Раздел 1. Строение атома. Химическая связь

Основные понятия и законы химии

Теоретические основы:

Стехиометрический коэффициент – число слева от формулы, которое обозначает число молекул (или молей) вещества, вступающих в реакцию.

Индекс – число справа внизу от химического символа, которое показывает

число атомов данного элемента.

Например, в уравнении реакции: 2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂ коэффициенты 2 и 3 в левой части уравнения показывают, что в реакцию вступили 2 молекулы сероводорода (2H₂S) и 3 молекулы кислорода (3O₂). Коэффициенты в правой части уравнения обозначают, что в результате реакции образовались 2 молекулы воды (2H₂O) и 2 молекулы оксида серы (2SO₂).

Индексы в левой части уравнения показывают, что молекула сероводорода H₂S образована двумя атомами водорода и одним атомом серы (индекс 1 не ставится), а молекула кислорода O₂ – двумя атомами кислорода. Индексы в правой части уравнения обозначают, что в состав молекулы воды H₂O входят два атома водорода и один атом кислорода, а молекула оксида серы SO₂ сформирована одним атомом серы и двумя атомами кислорода.

1. Закон сохранения массы: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе

веществ, получающихся в результате реакции.

2. Закон постоянства состава: всякое чистое вещество всегда имеет постоянный

качественный и количественный состав независимо от способов его получения.

3. Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях

содержится одинаковое количество молекул.

Следствие из закона Авогадро: 1 моль разных газов

при одинаковых температуре (Т) и давлении (Р)

занимает одинаковый объем (V).

Молярный объем газа V_m = 22,4 л (дм³) при н.у.

Аббревиатура н.у. обозначает нормальные условия: Т = 0 °С и Р = 1 атм

(760 мм рт. ст., или 10⁵ Па).

Обозначения: A_r (Э) – относительная атомная масса элемента;

M_r (в-ва) – относительная молекулярная масса вещества;

M (в-ва) – молярная масса вещества (г/моль);

m – общая масса вещества (г);

n – число молей вещества;n = m/М; m = М × n; М = m/n

w (Э) – массовая доля элемента (%); w(Э) = A_r(Э) × 100% /М_r

V_m – молярный объем газа (22,4 л/моль);

V – объем газа (л); V = V_m × n; n = V : V_m

Решение типовых задач

I. Расчет количества вещества в заданной массе

I.1. Сколько молей метакремниевой кислоты содержится в 312 г H₂SiO₃?

Дано: m (H₂SiO₃) = 312 г

Найти: n (H₂SiO₃)

Решение: n = m/М

С помощью ПСЭ (см. Приложение)

находим от­носительные атомные массы элементов, образующих метакремниевую кислоту, т.е. водорода, кремния и кислорода:

A_r(Н) = 1; A_r(Si) = 28; A_r(O) = 16.

Учитывая индексы, вычисляем от­носительную молекулярную массу H₂SiO₃:

М_r(H₂SiO₃) = 2A_r(Н) + A_r(Si) + 3A_r(O) = 2 + 28 + 48 = 78.

Масса 1 моля H₂SiO₃ в граммах численно равна относительной атомной массе:

M(H₂SiO₃) = 78 г/моль.

По условию задачи общая масса (m) H₂SiO₃ равна 312 г.

Находим число молей (n) H₂SiO₃ по формуле: n = m/М:

n = 312 г/78 г/моль = 4 моль.

Ответ:4 моля H₂SiO₃.

II. Определение массы заданного количества вещества

II.2. Определите массу в граммах 8 молей перманганата калия.

Дано: n (KMnO₄) = 8 молей

Найти:m (KMnO₄)

Решение: m = М × n

С помощью ПСЭ находим относительные атомные массы элементов,

образующих перманганат калия, т.е. калия, марганца и кислорода:

А_r (К) = 39, А_r (Mn) = 55, А_r (О) = 16.

Учитывая индексы, рассчитываем относительную молекулярную массу KMnO₄:

M_r(KMnO₄) = A_r(K) + А_r(Mn) + 4 A_r(O) = 158.

Молярная масса KMnO₄ численно равна его относительной молекулярной массе:

М(KMnO₄) = 158 г/моль.

Определяем массу KMnO₄ (m) по формуле m = М × n:

m = М(KMnO₄) × n = 158 г/моль × 8 моль = 1264 г.

Ответ: 1264 г KMnO₄.

III. Определение массовой доли элементов в молекуле вещества

III.3. Определите массовую долю (%) каждого элемента в молекуле хромата кобальта СоСrО₄.

Дано: СоСrО₄

Найти: w (Со); w (Сr); w (О)

Решение: w(Э) = A_r(Э) × 100% /М_r

С помощью ПСЭ находим относительные атомные массы элементов,

образующиххромат кобальта, т.е. кобальта, хрома и кислорода:

A_r (Со) = 59; A_r (Cr) = 52; A_r (O) = 16.

Учитывая индексы, рассчитываем относительную молекулярную мас­су СоСrО₄:

M_r (СоСrО₄) = A_r(Co) + A_r(Cr) + 4A_r(O) = 59 + 52 + 4 × 16 = 175.

Рассчитываем массовую долю (w) кобальта, хрома и кислорода в молекуле СоСrО₄:

w(Co) = A_r(Co) × 100% /М_r = 33,7%

w(Cr) = A_r(Cr) × 100% /М_r = 29,7%

w(О) = 4 A_r(O) × 100% /М_r = 36,6%

Ответ: 33,7% кобальта, 29,7% хрома и 36,6% кислорода.

IV. Определение массы известного объема газов

IV. 1. Какова масса 5,6 л пентана С₅Н₁₂ при н.у.?

Дано: V(С₅Н₁₂) = 5,6 л; н.у.

Найти: m (С₅Н₁₂)

Решение: m = М × n n = V : V_m

1 моль любого газа при н.у. занимает объем V_m = 22,4 л/моль.

По формуле n = V : V_m рассчитываем, что 5,6 л составляют

5,6 л : 22,4 л/моль = 0,25 моль.

С помощью ПСЭ находим относительную атомную массу углерода и водорода:

А_r (С) = 12, А_r (Н) = 1.

Рассчитываем относительную молекулярную массу пентана:

М_r (С₅Н₁₂) = 5А_r (С) + 12А_r (Н) = 5 × 12 + 12 × 1 = 72.

Молярная масса пентана численно равна его относительной молекулярной массе:

М (С₅Н₁₂) = 72 г/моль.

Рассчитываем массу 0,25 молей пентана по формуле m = М × n:

m = М (С₅Н₁₂) × 0,25 = 72 г/моль × 0,25 = 18 г

Ответ: m (С₅Н₁₂) = 18 г.

V. Определение объема газов по известной массе

V.1. Какой объём занимают 456 г октана при н.у.?

Дано: m (С₈Н₁₈) = 456 г

Найти: V (С₈Н₁₈)

Решение: V = V_m × n; n = m/М

С помощью ПСЭ находим относительную атомную массу углерода и водорода:

А_r (С) = 12; А_r (Н) = 1.

Рассчитываем относительную молекулярную массу октана:

М_r (С₈Н₁₈) = 8А_r (С) + 18А_r (Н) = 114.

Молярная масса октана численно равна его относительной молекулярной массе:

М (С₈Н₁₈) = 114 г/моль.

Рассчитываем количество молей октана в 456 гэтого газа:

n = m : М = 456 г : 114 г/моль = 4 моль.

Находим объём 4 молей октана по формуле V = V_m × n = 22,4 л/моль × 4 моль = 89,6 л

(т.к. объем 1 моль любого газа при н.у. V_m = 22,4 л/моль).

Ответ: V (С₈Н₁₈) = 89,6 л

V.2. Какой объем занимают 80 г газообразного аргона при н.у.?

Дано: m (A_r) = 80 г

Найти: V (A_r)

Решение: V = V_m × n; n = m/М

С помощью ПСЭ находим относительную атомную массу аргона:

А_r (A_r) = 40.

Рассчитываем относительную молекулярную массу аргона: М_r (A_r) = 1 × А_r (A_r) = 40,

т.к. молекулы инертных газов являются одноатомными.

Молярная масса аргона численно равна его относительной молекулярной массе:

М (A_r) = 40 г/моль.

Рассчитываем количество молей аргона в 80 г: n = m : М = 80 г : 40 г/моль = 2 моль.

По формуле V = V_m × n находим объём 2 молей аргона: 22,4 л/моль × 2 моль = 44,8 л,

т.к. объем 1 моль любого газа при н.у. V_m = 22,4 л/моль.

Ответ: V (A_r) = 44,8 л