В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах - страница 4

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 

Будь-яка хімічна формула і будь-яке хімічне рівняння в явному вигляді вказують (за допомогою формульних індексів або стехіометричних коефіцієнтів) молярні співвідношення елементів, що складають речовину, або молярні співвідношення різних учасників реакції - вихідних речовин і (або) продуктів. Всі розрахунки за хімічними формулами і рівняннями засновані на використанні цих стехіометричних співвідношень і пов'язані із знаходженням кількостей речовини (чисел моль).

23

Пригадаємо (с.9), що моль будь-якої речовини містить 6,02*10 частинок, його маса, виражена в грамах, чисельно дорівнює відносній атомній або молекулярній масі цієї речовини, а в газоподібному стані (у наближенні ідеального газу) об'єм одного моля за нормальних умов Vmo складає 22,4 л:

1 моль      6,02-1023 (частинок)    М (г/моль)      Vmo (л/моль)

Формули для визначення кількості речовини n(A) речовини А при різних способах її визначення:

1) якщо задана маса речовини m(A), г

n(A) = ^ (3.1) M (A)де M (A) - молярна маса, г/моль;

2)      якщо заданий об'єм газоподібної речовини

 

n{ A) = Ш- = ^ (3.2)

V V

m mo

де V(A) - об'єм газу за заданих умов, л;

V^A) - об'єм газу, приведений до нормальних умов, л; Vm - молярний об'єм за заданих умов;

Vmo - молярний об'єм за нормальних умов (Vmo = 22,4 л/моль);

3)      якщо задано число частинок речовини N(A)

 

»(A) = NNA> (3.3)

 

де N(A) - число Авогадро, N(A) = 6,02 1023 моль-1.

Приклад 3.1. Обчисліть кількість речовини, що міститься у: а) 224 л (н.у.) Н2; б) 9 г Н2О; в) 1011 атомів Fe.

Розв'язання:

а)  відповідно до формули (3.2):

й) = Ж =       = 10 моль. V»o 22,4

 

б)  за формулою (3.1):

(H O)   m(H2O)    9    0 5 n(H2O) =—-—= = 0,5 моль

2      M (H2O) 18

в)  використовуючи формулу (3.3):

(F )   N (Fe)       1011       166 13

n(Fe) = —-—- =                      23 = 1,66 10 13 моль

NA     6,02 1023

Ці ж формули застосовуються при вирішенні завдань, де необхідний перехід між різними способами визначення кількостей речовин.

Приклад 3.2. Який об'єм займають 4 г газоподібного азоту за нормальних

умов?

Розв'язання. Число моль можна знайти, виходячи з маси речовини або з його об'ємуn(N) = m(N2}       або       n(N) = V(N)
П(^2)   M(N2)                                   n(N2) Vmo

Оскільки число моль однаково, в цих двох рівняннях однакові ліві і, відповідно, їх праві частини, тобто

m(N2) = V (N2) M(N2) Vmo

 

Звідси знаходимо шуканий об'єм азоту:

m(N2) Vm    4. 22 4 V(N2) =   V 2J   mo = 4^24 = 3,2 л M(N2) 28

При розрахунках за хімічними формулами для встановлення стехіометричних співвідношень використовується молярний склад, що задається хімічною формулою. Наприклад, з формули Н2Б04 витікає, що один моль сірчаної кислоти містить 2 моль атомів Гідрогену, 1 моль атомів Сульфуру і 4 моля атомів Оксигену. За рівняннями (3.1) - (3.3) можна знайти їх масу, об'єм або число частинок. Якщо взяти довільну кількість речовини, то співвідношення чисел моль п(Н2Б04) і чисел моль п(Н), n(S) і п(0) завжди будуть дорівнювати стехіометричним:

n(H2S04) = 1                    n(H2S04) = 1       n(H2S04) = 1

n(H)    ~ 2,                   n(S)    ~ 1,                  n(0)    ~ 4

або в загальному вигляді:

n( A) 1

(3.4)

n(E)   N (E) де n(A) - число моль складної речовини;

п(Е) - число моль атомів елементу, що входить до складу даної складної речовини у тій же її кількості;

N(E) - число атомів елементу у формулі складної речовини.

Приклад 3.3. Знайдіть масу металевого заліза, яке можна отримати з 638,8 г оксиду Fe203.

Розв'язання. Як випливає з наведеної формули оксиду, на один моль Fe203 доводиться 2 моля Феруму. Відповідно до рівняння (3.4) можна записати:

n(Fe203) = 1 n(Fe) 2Оскільки всі речовини задаються масою (у грамах), число моль Fe2O3 і Fe знаходимо за рівнянням (3.1):

4Fe2O3) = 4FeA)    і   n(Fe) = m(Fe)
2 3    M(Fe2O3)                                    M(Fe)

 

Підставляємо ці вирази в отримане вище співвідношення:

m(Fe2O3) M (Fe) = 1 M(Fe2O3) m(Fe) ~ 2

 

Звідси знаходимо шукану масу заліза:

   2 • m(Fe2O3) M (Fe)   2 • 638,8 • 55,85 ....

m(Fe) =-------- —------------ —- =                          — = 446,8 г

M (Fe2O3) 159,7

Часто зустрічається протилежне завдання: за результатом аналізу, тобто за відомим складом складної речовини, знайти його просту (емпіричну) хімічну формулу. Для цього необхідно визначити числа моль атомів кожного з елементів, що доводиться на яку-небудь сталу кількість речовини, і виразити в явному вигляді їх молярне (стехіометричне) співвідношення

п(А) : п(В) : n(Q... = x : y : z... (3.5) де x, y, z - цілі числа.

Для знаходження дійсної (молекулярної) формули необхідно додатково знати молекулярну масу речовини.

Приклад 3.4. Виведіть просту хімічну формулу речовини, якщо при її утворенні прореагували без залишку 8 г сірки, 8,4 л кисню (н.у.) і 4,5 г води.

Розв'язання. Розв'язання задачі полягає у визначенні стехіометричного співвідношення - співвідношення чисел моль атомів Гідрогену, Сульфуру і Оксигену, що доводяться на одну і ту ж кількість речовини, що утворилась:

п(Н) : n(S) : «(О) = x : y : z 1) Гідроген, що міститься в речовині, входив до складу води. За

формулою (4): n(H2O) = — або, використовуючи рівняння (3.1): n(H) 2

ЧЩР)     = 1 M (H2O) n(H) 2

 

звідки                                n(H) =-------- —2—- =-------- = 0,5 моль

M(H2O) 182)   число моль атомів Сульфуру, що увійшло до речовини, знаходимо за
рівнянням
(3.1):

= 4s). = А = о,25 моль

M(S) 32

3)    елемент Оксиген увійшов до складу складної речовини як з
газоподібного молекулярного кисню О2, так і з Оксигену, що міститься у
воді. Тому число моль атомів Оксигену
п(О) в речовині дорівнює сумі числа
моль атомів Оксигену, що вступив в реакцію у вигляді газу
«(O)o2 , і числа

моль атомів Оксигену, що поступив разом з водою n(O)H2O :

n(O) = n(O)o2 + «(0)h2o

а)  число моль газоподібного кисню знаходимо за рівнянням (3.2):

n(O2) = F°(°2) = -84- = 0,375 моль Уто 22,4

Відповідне   цьому   число   моль   атомів   Оксигену   п(°)°2 знайдемо із

.      .                              П(°2) 1

співвідношення (3.4): —-—— = —.

п(°)°2 2

Звідси                  п(°)°2 = 2 • п(°2) = 2 • 0,375 = 0,75 моль .

б)                                   О n(H2°) 1
б) число моль атомів Оксигену, що входили до складу води:
--------------- 2— = -

п(0)н2° 1

і за рівнянням (3.1)

m(H2O)       = 1

M(H2O) П(°)н " 1

 

^                                 (O)        m(H2°) 4,5

звідки                          n(O)H ° =—-—2—- = — = 0,25 моль .

H2°   M (H2O) 18

 

Загальне число моль Оксигену у сполуці:

n(O) = n(O)°2 + n(O)H2° = 0,75 + 0,25 = 1,00 моль .

Отже, ми знайшли наступне співвідношення чисел моль елементів:

п(Н) : n(S) : п(О) = 0,5 : 0,25 : 1,00

Щоб отримати цілочисельні формульні індекси, поділимо всі числа в правій частині рівняння на найменше з них, тобто на 0,25. Отримаємо остаточно:

п(Н) : n(S) : «(О) = 2 : 1 : 4Отже, проста формула речовини має вигляд: H2SO4.

Дійсна молекулярна формула може бути кратна простій. Відомо, що молярна маса сірчаної кислоти M(Ti2SO4) = 98 г/моль. Отже, в даному випадку дійсна формула співпадає з емпіричною.

 

Контрольне питання. Емпірична формула вуглеводу СН2О. Знайдіть дійсну молекулярну формулу вуглеводу з молекулярною масою Mr = 180,6.

При стехіометричних розрахунках за хімічними рівняннями необхідно пам'ятати, що коефіцієнти в рівняннях реакцій вказують як на співвідношення числа частинок, що беруть участь в реакції, так і на співвідношення чисел моль речовини (а для газів - і на співвідношення їх об'ємів).

Для довільної реакції

aA + bB + ... = cC + dD + ... можна написати, наприклад, такі стехіометричні співвідношення:

n( A)   a      n( A)   a    n( B) b

і так далі (3.6)

n( B)   b      n(C)   c    n( D) d

де a, b, c, d - стехіометричні коефіцієнти в рівнянні реакції. Число моль n можна знайти за рівняннями (3.1) - (3.3). Якщо речовини задані масами, то за рівнянням (3.1):

,    m(A)       /пч m(B) n(A) =   v J ,   n(B) =   v J ,

 

Підставивши в рівняння (3.6), отримаємо:

m( A) M (B) = a M (A) m( B) = b

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 


Похожие статьи

В В Приседський, В М Виноградов, О І Волкова - Курс загальної хімії у прикладах