэ(х).
• Количество вещества эквивалента и количество
вещества связаны между собой.
• nэ(х)=1/э(х) n(х)
– Например, если n(Н2SO4)=2моль, то
nэ(Н2SO4)=1/1/2 2=2 2моль=4моль.
• Если n(1/3H3РО4)=0,6моль, то
n(Н3РО4)=0,6моль/3=0,2моль.
29.05.2003

18. МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА

• МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА - Мэ(х) - равна
произведению эквивалента вещества ( Х ) на его
молярную массу .
• Мэ(х)=Э(х) М(х)
Например:
М(1/2Н2SO4)= ½ 98г/моль=49г/моль или 49кг/моль;
М(1/2Мg)= ½ 24г/моль=12г/моль;
М(1/6Al2(SO4)3 =1/6 342г/моль= 57г/моль
29.05.2003

19. КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА ЭКВИВАЛЕНТА

• Зная массу вещества
и его молярную массу
эквивалента, можно определить количество вещества
эквивалента
• Например, если m(Na2SO4)=142г, а его молярная масса
эквивалента равна ½ 142г/моль, то количество
вещества эквивалента будет равно:
29.05.2003

20. ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ОБЪЕМ

• Эквивалентный
объем
равен
произведению
эквивалента газообразного вещества на молярный
объем газа
• Vэ(х)=Э(х) Vм
• Например, при нормальных условиях эквивалентный
объем водорода будет равен:
• Vэкв(H2) = ½ 22,4 л/моль = 11,2 л/моль
• А эквивалентный объем кислорода будет иметь
следующее значение:
• Vэкв(O2) = 1/4 22,4 л/моль = 5,6 л/моль
29.05.2003

21. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

• К основным законам, используемым в курсе химии
относятся: законы сохранения массы и энергии,
постоянства состава, кратных и объемных отношений,
закон АВОГАДРО и уравнение МЕНДЕЛЕЕВАКЛАЙПЕРOHA. Наиболее важное значение для
химических расчетов имеет закон эквивалентов.
• Вещества взаимодействуют друг с другом в
количествах пропорциональных их эквивалентам.
• При решении задач удобнее пользоваться следующей
формулировкой этого закона.
• Массы (или объемы ) реагирующих веществ
пропорциональны их молярным массам эквивалентов
(эквивалентным объемам).
29.05.2003

22. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

• Если одно из реагирующих веществ (х2) - газ, то закон
эквивалентов можно записать в такой форме:
29.05.2003

23. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1.
Определить массу 10 л хлороводорода при н. у.
Сколько молекул газа содержится в данном объеме?
Дано:
(HCl) = 10 л. (н.у.)
Найти: m(HCl) = ? N(HCI)=?
Решение. Находим по таблице Д.И. Менделеева
Mr(HCl)=Ar(H) + Ar (Cl) = 1 + 35,5 = 36,5,
тогда М(HCl) = 36,5 г/моль.
29.05.2003

24.

Находим количество вещества газа,
зная что Vm = 22,4 л/моль:
А поскольку масса вещества и число частиц вещества
прямопропорциональны количеству вещества, то:
m(HCl)=M(HCl)*n(HCl)=0,45 моль*36,5 г/моль=16,4 г
N(HCl)=NA*n(HCl)=6,02*1023моль-1*0,45 моль=2,71*1023
29.05.2003

25.

Задача 2.
Какой объем (при н.у.) и какую массу будут иметь
12,04 1023 молекул оксида углерода (II)?
Дано: N(СО) = 12,04 1023
Найти: V(CO) = ? (при н.у.)
m(CO) = ?
Решение: находим количество вещества,
соответствующее данному числу частиц
и тогда
V(CO) = Vm n(CO) = 22,4 л/моль 2 моль = 44,8 л. m(СО)
= M(CO) n(СО) = 28 г/моль 2 моль = 56 г.
29.05.2003

26.

Задача 3.
Молекула некоторого вещества имеет массу 1,66 10-22г.
Определите молярную массу этого вещества.
Дано: m(х) = 1,66 10-22 г.
Найти: М(х) = ?
Решение. Молярная масса вещества устанавливает
связь между массой и количеством вещества
29.05.2003

27.

Находим массу порции вещества, соответствующую 1
моль вещества, т. е. 6,02 1023 частиц:
n(х)=1моль m(х) = 1,66 1022 г * 6,02 1023 = 100г
и тогда
M(X)=100 г /1 моль=100 г/моль.
29.05.2003

28.

Задача 4.
Газ массой 30,3 г заполнил сосуд объемом 15 л при
температуре 180С. Давление газа внутри сосуда
составляет 122 кПа. Определите молярную массу
газа.
Дано: m(газа) = 30,3 г
V(газа) = 15 л
Р = 122 кПа
t = 180C
Найти: М(газа) - ?
Решение. Задачу решаем, используя уравнение
Менделеева-Клайперона.
29.05.2003

29.

Задача 5.
При восстановлении 6,50 г оксида образовалось 4,45 г
металла. Вычислите молярную массу эквивалента
металла и его оксида. Какой это металл, если его
валентность равна трем?
Дано: m(х) = 6,5 г
m(х) = 4,45 г
n(валентность) = 3
Решение. Задачу решаем по закону эквивалентов.
29.05.2003

30.

Молярная масса эквивалента сложного вещества
может быть определена как сумма молярных масс
эквивалентов элементов, входящих в состав этого
вещества.
МЭ(Х)=М(Х)*Э(Х)+МЭ(О)=y+1/2*16=y+8 (г/моль)
где: y — молярная масса эквивалента металла.
Подставляем данные задачи в закон эквивалентов
и решаем это уравнение
6,50y=4,45y+35,6; y=17,4 г/моль
29.05.2003

31.

Молярная масса металла будет иметь значение:
M(X) = Z MЭ(X) = 3 17,4 = 52,1 (г/моль)
Молярная масса эквивалента оксида будет равна
МЭ(ХО)=17,4+8=25,4 г/моль
Ar(X) = 52,1.
По периодической таблице определяем название
элемента - хром.
29.05.2003

32.

Задача 6.
Сколько литров водорода (при 120С и 102,6 кПа)
выделится при взаимодействии 1 кг цинка с соляной
кислотой.
Дано: m(Zn) = 1 кг
Р = 102.6 кПа.
Найти: V(Н2) = ?
Решение. Задачу решаем по закону эквивалентов.
29.05.2003

33.

Для того чтобы определить обьем газа при условиях,
указанных в задаче, воспользуемся объединенным
газовым законом:
29.05.2003

34.

Задача 7.
Вычислите молярную массу эквивалента металла, если
0,34 г этого металла вытесняет 59,94 мл водорода,
измеренного при 0°С и давлении 94643 Па.
Дано: m(Х) = 0,34 г
V(H2)=59,94мл
Р = 94643 Па
Найти: МЭ(Me ) = ?
Решение.
Задачу решаем по закону эквивалентов
или
29.05.2003

35.

• По условию задачи нам дан объем водорода при
определенных условиях, поэтому мы можем либо
найти массу водорода, которая не зависит от условий
и воспользоваться уравнением (1), либо привести
данный объем к нормальным условиям и сделать
расчет по уравнению (2).
• Найдем массу водорода по уравнению МенделееваКлапейрона
По уравнению (1) находим молярную массу
эквивалента металла
29.05.2003

36.

Задача 8.
На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислоты
израсходовано 1,291 г гидроксида калия. Вычислите
молярную массу эквивалента кислоты, ее основность и
напишите уравнение реакции нейтрализации.
Дано: m(H3PO3) = 0,943 г
m(KОН) = 1,291 г
Найти: МЭ(H3PO3)
Решение. По закону эквивалентов
29.05.2003

37.

Молярная масса эквивалента гидроксида калия равна
молярной массе КОН, так как фактор эквивалентности
гидроксида калия равен единице
M(KOH)=56 г/моль
МЭ(H3PO4)=40,9г/моль
, следовательно
фосфористая кислота двухосновна, т.е. в реакции
нейтрализации 2 иона водорода будут замещаться на
катион металла:
H3PO3 + 2КОН = H2PO3 + 2H2O
29.05.2003