УДК: 550.47 (076.5)
Методические указания к изучению темы «Основные понятия и законы химии» (для студ. 1-го курса техн. спец. дневной и заочной форм обучения) / Сост.: Е. Ю. Рамазанова. – Алчевск: ДонГТУ, 2017. – 26 с.
В предлагаемом пособии подробно изложен материал по основным понятиям и законам химии. Приведены примеры расчетов атомных, молекулярных и молярных масс элементов и их эквивалентов. Даны примеры решения различных типов расчетных задач. Приведены примеры задач для самоконтроля.
Составитель: Е. Ю. Рамазанова ст. преп.
Содержание
1. Основные понятия химии........................................................................4
2. Основные законы химии........................................................................12
3. Образцы решения задач.........................................................................17
4. Задания для самоконтроля.....................................................................25
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫХИМИИ
Основные понятия – это термины, которыми данная наука оперирует наиболее часто, и которые отражают ее глубокую сущность.
К основным понятиям химии относятся:
1. Химический элемент
2. Атом
3. Молекула
4. Вещество
5. Количество вещества
6. Моль
7. Химический эквивалент
8. Относительная атомная масса
9. Относительная молекулярная масса
10. Молярная масса
11. Молярный объем
12. Молярная масса эквивалента
Внимание! Запоминая и воспроизводя понятия, считайте их (12). Это поможет Вам перечислить все понятия, ничего не пропустив. Обсуждая каждое понятие, обращайте внимание на его сущность, а также на символ, которым понятия записываются и на приводимые примеры. Продолжите ряд примеров.
1. Химический элемент – это вид атомов с определенным зарядом ядра.
Na О
11 ← заряд ядра → 8
химический химический
элемент элемент
Натрий Оксиген
Внимание! Заряд ядра атома соответствует его номеру в периодической системе (целое число).
2. Атом - наименьшая частица химического элемента, определяющая его химические свойства.
Na - атом элемента Натрия (атом Натрия)
Н – атом элемента Гидрогена (атом Гидрогена).
3. Молекула - наименьшая частица вещества, определяющая его химические свойства. Молекулы состоят из атомов. Размеры атомов и молекул измеряются нанометрами (нм) или ангстремами (А0).
1 нм = 1 · 10-9 м; 1А0 = 1 · 10-10 м
Составы молекул изображаются формулами: Br2 - молекула брома; H2O - молекула воды; H2SO4 – молекула сульфатной кислоты; CO2 – молекула Карбон(IV) оксида и т.д.
Формула свидетельствует о том, что в состав молекулы, например, сульфатной кислоты входят два атома Гидрогена, один Сульфура, четыре Оксигена.
Внимание! Молекулы не следует рассматривать только как совокупность атомов различных элементов. В процессе образования молекул атомы вступают друг с другом в химическую связь, претерпевая при этом значительные изменения. Молекула – это целостная частица вещества.
Химические свойства атомов и молекул могут быть продемонстрированы на примере одного атома или молекулы.
Zn + H2SO4 → Zn SO4 + H2
Физические свойства, такие как агрегатное состояние (газообразное, жидкое, твердое), плотность, температура плавления и кипения, теплопроводность, электропроводность и др. на примере одного атома или молекулы продемонстрировать невозможно. Для этого необходимо очень большое число атомов или молекул одного вида.
4. Вещество - это совокупность атомов или молекул одного вида, определяющая как химические так и физические свойства.
Формулы веществ соответствуют составу наименьшей структурной единицы, из которой состоит данное вещество.
Fe - атом Феррума – структурная единица вещества железо. Это значит, что металлическое железо состоит из атомов железа.
Сl2 - молекула хлора – структурная единица вещества хлор. Это значит, что газ хлор состоит из молекул Сl2
HNO3 - молекула нитратной кислоты – структурная единица вещества нитратная кислота. Это значит, что жидкое вещество нитратная кислота состоит из молекул HNO3
Простые вещества – это вещества, которые состоят из атомов или молекул одного элемента (Fe, Сl2 , О2, Nа и т.д.)
Сложные вещества или соединения состоят из молекул, в состав которых входят атомы различных элементов (HNO3, SO2, NH3 и т.д.)
5. Количество вещества (ν) – это отношение числа структурных единиц (атомов, молекул и т.д.), содержащихся в данной массе вещества к числу Авогадро.
ν = n / NA (1)
где n - число структурных единиц в данной массе вещества;
NA - число Авогадро
NA = 6,02 · 1023 атомов в 0,012 кг изотопа Карбон -12 (12С)
Количество вещества измеряется молями.
6. Моль - это такое количество вещества, в котором содержится число Авогадро структурных единиц данного вещества.
1 Моль (Н) моль атомов Гидрогена содержит 6,02 · 1023 атомов Гидрогена(Н).
1 Моль (Н2) – моль молекул Гидрогена содержит 6,02 · 1023 молекул Гидрогена (Н2).
1 Моль ( H2SO4) моль молекул сульфатной кислоты содержит
6,02 · 1023 молекул H2SO4
2 Моль (H2SO4) содержит 2 · 6,02 · 1023 молекул H2SO4
ν Моль (H2SO4) содержит ν ·6,02 · 1023 молекул H2SO4
как следует из формулы (1)
n = ν · NA (2)
где n - число структурных единиц в данной массе вещества;
ν – число моль вещества в данной его массе.
Задание: 1) Рассчитайте n для 5 Моль (СО2);
0,5 Моль (NaCl);
10 Моль (Na);
0,1 Моль (Н2О).
2) Рассчитайте ν для 1,806 · 1024 молекул (НCl);
2,408 · 1023 молекул (H2SO4);
1,204 · 1023 атомов (S).
7. Химический эквивалент (Э) - это такое количество вещества, которое взаимодействует без остатка с одним моль атомов Гидрогена, или вытесняет такое количество Гидрогена в ходе химической реакции.
С учетом того, что не все реакции протекают с участием Гидрогена, химический эквивалент – это такое количество вещества, которое реагирует с эквивалентом любого другого вещества (Э (стр. ед.), моль)
Один моль эквивалентов содержит столько эквивалентов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода изотопа 12.
Таким образом, эквиваленты выражаются в а.е.м. (атомная единица массы).
Расчет эквивалентов элементов
Э(элемента)= М(элемента) / Z
где M - моль| атомов элемента
Z – модуль степени| окисления элемента в соединении
а) Э(S) (H2S+6O4) = M(S)/Z = 1/6 M(S); Z =6
Эквивалент Сульфура в молекуле сульфатной кислоты равняется 1/6 моля атомов Сульфура.
б) Э(S) (H2S-2) = M(S)/Z = 1/2 M(S); Z =2
Эквивалент Сульфура в молекуле сероводорода равняется ½ моля атомов Сульфура.
Таким образом, элементы с переменной степенью окисления имеют несколько значений эквивалента.
Задание: Рассчитать эквиваленты элементов:
а) Нитрогена в соединениях: N-3H3, HN+5O3, N+12O;
б) Феррума в соединениях: Fe+32O3, H2Fe+6O4, Fe+2(OH)2