Основные количественные характеристики

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Н.А. Невинская, Л.П. Кожевина, Л.С. Ляпина

ПОСОБИЕ ПО ХИМИИ

 

ЧАСТЬ 1. Состав, свойства

И превращения неорганических веществ

 

Б А Р Н А У Л, 2002

 

УДК: 546

 

 

Невинская Н.А., Кожевина Л.П., Ляпина Л.С.

Пособие по химии. Часть 1. Состав, свойства и превращения неорганических веществ. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2002. - 82 с.

 

 

Научный редактор Невинская Н.А., канд. хим. наук, доцент.

 

Ответственный исполнитель Кожевина Л.П., канд. хим. наук, доцент.

 

    Рекомендовано к изданию методической комиссией агрономического факультета Алтайского государственного аграрного университета.

 

 

Рецензент Сеселкин И.В., канд. техн. наук, доцент Алтайского государственного технического университета.

 

 

ã Алтайский государственный аграрный университет, 2002

ã Н.А. Невинская, Л.П. Кожевина, Л.П. Ляпина

 

ВВЕДЕНИЕ

 

    Вся окружающая нас действительность, бесконечное множество существующих в мире объектов и систем объединяется одним понятием – материя. Материя несотворима и неуничтожима. Её неотъемлемым атрибутом является движение. Формы движения материи бывают различные (механическая, физическая, биологическая и т. д.). Химическая форма движения обусловлена взаимными превращениями веществ.

    Химия – наука о веществах и их превращениях.

    Важнейшие задачи химической науки были сформулированы одним из её основоположников М.В. Ломоносовым: «Химическая наука рассматривает свойства и изменения тел ... состав тел ... объясняет причину того, что с веществами при химических превращениях происходит».

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, в которой бы не применялись химические продукты. Исключительно велико значение химии также в научном понимании естественной картины мира, в правильной трактовке общих законов развития природы, общества и познания.

Поэтому химия наряду с физикой и математикой является основой профессиональной подготовки специалистов высокой квалификации.

Данное пособие предназначено для самостоятельной работы при изучении химии студентами, обучающимися в аграрном вузе. Оно составлено с учетом программы высшей школы и требований, предъявляемых к знаниям студентов.

Учитывая недостаточный уровень подготовки по химии в сельской школе и отсутствие вступительных экзаменов по данной дисциплине, в учебном пособии уделено значительное внимание основополагающим вопросам химии – атомно-молекулярному учению и основным классам неорганических соединений. Для закрепления теоретического материала приведены примеры решения задач, а также задания для индивидуальной работы на практических занятиях. В приложении даны периодическая система химических элементов, номенклатура кислот и солей.

 

АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ

 

Согласно атомно-молекулярному учению все вещества состоят из отдельных частиц – атомов и молекул. Химический элемент является составной частью простого и сложного вещества.

Химический элемент – вид атомов, обладающий определенным зарядом ядра.

АТОМ – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства (Н – один атом водорода, 5О – пять атомов кислорода, 3Na – три атома натрия).

МОЛЕКУЛА – наименьшая частица данного простого или сложного вещества, обладающая его химическими свойствами. Молекула состоит из атомов (F₂ – одна молекула фтора, 2NH₃ – две молекулы аммиака).

ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО – вещество, состоящее из атомов одного химического элемента (5О₂ – пять молекул кислорода, N₂ – одна молекула азота).

CЛОЖНОЕ ВЕЩЕСТВО – вещество, молекула которого состоит из атомов различных элементов.

Н₂О – одна молекула воды. Сложное вещество, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Na₂О – одна молекула оксида натрия. Сложное вещество, состоящее из двух атомов натрия и одного атома кислорода.

Таким образом, химические элементы (водород, кислород, натрий и др.) образуют простые и сложные вещества.

Основные количественные характеристики

 

Основными количественными характеристиками вещества являются: количество вещества (число молей), его масса и объём.

Массы атомов и молекул можно выражать в граммах, килограммах и других единицах массы. Но величины этих масс очень малы, поэтому применяют не абсолютные значения масс, а относительные.

За единицу относительных атомных и молекулярных масс принята АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ (а.е.м.), представляющая собой 1/12 часть массы атома изотопа углерода ¹²₆С.

1 а.е.м. рассчитывается следующим образом:

                            m(C), кг  2,0 ^. 10^-26

1 а.е.м = ^___________ = ^{_____________} = 1,66 ^. 10^-27 кг.

                            12        12

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА (А_r) показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²₆С.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА (М_r) вещества показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²₆С.

Обозначение r показывает, что данная величина относительная (в переводе с латинского relativ - относительный). Относительные атомная и молекулярная массы - безразмерные величины. Их значения рассчитываются как частное от деления абсолютных масс атомов и молекул к 1 а.е.м.

 

Пример. Масса атома водорода равна 1,66 ^. 10^-27 кг.   

1 а.е.м. = 1,66 ^. 10^-27 кг.

        1,66 ^. 10^-27кг

А_r (Н) = ^{________________}  = 1,00.

         1,66 ^. 10^-27кг

 

А_r приводится в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. В химических расчетах обычно пользуются округленными значениями А_r. Принято добавлять единицу к А_r, если десятые доли имеют значения 0,5 и более, и отбрасывать десятые доли, если они имеют значения меньше 0,5.

 

Примеры.

А_r в таблице    А_r, взятые   для расчета

Н  1,0079               1

О 15,9994             16

Mg 24,305              24

Исключение: Cl 35,453  35,5,

т.к. в смеси хлора изотопов ³⁵₁₇Cl – 75%, а изотопов ³⁷₁₇Cl – 25%.

 

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс с учетом числа атомов.

 

Пример . М_r (H₂SO₄) = 2А_r (Н) + А_r (S) + 4A_r (O);

                  M_r (H₂SO₄) = 2 ^. 1 + 32 + 4 ^. 16 = 98.

 

МОЛЬ (u) – количество вещества, содержащее 6,02 ^. 10²³ структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.).

6,02 ^. 10²³ – число Авогадро.

 

Пример. 1 моль атомарного водорода, 1 моль атомарного кислорода, 1 моль молекулярного кислорода (О₂), 1 моль воды (Н₂О) содержат одинаковое число частиц - число Авогадро (6,02 ^. 10²³).

МОЛЯРНАЯ МАССА (М) – масса вещества количеством 1 моль.

                                                m

М = ^_____,

                                                    u

m – масса вещества, г, кг и т.д.;

u – количество вещества, моль.

Молярная масса выражается в г/моль, кг/моль, т/моль и т.д.

Численно молярная масса М равна относительной молекулярной массе М_r, поэтому молярную массу можно определить по значению относительных молекулярных масс.

 

Пример. Зная молекулярные массы веществ (О₂, Н₂SO₄), определяем их молярные массы.

М_r (O₂) = 32;             М (О₂) = 32 г/моль.

М_r (H₂SO₄) = 98;       М (Н₂SO₄) = 98 г/моль.

 

Понятие количества вещества (число молей) относится как к простым, так и к сложным веществам. Поэтому для веществ, состоящих из атомов (например, простое вещество натрий или атомарный кислород), также вводится понятие молярная масса.

Молярная масса натрия равна 23 г/моль, молярная масса атомарного кислорода равна 16 г/моль. Эти значения численно равны их атомным массам, соответственно 23 и 16.

Как уже было сказано выше, при расчетах можно пользоваться значениями кг/моль, т/моль в зависимости от условий задач.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ГАЗОВ (D) показывает, во сколько раз молярная масса одного газа тяжелее молярной массы другого.

D – безразмерная величина.

 

Пример. Относительная плотность азота по водороду равна:

                                M (N₂) 28

D_H  = ^_________  = ^______ = 14.

                                M (H₂) 2

 

МОЛЯРНЫЙ ОБЪЁМ (V_m). Один моль любого газа занимает объём 22,4 л при нормальных условиях (н.у.).

Н.У.: Т = 273 К, Р = 101,3 кПа.

Молярный объём обозначается V_м и измеряется в л/моль.

V_м = 22,4 л/моль.

Примеры. 1 моль СО₂ при н.у. с молярной массой М = 44 г/моль занимает объём 22,4 л; 1 моль О₂ при н.у. с М = 32 г/моль тоже занимает 22,4 л.

V_м (CO₂) = 22,4 л/моль;   V_м (O₂) = 22,4 л/моль.