1. Основные понятия и законы химии

1.1. Семинар: Основные законы и понятия химии

1. Основные законы стехеометрии.

2. Газовые законы.

3. Определение молекулярной массы.

Основные законы стехиометрии, включающие законы количественных соотношений между реагирующими веществами с помощью уравнений химических реакций, вывод формул химических соединений, составляют раздел химии, называемый стехиометрией. Стехиометрия включает в себя законы Авогадро, постоянства состава, кратных отношений, Гей-Люссака, эквивалентов и сохранения массы.

В основу составления химических уравнений положен метод материального баланса, основанный на законе сохранения массы (М. В. Ломоносов, 1748, А. Лавуазье, 1789).

В молекулярных соединениях массы составляющих их элементов относятся между собой как их эквиваленты.

Химический эквивалент – реальная или условная частица вещества, способная соединиться и заместить 1 моль атомов водорода в реакциях присоединения и замещения или принять (отдать) 1 моль электронов в окислительно-восстановительных реакциях.

Молярная масса эквивалент определяется по формулам:

Закон эквивалентов: .

Зависимость свойств идеальных газов от давления определяется законом Бойля-Мариотта:

p₁V₁ = p₂V₂ при t=const

Зависимость свойств идеальных газов от температуры определяется законом Гей-Люссака:

при p=const

Пример. Если 100 л газа, находящегося при температуре 300К, нагревают до 400К, не меняя давления, то при более высокой температуре новый объем газа будет равен

Запись объединенного газового закона pV/T= = const может быть преобразована в уравнение Менделеева-Клапейрона:

где R - универсальная газовая постоянная, равная 0,082 атм·л/моль·K или 8,31 кПа·л/моль·К (Па·м³/моль·К), a - число молей газа.

Пример. Определить число молей газа при давлении 3 атм и температуре 400К, занимающих объем 70 л:

(моль)

Одно из следствий объединенного газового закона: в равных объемах различных газов при одинаковой температуре и давлении содержится одинаковое число молекул. Это закон Авогадро.

Следствия из закона Авогадро:

1) , m₁ и m₂ - массы двух газов, а M₁/M₂ - относительная плотность.

2) 1 моль любого газа занимает при н.у. (101,3 кПа и 273К) объем 22,4 л.

Закон Авогадро применим только к идеальным газам. При нормальных условиях трудно сжимаемые газы (водород, гелий, азот, неон, аргон) можно считать идеальными. У оксида углерода (IV), аммиака, оксида серы (IV) отклонения от идеальности наблюдаются уже при нормальных условиях и возрастают с ростом давления и понижением температуры.

Задания для самостоятельной подготовки

1. Какой объем (при н. у.) занимает 0,5 моль кислорода?

2. Какой объем занимает водород, содержащий 18∙10²³ молекул (при н. у.)?

3. При обжиге пирита выделяется газ, содержащий 40% серы и 60% кислорода и имеющий плотность по воздуху при н.у. 2,76. Установите формулу этого газа?

4. Какой объем занимают 68 г аммиака при давлении 2 атм и температуре 100^oС?

5. В замкнутом сосуде емкостью 1,5 л находится смесь сероводорода с избытком кислорода при температуре 27^oС и давлении 623,2 мм рт. ст. Найдите суммарное количество веществ в сосуде.

6. Состав минерала гематита выражается соотношением m(Fe):m(O)=7:3. Сколько граммов железа можно получить из 50 г этого минерала?

7. Вычислить объемные доли (в процентах) оксидов углерода (II и IV), парциальные давления которых соответственно 0,24 и 0,17 кПа.

8. Сколько литров водорода, приведенного к нормальным условиям, потребуется для восстановления 112 г оксида металла, содержащего 71,43% металла? Какова эквивалентная масса металла?

9. Минерал халькозин (медный блеск) содержит 20% серы. Определить эквивалентную массу металла и формулу халькозина.

10. Навеску 9,13 г магнезита обработали избытком азотной кислоты. Выделившийся газ поглотили раствором гидроксида натрия. Масса раствора щелочи после поглощения ею газа увеличилась на 4,4 г. Определить процентное содержание карбоната магния в магнезите.