RAR0520 Основы химии Упражнения № 1

RAR0520 Основы химии
Упражнения
Тема №1. Основные понятия химии
Относительная атомная масса элемента Ar (или просто атомная масса) показывает, во
сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода. Это безразмерная величина.
Относительные атомные массы элементов приведены в периодической системе элементов.
Относительные атомные массы не являются целыми числами, потому что элементы
встречаются в виде различных изотопов, и при вычислении относительной атомной массы
элемента учитывается распространенность его изотопов в природе.
Атомы объединяются в молекулы. Например:
Н2 - молекула простого вещества водорода состоит из двух атомов водорода
О2 - молекула простого вещества кислорода состоит из двух атомов кислорода
Н2О - молекула сложного вещества воды состоит из двух атомов водорода и одного атома
кислорода
Индекс в формуле вещества показывает, сколько атомов химического элемента содержится в
молекуле
Относительная молекулярная масса Мr (или просто молекулярная масса) показывает, во
сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Это безразмерная величина.
Например: молекулярная масса молекулы воды Н2О, молекула которой содержит два атома
водорода и один атом кислорода, равна
Мr (Н2О) = 2·1,0079 + 15,9994 = 18,0152 а.е.м.
Масса молекулы любого вещества равна сумме масс атомов, образующих эту молекулу.
Поэтому молекулярная масса равна сумме соответствующих атомных масс.
Моль - это количество вещества, содержащее 6,02·1023 частиц (атомов, молекул, ионов,
электронов или других структурных единиц)
NA= 6,02·1023моль–1 (число Авогадро)
Молярная (мольная) масса М – масса 1 моля вещества в граммах. Единица измерения
молярной массы г/моль.
Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе
М = Мr
Например:
Мr (Н2О) = 18,0152 а.е.м.
М(Н2О) = 18,0152 г/моль
Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы данного вещества на
постоянную Авогадро
М = NA·m0
1
RAR0520 Основы химии
Упражнения
Тема №1. Основные понятия химии
Количество вещества n или число молей для веществ в твердом, жидком и газообразном
состоянии вычисляется по формулам:
Для газов при нормальных условиях (температуре Т=273К и давлении 1,013·105 Па)
количество вещества можно вычислить через объем:
где Vm – молярный объем газа при нормальных условиях (22,4 л/моль)
Плотность ρ – масса единицы объема
,
,
Закон Авогадро: в равных объемах V различных газов при одинаковых условиях
(температуре T и давлении p) содержится одинаковое число молекул.
Молярный объем – объем одного моля газа при нормальных условиях (н.у.)
1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л (22,4 дм3).
Для приведения объема газа к нормальным условиям используют уравнение газового
состояния
или
где V – объем газа, измеренный при реальных условиях, т.е. при давлении p и температуре T;
V0 – объем газа при нормальном давлении p0 и нормальной температуре T0.
2
RAR0520 Основы химии
Упражнения
Тема №1. Основные понятия химии
Относительная плотность D вещества А по веществу B - это отношение плотностей этих
газов. Относительная плотность показывает, во сколько раз плотность вещества А больше
или меньше плотности вещества B. Безразмерная величина.
Для идеальных газов
Для газов за эталон часто принимают сухой воздух. При н.у. плотность воздуха 1,29 кг/м3,
средняя молярная масса воздуха 29 г/моль.
Например, плотность аммиака по воздуху равна
Зная относительную плотность, можно вычислить молярную массу:
MA = MB · DB
Молярную массу газа можно вычислить также, пользуясь уравнением КлапейронаМенделеева:
где p – давление, кПа
V – объем, л
m – масса, г
M – молярная масса, г/моль
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 л·кПа/(моль·К)
или 0,082 л·атм/(моль·К)
T – абсолютная температура, К
Законы идеального газа. В производственных условиях приходится иметь дело с газами,
находящимися в условиях, отличающихся от нормальных. В этом случае при расчетах
используют закономерности, установленные для идеальных газов.
Закон Бойля-Мариотта: или при постоянной температуре объем данного количества газа
обратно пропорционален давлению, под которым газ находится
3
RAR0520 Основы химии
Упражнения
Тема №1. Основные понятия химии
Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении объемы данного количества газа прямо
пропорциональны абсолютным температурам
Закон Шарля: при постоянном объеме давления данного количества газа прямо
пропорциональны абсолютным температурам
Массовая доля элемента в соединении (ωi) – отношение массы данного элемента к массе
соединения
mi – масса элемента
∑ mi –сумма масс всех элементов в соединении, масса соединения
n – число атомов элемента в соединении
Ar – относительная атомная масса элемента
Mr – относительная молекулярная масса соединения
Например, массовая доля водорода в воде Н2О равна
Соответственно, массовая доля кислорода в воде равна
1 – 0,111 = 0,889 или 88,9%
Массовая доля вещества в смеси или растворе (ωi) – отношение массы данного вещества
к массе смеси или раствора
mi – масса компонента смеси
mсмеси – масса смеси
4
RAR0520 Основы химии
Упражнения
Тема №1. Основные понятия химии
Например, для получения сплава смешали 200 г золота и 300 г серебра. Массовая доля золота
в сплаве
Объемная доля вещества в смеси (ωi об.) – отношение объема данного вещества к объему
смеси
Например, смешали 1л кислорода, 5л азота и 2л углекислого газа. Объемная доля
углекислого газа в смеси
Мольная доля вещества в смеси или растворе (xi) – отношение количества вещества
(числа молей) данного вещества к сумме количеств вещества (числа молей) всех компонентов
смеси или раствора
Например, для приготовления раствора взяли 45 молей воды и 5 молей хлорида натрия.
Мольная доля хлорида натрия в растворе
Кристаллогидраты – кристаллические вещества, в состав которых входит определенное
количество молекул воды. Воду, входящую в состав кристаллогидратов, называют
кристаллизационной. Кристаллизационная вода обычно может быть удалена нагреванием.
Состав кристаллогидратов выражают формулами, показывающими, какое количество
кристаллизационной воды содержит кристаллогидрат. Например, формула кристаллогидрата,
содержащего 1 моль сульфата меди (II) и 5 моль воды CuSO4·5H2O. Его названия:
кристаллогидрат сульфата меди (II) (1/5), пятиводный кристаллогидрат сульфата меди (II),
пентагидрат сульфата меди (II), медный купорос.
5