Для сложных кристаллических веществ, имеющих ионную решетку (соли, основания) или решетку с ковалентными полярными связями (например, кремнезем SiO2), структурной единицей является условная формульная единица, в которой индексы у символов химических элементов отражают соотношение их количеств в кристалле.
Образец любого вещества можно охарактеризовать с помощью трех физических величин – массы m, объема V и количества вещества n.
Количество вещества – это число структурных единиц, составляющих данный образец веществf. Единицей измерения количества вещества является моль – это порция вещества, содержащая столько структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12С. Последняя величина называется постоянной Авогадро NА (NА = 6,022 · 1023 моль-1).
Любые газы при одинаковых условиях (фиксированы температура и давление) имеют одинаковый молярный объем ( Vm = 22,4 дм3 /моль = 22,4 л /моль)
Химическая формула отражает качественный и количественный состав структурной единицы простого или сложного вещества.
Расчеты по схемам химических реакций:
Масса вступивших в реакцию реагентов равна массе образовавшихся продуктов. Таким образом, все вычисления по схеме реакции основаны на составлении уравнений материального баланса по количеству вещества или массе каждого элемента с последующим использованием соотношений, связывающих количество данных атомов с количеством вещества реагентов и продуктов реакции, в составе которых они находятся.
Расчеты по уравнениям химических реакций:
С помощью стехиометрических коэффициентов схема химической реакции переходит в ее уравнение, которое в явном виде отражает закон сохранения количества атомов каждого вида при переходе от исходных веществ (реагентов) к продуктам реакции. Стехиометрические коэффициенты позволяют установить связь между количествами участвующих в реакции веществ на основе следующего правила: коэффициенты в химическом уравнении задают молярные пропорции (отношения), в которых вступают в реакцию исходные вещества (реагенты) и образуются продукты реакции.
Пример: реакция синтеза аммиака: 3H2 + N2 = 2NH3
n (H2 ): n (N2 ): n (NH3 ) = 3:1: 2,
Отсюда n (NH3 ) = 2/3 n (H2 ) или n (NH3 ) = 1/2 n (N2 )
Газовые законы:
В основе расчета количества вещества, плотности и молярной концентрации газообразных веществ и их смесей при заданных давлении Р и температуре Т лежит уравнение Менделеева – Клапейрона (уравнение состояния идеального газа):
РV = nRT, которое можно представить в других формах:
Р = (n/V)/ RT = сRT или РV = m/M = RT,
где m – масса; М – молярная масса; с – молярная концентрация газа при данных Р и Т, где размерность физических величин зависит от выбранной системы единиц.
Справочно: 1 атм = 760 мм рт.ст. = 101325 Па = 101,325 кПа и Т [K] = 273 + t °C.
R= 8,314 Дж / (моль ˑ К), или 0,082 (л ˑ атм)/ (моль ˑ К)
Следствия из уравнения Менделеева – Клапейрона:
а) Закон Авогадро: при одинаковых условиях (Р, Т – фиксированы) равные объемы газов содержат одинаковое число молекул: если для двух газов V1 = V2, то n1 = n2, и наоборот.
б) Молярные объемы Vm любых газов при одинаковых условиях одинаковы, то есть при n = 1 моль, получаем Vm = RT/P
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ:
1. Рассчитайте количество, массовые доли и массы химических элементов в 3,42 г сульфата алюминия Al2(SO4)3 .
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
2. В какой массе меди содержится 10,0 г электронов? (Аr(е) = 0,0005486). (Ответ: 39942,4 г.)
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
3. Содержание кремния и кислорода в земной коре составляет 27,6 % и 47,2 % по массе. Каких атомов, кремния или кислорода, больше в земной коре и во сколько раз? Какая доля кислорода связана с кремнием в виде оксида? (Ответ: соотношение 1: 3.)
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
4. Запишите химические формулы минералов через условные формулы составляющих их оксидов: тальк – Mg3H2Si4O12 (например, 3MgO·4SiO2·H2O); мусковит – K2H4Al6Si6O24; нефелин – Na2Al2Si2O8; берилл – Be3Al2Si6O18.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
5. В асбесте содержатся элементы (по массе): 9,6 % Са; 17,3 % Mg; 26,9 % Si, остальное – кислород. Определите формулу минерала и запишите ее через формулы составляющих его оксидов.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
6. Минерал изумруд содержит по массе: 5 % Be; 10 % Al; 31 % Si и 54 % О, а также примесь хрома (III), придающую ему зеленую окраску. Определите формулу минерала и запишите ее через формулы составляющих его оксидов.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
7. При взаимодействии 7,1 г оксида фосфора(V) с избытком раствора гидроксида натрия получили 164 г раствора средней соли. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
8. При взаимодействии избытка карбоната магния со 146 г раствора хлороводорода было получено 2,24 л углекислого газа (н.у.). Вычислите массовую долю хлороводорода в исходном растворе.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
9. После пропускания 4,4 г углекислого газа через 320 г раствора гидроксида калия получили раствор средней соли. Вычислите массовую долю щёлочи в исходном растворе.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
10. К раствору хлорида железа(II) с массовой долей 5% добавили избыток раствора гидроксида натрия. В результате реакции образовался осадок массой 4,5г. Определите массу исходного раствора соли.
Решение:
_____________________________________
_____________________________________
11. Через 80 г раствора гидроксида натрия с массовой долей растворённого вещества 10% пропустили углекислый газ до образования карбоната натрия. Вычислите объём (н.у.), затраченного на реакцию газа.
12. Определите объём (н.у.) аммиака, который полностью прореагировал с раствором азотной кислоты массой 25,2 г и массовой долей кислоты 20%.
13. К 80 г раствора хлорида бария с массовой долей растворённого вещества 6,5% добавили избыток раствора серной кислоты. Вычислите массу выпавшего осадка.
14. В 73 г соляной кислоты с массовой долей HCl 5% поместили избыток цинка. Вычислите объём выделившегося газа (н.у.).
15. При анализе руды, содержащей халькозин Cu2S, установлено, что в 5,0 г ее содержится 2,7 г меди. Определите массовую долю примесей в руде. ( Ответ: 32,4 %.)
