Количество вещества равно отношению массы вещества, выраженной в граммах или килограммах к молярной массе вещества

(1.1)

Пример 1.2. Найти количество вещества серной кислоты, если масса серной кислоты составляет 500г.

Решение.

Согласно закону Авогадро: В равных объемах любых газов при одинаковых давлении и температуре содержится одинаковое число молекул. Из закона Авогадро следует, что при температуре 273К (0^оС) и давлении 101325 Па (нормальные условия) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 дм³ (л). Эта величина носит название молярный объем (V_B). Объем газа, находящегося при произвольных ус ловиях, может быть приведен к нормальным условиям с использованием формулы Менделеева-Клапейрона

(1.2.)

где р ^_ давление газа; V ^_ объем газа; m_B ^_ масса газа; М_В ^_ молярная масса газа; Т – температура в градусах термодинамической шкалы Кельвина (К); R ^_ универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль^.К), или (л^.кПа)/(моль^.К) в СИ, или 0,08206 (л^.атм)/(моль^.К), если давление выражено в атмосферах, или 62,36 (л^.мм рт. ст.)/(моль^.К), если давление выражено в мм ртутного столба.

Пример 1.3. Найти количество вещества углекислого газа, если его объем при нормальных условиях составляет 5 дм³.

Решение. Составим пропорцию:

1 моль газа занимает объем 22,4л

х моль газа занимает объем 5л

;

Постоянная Авогадро может быть использована для нахождения числа формульных единиц вещества*, числа атомов и т.п.

Пример 1.4. Найти число формульных единиц серной кислоты, число атомов водорода, серы и кислорода, содержащихся в 1000 г H₂SO₄.

Решение. Найдем количество вещества серной кислоты, используя формулу (1.1):

Составим пропорцию:

 

* Термин «формульная единица» может быть использован в тех случаях, когда термин «молекула» не соответствует реальным структурным единицам вещества. Так в кристаллической поваренной соли невозможно выделить отдельные молекулы NaCl. Поэтому вместо термина «молекула NaCl» правильнее использовать термин «формульная единица NaCl», как отражающий состав соединения. Сказанное применимо и к серной кислоте.

 

 

1 моль серной кислоты содержит 6,02^.10²³ формульных единиц H₂SO₄

 

10,2 моль - “ - - “- х - “- - “-

H₂SO₄

Одна формульная единица серной кислоты содержит 2 атома водорода, следовательно, 1000г или 10,2 моль серной кислоты содержат 2^.6,14^.10²⁴=1,228^.10²⁵ атомов водорода. Соответственно, число атомов серы и кислорода составит: 1^.6,14^.10²⁴=6,14^.10²⁴ атомов серы и 4^.6,14^.10²⁴=2,456^.10²⁵ атомов кислорода.

 

Химические формулы

Химические формулы выражают количественный и качественный состав соединения и, одновременно, обозначают массу, соответствующую 1 моль вещества. Например, формула азотной кислоты HNO₃ означает: 1) это вещество образовано 1 атомом водорода, 1 атомом азота и 3 атомами кислорода или одним ионом водорода (Н⁺) и одним нитрат-ионом ( ); 2) на 1 массовую часть водорода в азотной кислоте приходится 14 массовых частей азота и 48 массовых частей кислорода; 3) массу азотной кислоты, равную 63г; 4) количество вещества азотной кислоты, равное 1 моль (6,02^.10²³ формульных единиц). Химические формулы используются для разнообразных расчётов.

Пример 1.5. Найти процентное содержание кальция, водорода и кислорода в гидроксиде кальция Са(OН)₂.

Решение. Найдем молярную массу гидроксида кальция. Для этого в таблице ПСЭМ найдем относительные атомные массы кальция, кислорода и водорода и подставим их в формулу:

Можно также воспользоваться более удобной формулой:

Для нахождения процентного содержания кальция составим пропорцию:

74г Са(OН)₂ содержат 40г кальция

100г - “ - - “ - х - “ –

Следовательно, процентное содержание кальция в Са(OН)₂ составит:

Аналогично находим процентное содержание водорода и кислорода:

74г Са(OН)₂ содержат 2г водорода

100г - “ - - “ - х г - “ –

;

74г Са(OН)₂ содержат 32г кислорода

100г - “ - - “ - х г - “ –

.

Проверим правильность вычислений. Суммарное содержание всех трех элементов в гидроксиде кальция составляет:

54,05+2,70+43,24=99,99 %

Отклонение полученной величины от 100 % на 0,01% связано с округлением результатов.

Пример 1.6. Найти массу одной формульной единицы (молекулы) хлорида натрия (поваренной соли).

Решение.

1 моль NaCl содержит 6,02^.10²³ формульных единиц (молекул). Молярная масса хлорида натрия составляет

Составим пропорцию:

Масса 6,02^.10²³ молекул NaCl составляет 58,5г

Масса 1 - “ - - “ - - “ - - “ - х г

 

Пример 1.7. Найти простейшую формулу соединения, содержащего (по массе) 40 % углерода, 6,7 % водорода, 53,3 % кислорода, если плотность его паров по водороду составляет 15.

Решение. Обозначим числа атомов углерода, водорода и кислорода в простейшей формуле соединения через x, y и z. Молекулярные массы этих элементов равны 12, 1 и 16. Поэтому массы углерода, водорода и кислорода в составе соединения относятся как 12x:1y:16z. По условиям задачи это отношение равно 40:6,7:53,3. Следовательно,

12x:y:16z=40:6,7:53,3, откуда

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим его члены на меньший из них:

Таким образом, простейшая формула соединения - СН₂О. Молекулярная масса соединения М_r=12+2+16=30. Молекулярная масса, определенная по относительной плотности, составляет

М = 2^.15=30.

Следовательно, простейшая и истинная формулы соединения совпадают.

Химические уравнения

 

Химические уравнения показывают вещества, вступающие в химическую реакцию и образующиеся в результате продукты, а также количественные отношения между всеми участниками реакции. Например, уравнение

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O

означает, что в реакцию вступают 2 моль соляной кислоты и 1 моль гидроксида кальция; образуется 1 моль хлорида кальция и 2 моль воды, а массы исходных веществ и продуктов реакции удовлетворяют соотношению:

Пример 1.8. Серная кислота (H₂SO₄) реагирует с гидроксидом калия по уравнению

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O

Найти массу гидроксида калия, необходимую для реакции с 20г серной кислоты и массы сульфата калия и воды, образующиеся в результате реакции.

Решение. Молярные массы участников реакции составляют, соответственно: 98 (H₂SO₄); 56 (KOH); 176 (K₂SO₄) и 8 (H₂O) г/моль. Из уравнения реакции следует, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 моль гидроксида калия или 98г H₂SO₄ взаимодействуют с 2^.56=112г KOH. Составим пропорцию:

98г H₂SO₄ реагируют со 112г КОН

20г - “ - - “ - х г - “ -

Аналогично в соответствии с уравнением реакции запишем:

Из 98г H₂SO₄ образуется 176г K₂SO₄

Из 20г - “ - - “ - х г - “ -

;

Из 98г H₂SO₄ образуется 36г Н₂O

Из 20г - “ - - “ - х г - “ –

Пример 1.9. При взаимодействии серной кислоты и карбоната натрия выделилось 5,0л углекислого газа (н.у.). Найти массы серной кислоты и карбоната натрия, взятые для реакции, а также массу сульфата натрия, образовавшуюся в результате реакции.

Решение. Запишем уравнение реакции:

H₂SO₄ + Na₂CO₃ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

Из уравнения реакции следует, что в реакцию вступают 1 моль серной кислоты и 1 моль карбоната натрия и образуется по 1 моль сульфата натрия, углекислого газа и воды. Иначе говоря, в реакцию вступают 98г H₂SO₄ и106 г Na₂CO₃, а образуется 142г Na₂SO₄, 44г CO₂ и 18г H₂O. Один моль углекислого газа, или 44г, занимают при нормальных условиях объем 22, 4 дм³(л).

Молярные массы участников реакции составят: Из уравнения реакции следует:

Для получения 22,4л CO₂ необходимо взять 98г H₂SO₄

- “ - - “ - 5л - “ - - “ - х г - “ -

Количество углекислого газа можно выразить в граммах:

масса 22,4 л CO₂ составляет 44 г

- “ - 5 л - “ - - “ - х г

,

и при последующих вычислениях использовать массу газа, а не объём.

Основываясь на уравнении реакции, найдём массы Na₂CO₃, Na₂SO₄ и H₂O:

Для получения 44г CO₂ необходимо взять 106г Na₂CO₃

- “ - - “ - 9,82г - “ - - “ - х г - “ –

 

;

при получении 44г CO₂ образуется 142г Na₂SO₄

- “ - - “ - 9,82г - “ - - “ - х г - “ –

 

;

 

при получении 44г CO₂ образуется 18г H₂O

- “ - - “ - 9,82г - “ - - “ - х г - “ –

 

.

 

Контрольные вопросы и задачи

1.1.Найти количество вещества азотной кислоты, если её масса составляет 100г. Ответ: 1,59 моль.

1.2. Найти количество вещества азота, если его объем при нормальных условиях составляет 15 дм³. Ответ: 0,67 моль.

1.3. Найти число формульных единиц гидрокарбоната кальция, число атомов кальция, водорода, углерода и кислорода, содержащихся в 300г Ca(HCO₃)₂. Ответ:

1.4. Найти процентное содержание магния, азота и кислорода в нитрате магния Mg(NO₃)₂. Ответ: ω_Mg=16,2; ω_N=18,9; ω_Mg=64,9%.

1.5.Найти массу одной молекулы хлора. Ответ:1,18^.10^-22г.

1.6. Найти массу гидроксида кальция, необходимую для реакции с 10г соляной кислоты и массы хлорида кальция и воды, образующиеся в результате реакции 2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O.

Ответ:

1.7. Найти массу оксида кальция, воды и объем углекислого газа, образующихся при термическом разложении 200г гидрокарбоната кальция по реакции: Сa(HCO₃)₂=CaO+H₂O+2 CO₂.

Ответ: