Количественные расчеты в химии.

       Основная единица измерения количества вещества в химии - моль. Моль - количество вещества, содержащее 6.02*10²³ структурных единиц (атомов, ионов, молекул). Масса одного моля - молярная масса рассчитывается из данных периодической системы Д.И.Менделеева. Кроме понятия молярной массы существует понятие молярного объема. Молярный объем газов при нормальных условиях составляет 22.4 литра. Количество вещества может быть рассчитано по формуле (3.1):

                                            

                              n =                                                                                    (3.1)

                                            

       где n -  число молей; m - масса вещества; М - молярная масса вещества;

или для газообразных продуктов:

       

                              n =                                                                                   (3.2)                                                                                                                                  

                                             

где V - объем, занимаемый газом при нормальных условиях (Т=273К, р= 1 атм); V_М - молярный объем (22.4 л).

 

Пример 3.1. 1

       Какое количество вещества содержится в оксиде серы (VI) массой 16 г?

       Решение.

       Молярная масса оксида серы (VI) составляет M(SO₃) = M(S) + 3 M(O) = 32 +

 + 3*16 = 80 г/моль. Количество вещества SO₃ (число молей) рассчитывается по формуле:                                                                   

                   n (SO₃) =   =    = 0.2 моль.

                 

                            

       Пример 3.1.2

       Сколько атомов фосфора содержится вфосфоре массой 93 г?

       Решение.

       Определяем количество вещества атомов фосфора: n (Р) = 93: 31 = 3 моль. Находим число атомов, зная, что 1 моль содержит 6.02*10²³ частиц. N = 6.02*10²³ *3 =

= 1.806*10²³ атомов.

 

       Пример 3.1.3

       Определите объем, который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая кислород массой 2.5 г и азот массой 9.6 г.

       Решение.

       Находим количество вещества кислорода в смеси. Молярная масса кислорода составляет 32 г/моль. n (О₂) = 2.5: 32 = 0.078 моль. Находим количество вещества азота в смеси. n(N₂) = 9.6: 28 = 0.342 моль. Общее число молей газа в смеси n(О₂+N₂)=

= 0.078 + 0.342 = 0.42 моль. Находим объем газовой смеси: V = V*22.4 = 0.42*22.4 =

 = 9.4 л.

 

       Пример 3.1.4

       В состав химического соединения входят кальций, фосфор, кислород. Массовые доли элементов составляют в %: кальция - 38.7; фосфора - 20; кислорода - 41.3. Определите простейшую формулу соединения.

       Решение.

       Для расчета выбираем массу соединения, равную 100 г. В этом случае массы кальция, фосфора и кислорода составят: m(Ca)=38.7 г; m(P)=20 г; m(O)=41.3 г.

       Определяем количество вещества кальция, фосфора и кислорода:

       n (Са) = 38ю7: 40 = 0.967

       n (Р) = 20: 31 = 0.645

       n (О) = 41.3: 16 = 2.58.

Отношение количества вещества составляет n (Са): n (Р): n (О) = 0.967: 0.645: 2.58. Разделив правую часть равенства на меньшее число (0.645), получаем

n (Са): n(Р): n(О) = 1.5: 1: 4. Для получения целочисленных коэффициентов, правую часть уравнения умножаем на 2 - n (Са): n (Р): n (О) = 3: 2: 8. Простейшая формула соединения Ca₃P₂O₈ или Ca₃(PO₄)₂.

 

       Пример 3.1.5

       Вычислите массу фосфорной кислоты, которую можно получить из ортофосфата кальция массой 80 кг с избытком серной кислоты.

       Решение.

       Запишем уравнение происходящей реакции

       Ca₃(PO₄)₂ + 3 H₂SO₄ = 2 H₃PO₄ + 3 CaSO₄

Находим количество вещества фосфата кальция n(Ca₃(PO₄)₂) = 80: 310 = 0.258 моль. Из уравнения видно, что количество вещества фосфорной кислоты вдвое больше количества фосфата кальция, т.е. n(Н₃РО₄) = 2, n(Ca₃(PO₄)₂) = 2*0.258 = 0.516 моль. Находим массу образовавшейся фосфорной кислоты, учитывая, что ее молярная масса равна 98 г. m(Н₃РО₄) = n*M = 0.516 моль * 98 г/моль = 50.568 г.

3.1. Контрольные задания 31 - 40.

Проведите расчеты и заполните пропуски в предложенной таблице.

 

№ п/п	Формула вещества	Масса одного моля	Масса вещества, г	Количест-во молей	Количест-во молекул	Объем вещества при н.у.
1	2	3	4	5	6	7
31	H2SO4		12.5
32	HNO3				2*10^22
33	NH3					100
34	CO2				5*10^21
35	NO					7
36	Na2CO3		5.3
37	H3PO4			0.5
38	NaOH		2
39	CO(NH2)2				1*10^23
40	Ca3(PO4)2		31

 

 

Растворы.

       Растворы - это однородные (твердые, жидкие, газообразные) многокомпонентные системы, состав которых может непрерывно и произвольно изменяться. Растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями и физическими смесями.

       Как химические соединения растворы обладают следующими свойствами:

· между компонентами растворов имеет место химическое взаимодействие, приводящее к образованию непрочных, непостоянного состава соединений из молекул растворенного вещества и растворителя (сольваты, гидраты);

· при растворении имеют место объемные и тепловые эффекты;

· свойства растворов отличаются от свойств составляющих их компонентов.

       Как физические смеси растворы не подчиняются законам:

· постоянства состава;

· кратных отношений;

· эквивалентов.

       Особое значение имеют жидкие и, в частности, водные растворы, так как подавляющее большинство процессов в природе совершается в водной среде. Водные растворы играют исключительно важную роль во всех процессах, протекающих в почвах, а также в животных и растительных организмах.

       Важнейшей характеристикой всякого раствора является его состав (концентрация). Концентрация указывает содержание растворенного вещества в:

· определенной массе раствора (массовая доля, w);

· определенной массе растворителя (моляльная концентрация);

· определенном объеме раствора (молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента).

Безразмерной концентрацией является мольная доля.