Uvod u opću kemiju. Pitanja za samokontrolu u 1000 g vode
Relativne mase atoma i molekula određuju se pomoću D.I. Mendeljejevljeve vrijednosti atomskih masa. Istodobno, pri izvođenju proračuna u obrazovne svrhe, vrijednosti atomskih masa elemenata obično se zaokružuju na cijele brojeve (s izuzetkom klora, čija se atomska masa pretpostavlja 35,5).
Primjer 1. Relativna atomska masa kalcija And r (Ca) = 40; relativna atomska masa platine A r (Pt) = 195.
Relativna masa molekule izračunava se kao zbroj relativnih atomskih masa atoma koji čine danu molekulu, uzimajući u obzir količinu njihove tvari.
Primjer 2. Relativni molekulska masa sumporne kiseline:
M r (H 2 SO 4) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2 · 1 + 32 + 4· 16 = 98.
Vrijednosti apsolutnih masa atoma i molekula nalaze se dijeljenjem mase 1 mola tvari s Avogadrovim brojem.
Primjer 3. Odredite masu jednog atoma kalcija.
Riješenje. Atomska masa kalcija je Ar (Ca) = 40 g/mol. Masa jednog atoma kalcija bit će jednaka:
m (Ca) = A r (Ca): N A = 40: 6,02 · 10 23 = 6,64· 10 -23 g.
Primjer 4. Odredite masu jedne molekule sumporne kiseline.
Riješenje. Molarna masa sumporne kiseline je M r (H 2 SO 4) = 98. Masa jedne molekule m (H 2 SO 4) je:
m (H2SO4) = Mr (H2SO4): NA = 98: 6,02 · 10 23 = 16,28· 10 -23 g.
2.10.2. Proračun količine tvari i izračun broja atomskih i molekularnih čestica iz poznatih vrijednosti mase i volumena
Količina tvari određuje se dijeljenjem njezine mase, izražene u gramima, s njezinom atomskom (molarnom) masom. Količina tvari u plinovitom stanju u normalnim uvjetima nalazi se tako da se njezin volumen podijeli s volumenom 1 mol plina (22,4 litre).
Primjer 5. Odrediti količinu natrija n (Na) u 57,5 g metalnog natrija.
Riješenje. Relativna atomska masa natrija je Ar (Na) = 23. Količinu tvari nalazimo dijeljenjem mase metalnog natrija s njegovom atomskom masom:
n (Na) = 57,5: 23 = 2,5 mol.
Primjer 6. Odredite količinu dušične tvari, ako je njezin volumen u normalnim uvjetima. je 5,6 litara.
Riješenje. Količina dušične tvari n (N 2) nalazimo dijeljenjem njegovog volumena s volumenom 1 mol plina (22,4 l):
n (N2) = 5,6: 22,4 = 0,25 mol.
Broj atoma i molekula u tvari određuje se množenjem količine tvari atoma i molekula s Avogadrovim brojem.
Primjer 7. Odredite broj molekula sadržanih u 1 kg vode.
Riješenje. Količinu vodene tvari nalazimo tako da njezinu masu (1000 g) podijelimo s njezinom molarnom masom (18 g/mol):
n (H20) = 1000: 18 = 55,5 mol.
Broj molekula u 1000 g vode bit će:
N (H20) = 55,5 · 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .
Primjer 8. Odredite broj atoma sadržanih u 1 litri (NU) kisika.
Riješenje. Količina kisika, čiji je volumen u normalnim uvjetima 1 litra jednaka:
n (O2) = 1: 22,4 = 4,46 · 10 -2 mol.
Broj molekula kisika u 1 litri (n.u.) bit će:
N (02) = 4,46 · 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .
Treba napomenuti da je 26.9 · U normalnim uvjetima u 1 litri bilo kojeg plina nalazit će se 10 22 molekule. Budući da je molekula kisika dvoatomna, broj atoma kisika u 1 litri bit će 2 puta veći, t.j. 5.38 · 10 22 .
2.10.3. Proračun prosječne molarne mase mješavine plinova i volumnog udjela
plinove koje sadrži
Prosječna molarna masa mješavine plinova izračunava se na temelju molarne mase plinova koji čine ovu smjesu i njihovih volumnih udjela.
Primjer 9. Uz pretpostavku da je sadržaj (u volumnim postocima) dušika, kisika i argona u zraku 78, 21 i 1, izračunajte prosječnu molarnu masu zraka.
Riješenje.
M zrak = 0,78 · M r (N 2) +0,21 · Mr (O2) +0,01 · Mr (Ar) = 0,78 · 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96
Ili oko 29 g/mol.
Primjer 10. Smjesa plina sadrži 12 l NH 3, 5 l N 2 i 3 l H 2 mjereno u normalnim uvjetima. Izračunajte volumni udio plinova u ovoj smjesi i njezinu prosječnu molarnu masu.
Riješenje. Ukupni volumen mješavine plinova je V = 12 + 5 + 3 = 20 litara. Volumenski udjeli j plinova bit će jednaki:
φ (NH3) = 12: 20 = 0,6; φ (N 2) = 5: 20 = 0,25; φ (H 2) = 3: 20 = 0,15.
Prosječna molarna masa izračunava se na temelju volumnih udjela plinova koji čine ovu smjesu i njihove molekularne mase:
M = 0,6 · M (NH3) +0,25 · M (N2) +0,15 · M (H2) = 0,6 · 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.
2.10.4. Proračun masenog udjela kemijskog elementa u kemijskom spoju
Maseni udio ω kemijskog elementa definiran je kao omjer mase atoma danog elementa X sadržanog u danoj masi tvari prema masi te tvari m. Maseni udio je bezdimenzionalna veličina. Izražava se u dijelovima jedan:
ω (X) = m (X) / m (0<ω< 1);
ili postotak
ω (X),% = 100 m (X) / m (0%<ω<100%),
gdje je ω (X) maseni udio kemijskog elementa X; m (X) je masa kemijskog elementa X; m je masa tvari.
Primjer 11. Izračunajte maseni udio mangana u manganovom oksidu (VII).
Riješenje. Molarne mase tvari su: M (Mn) = 55 g / mol, M (O) = 16 g / mol, M (Mn 2 O 7) = 2M (Mn) + 7M (O) = 222 g / mol . Dakle, masa Mn 2 O 7 s količinom tvari 1 mol je:
m (Mn 2 O 7) = M (Mn 2 O 7) · n (Mn 2 O 7) = 222 · 1 = 222 g.
Iz formule Mn 2 O 7 proizlazi da je količina tvari atoma mangana dvostruko veća od količine tvari mangan (VII) oksida. Sredstva,
n (Mn) = 2n (Mn 2 O 7) = 2 mola,
m (Mn) = n (Mn) · M (Mn) = 2 · 55 = 110 g.
Dakle, maseni udio mangana u mangan (VII) oksidu jednak je:
ω (X) = m (Mn): m (Mn 2 O 7) = 110: 222 = 0,495 ili 49,5%.
2.10.5. Utvrđivanje formule kemijskog spoja prema njegovom elementarnom sastavu
Najjednostavnija kemijska formula neke tvari određuje se na temelju poznatih vrijednosti masenih udjela elemenata koji čine ovu tvar.
Pretpostavimo da postoji uzorak tvari Na x P y O z mase mo g. Razmotrimo kako se određuje njezina kemijska formula ako su količine tvari atoma elemenata, njihove mase ili maseni udjeli u poznatoj masi od tvar je poznata. Formula tvari određena je omjerom:
x: y: z = N (Na): N (P): N (O).
Ovaj se omjer ne mijenja ako se svaki njegov član podijeli s Avogadrovim brojem:
x: y: z = N (Na) / N A: N (P) / N A: N (O) / N A = ν (Na): ν (P): ν (O).
Dakle, da bismo pronašli formulu tvari, potrebno je znati omjer između količina tvari atoma u istoj masi tvari:
x: y: z = m (Na) / M r (Na): m (P) / M r (P): m (O) / M r (O).
Ako svaki član posljednje jednadžbe podijelimo s masom uzorka m o, tada ćemo dobiti izraz koji nam omogućuje da odredimo sastav tvari:
x: y: z = ω (Na) / M r (Na): ω (P) / M r (P): ω (O) / M r (O).
Primjer 12. Tvar sadrži 85,71 mase. % ugljika i 14,29 mas. % vodik. Njegova molarna masa je 28 g/mol. Odredite najjednostavniju i istinitu kemijsku formulu ove tvari.
Riješenje. Omjer između broja atoma u molekuli C x H y određen je dijeljenjem masenih udjela svakog elementa s njegovom atomskom masom:
x: y = 85,71 / 12: 14,29 / 1 = 7,14: 14,29 = 1: 2.
Dakle, najjednostavnija formula za tvar je CH2. Najjednostavnija formula neke tvari ne podudara se uvijek s njenom pravom formulom. U ovom slučaju, formula CH 2 ne odgovara valenciji atoma vodika. Da biste pronašli pravu kemijsku formulu, morate znati molarnu masu dane tvari. U ovom primjeru molarna masa tvari je 28 g/mol. Dijeljenjem 28 s 14 (zbroj atomskih masa koji odgovara jedinici formule CH 2), dobivamo pravi omjer između broja atoma u molekuli:
Dobivamo pravu formulu tvari: C 2 H 4 - etilen.
Umjesto molarne mase za plinovite tvari i pare, opis problema može naznačiti gustoću za bilo koji plin ili zrak.
U slučaju koji se razmatra, gustoća zraka plina je 0,9655. Na temelju ove vrijednosti može se pronaći molarna masa plina:
M = M zrak · D zrak = 29 · 0,9655 = 28.
U ovom izrazu, M je molarna masa plina C x H y, M zraka je prosječna molarna masa zraka, D zraka je gustoća plina C x H y u zraku. Rezultirajuća molarna masa koristi se za određivanje prave formule tvari.
Izjava o problemu možda ne ukazuje na maseni udio jednog od elemenata. Nalazi se tako da se od jednog (100%) oduzmu maseni udjeli svih ostalih elemenata.
Primjer 13. Organski spoj sadrži 38,71 mas. % ugljika, 51,61 mas. % kisika i 9,68 mas. % vodik. Odredite pravu formulu ove tvari ako je njezina parna gustoća za kisik 1,9375.
Riješenje. Izračunavamo omjer između broja atoma u molekuli C x H y O z:
x: y: z = 38,71 / 12: 9,68 / 1: 51,61 / 16 = 3,226: 9,68: 3,226 = 1: 3: 1.
Molarna masa M tvari jednaka je:
M = M (O 2) · D (O 2) = 32 · 1,9375 = 62.
Najjednostavnija formula tvari je CH 3 O. Zbroj atomskih masa za ovu formulu bit će 12 + 3 + 16 = 31. Podijelimo 62 s 31 i dobijemo pravi omjer između broja atoma u molekuli:
x: y: z = 2: 6: 2.
Dakle, prava formula tvari je C 2 H 6 O 2. Ova formula odgovara sastavu dihidričnog alkohola - etilen glikola: CH 2 (OH) -CH 2 (OH).
2.10.6. Određivanje molarne mase tvari
Molarna masa tvari može se odrediti na temelju gustoće njezine pare u plinu s poznatom vrijednošću molarne mase.
Primjer 14. Gustoća pare nekog organskog spoja za kisik je 1,8125. Odredite molarnu masu ovog spoja.
Riješenje. Molarna masa nepoznate tvari M x jednaka je umnošku relativne gustoće ove tvari D s molarnom masom tvari M, prema kojoj se određuje vrijednost relativne gustoće:
M x = D · M = 1,8125 · 32 = 58,0.
Tvari s pronađenom vrijednošću molarne mase mogu biti aceton, propionski aldehid i alilni alkohol.
Molarna masa plina može se izračunati koristeći standardni molarni volumen.
Primjer 15. Masa 5,6 litara plina u standardu. iznosi 5,046 g. Izračunajte molarnu masu tog plina.
Riješenje. Molarni volumen plina u normalnim uvjetima je 22,4 litre. Stoga je molarna masa ciljanog plina
M = 5,046 · 22,4/5,6 = 20,18.
Traženi plin je neon Ne.
Clapeyron – Mendeleev jednadžba koristi se za izračunavanje molarne mase plina čiji je volumen zadan pod uvjetima koji nisu normalni.
Primjer 16. Pri temperaturi od 40 o C i tlaku od 200 kPa masa 3,0 litre plina je 6,0 g. Odredite molarnu masu tog plina.
Riješenje. Zamjenom poznatih vrijednosti u Clapeyron – Mendelejevovu jednadžbu dobivamo:
M = mRT / PV = 6,0 · 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.
Plin o kojem je riječ je acetilen C 2 H 2 .
Primjer 17. Izgaranjem 5,6 l (NU) ugljikovodika dobiveno je 44,0 g ugljičnog dioksida i 22,5 g vode. Relativna gustoća kisika ugljikovodika je 1,8125. Odredi pravu kemijsku formulu ugljikovodika.
Riješenje. Reakcijska jednadžba za izgaranje ugljikovodika može se predstaviti na sljedeći način:
C x H y + 0,5 (2x + 0,5y) O 2 = x CO 2 + 0,5y H 2 O.
Količina ugljikovodika je 5,6: 22,4 = 0,25 mol. Kao rezultat reakcije nastaje 1 mol ugljičnog dioksida i 1,25 mola vode, koja sadrži 2,5 mola atoma vodika. Kada se ugljikovodik izgori s količinom od 1 mol, dobije se 4 mola ugljičnog dioksida i 5 mola vode. Dakle, 1 mol ugljikovodika sadrži 4 mola ugljikovih atoma i 10 mola atoma vodika, t.j. kemijska formula ugljikovodika C 4 H 10. Molarna masa ovog ugljikovodika je M = 4 · 12 + 10 = 58. Njegova relativna gustoća za kisik D = 58: 32 = 1,8125 odgovara vrijednosti navedenoj u navodu problema, što potvrđuje točnost pronađene kemijske formule.
Preopterećenje 427.
Izračunajte molarne udjele alkohola i vode u 96% (težinski) otopini etilnog alkohola.
Riješenje:
Molni udio(N i) - omjer količine otopljene tvari (ili otapala) i zbroja količina svih
tvari u otopini. U sustavu koji se sastoji od alkohola i vode, molski udio vode (N 1) je
I molni udio alkohola 
, gdje je n 1 količina alkohola; n 2 je količina vode.
Izračunavamo masu alkohola i vode sadržane u 1 litri otopine, pod uvjetom da su njihove gustoće jednake jednoj iz omjera:
a) masa alkohola:
b) masa vode:
Količinu tvari nalazimo formulom:, gdje su m (B) i M (B) masa i količina tvari.
Sada izračunajmo molne udjele tvari:
Odgovor: 0,904; 0,096.
Zadatak 428.
666 g KOH otopljeno je u 1 kg vode; gustoća otopine je 1,395 g / ml. Nađi: a) maseni udio KOH; b) molarnost; c) molalnost; d) molni udjeli lužine i vode.
Riješenje:
a) Maseni udio- postotak mase otopljene tvari u ukupnoj masi otopine određuje se formulom:
gdje
m (otopina) = m (H2O) + m (KOH) = 1000 + 666 = 1666
b) Molarna (volumensko-molarna) koncentracija pokazuje broj molova otopljene tvari sadržane u 1 litri otopine.
Nađimo masu KOH na 100 ml otopine prema formuli: formula: m = str V, gdje je p gustoća otopine, V je volumen otopine.
m (KOH) = 1,395 . 1000 = 1395 g.
Sada izračunajmo molarnost otopine:
Pronalazimo koliko grama HNO 3 ima u 1000 g vode, što čini omjer:
d) Molni udio (N i) - omjer količine otopljene tvari (ili otapala) prema zbroju količina svih tvari u otopini. U sustavu koji se sastoji od alkohola i vode, molski udio vode (N 1) jednak je molskom udjelu alkohola, gdje je n 1 količina lužine; n 2 je količina vode.
100 g ove otopine sadrži 40 g KOH 60 g H2O.
Odgovor: a) 40%; b) 9,95 mol/l; c) 11,88 mol/kg; d) 0,176; 0,824.
Zadatak 429.
Gustoća 15% (težinski) otopine H 2 SO 4 je 1,105 g/ml. Izračunajte: a) normalnost; b) molarnost; c) molalnost otopine.
Riješenje:
Nađimo masu otopine po formuli: m = str V gdje str je gustoća otopine, V je volumen otopine.
m (H2S04) = 1,105 . 1000 = 1105 g.
Masu H 2 SO 4 sadržanu u 1000 ml otopine nalazimo iz omjera:
Odredite molarnu masu ekvivalenta H 2 SO 4 iz omjera:
M E (B) je molarna masa kiselinskog ekvivalenta, g/mol; M (B) je molarna masa kiseline; Z (B) - ekvivalentni broj; Z (kiselina) je jednak broju H + iona u H 2 SO 4 → 2.
a) Molarna ekvivalentna koncentracija (ili normalnost) pokazuje broj ekvivalenata otopljene tvari sadržane u 1 litri otopine.
b) Molarna koncentracija
Sada izračunajmo molalitet otopine:
c) Molarna koncentracija (ili molalnost) pokazuje broj molova otopljene tvari sadržane u 1000 g otapala.
Nalazimo koliko grama H 2 SO 4 sadrži 1000 g vode, što čini udio:
Sada izračunajmo molalitet otopine:
Odgovor: a) 3,38n; b) 1,69 mol/l; 1,80 mol/kg.
Zadatak 430.
Gustoća 9% (težinski) otopine saharoze C 12 H 22 O 11 je 1,035 g/ml. Izračunajte: a) koncentraciju saharoze u g / l; b) molarnost; c) molalnost otopine.
Riješenje:
M (C12H22O11) = 342 g/mol. Nađimo masu otopine po formuli: m = p V, gdje je p gustoća otopine, V volumen otopine.
m (C12H22011) = 1,035. 1000 = 1035 g.
a) Masa C 12 H 22 O 11 sadržana u otopini izračunava se po formuli:
gdje
- maseni udio otopljene tvari; m (in-va) - masa otopljene tvari; m (otopina) je masa otopine.
Koncentracija tvari u g / l pokazuje broj grama (jedinica mase) sadržanih u 1 litri otopine. Stoga je koncentracija saharoze 93,15 g / l.
b) Molarna (volumensko-molarna) koncentracija (CM) pokazuje broj molova otopljene tvari sadržane u 1 litri otopine.
v) Molarna koncentracija(ili molalitet) označava broj molova otopljene tvari sadržane u 1000 g otapala.
Pronalazimo koliko grama C 12 H 22 O 11 sadrži 1000 g vode, što čini udio:
Sada izračunajmo molalitet otopine:
Odgovor: a) 93,15 g/l; b) 0,27 mol/l; c) 0,29 mol/kg.
Što su otopine i koje karakteristike kemijskih spojeva i mehaničkih smjesa posjeduju?
O čemu ovisi toplinski učinak otapanja?
Što je topljivost i o čemu ovisi?
Kolika je koncentracija otopine? Dajte definiciju postotka, molarne, molarne koncentracije ekvivalentne i molarne koncentracije, kao i molarne frakcije.
Dajte definiciju Raoultovog zakona.
Koje su posljedice Raoultovog zakona?
Što su krioskopske i ebulioskopske konstante otapala?
Književnost.
Korovin N.V. Opća kemija .- M .: Viša. shk., 2002. Pogl. 8, § 8.1.
Glinka N.L. Opća kemija.- M .: Integral-Press, 2002, Ch. 7,
1.6. Primjeri rješavanja problema
Primjer 1... Kada je 10 g kalijevog nitrata (KNO 3) otopljeno u 240 g vode, temperatura otopine pala je za 3,4 stupnja. Odredite toplinu otapanja soli. Specifična toplina (s otkucaja) otopine je 4,18 J/g. DO.
Riješenje:
1. Pronađite masu dobivene otopine (m):
m = 10 + 240 = 250 (g).
2. Odredite količinu topline koju apsorbira otopina:
Q = m. sud. T
Q = 250. 4.18. (-3,4) = - 3556,4 J = - 3,56 kJ.
3.Izračunajte količinu apsorbirane topline tijekom otapanja jednog mola KNO 3, t.j. njegova toplina otapanja (molarna masa KNO 3 je 101 g/mol):
otapanjem 10 g soli apsorbira se 3,56 kJ
kada se otopi 101 g soli --------- x,
x = = 35,96 kJ
Odgovor: toplina otapanja KNO 3 je 35,96 kJ / mol.
Riješenje:
1. Nađite težinsku količinu sumporne kiseline sadržanu u 1 litri 17,5% otopine:
a) nalazimo masu litre (1000 ml) otopine:
m = . V = 1,12 . 1000 = 1120 g;
b) nalazimo masenu količinu sumporne kiseline:
100 g otopine sadrži 17,5 g H2SO4;
u 1120 g otopine - x,
2. Pronađite titar otopine; to zahtijeva težinsku količinu kiseline sadržanu u poznatom volumenu otopine, podijeljenu s volumenom otopine, izraženu u mililitrima:
T = = 0,196 g/ml.
3. Pronađite molarnu koncentraciju otopine; za to je potrebna težinska količina kiseline sadržana u 1 litri otopine, podijeljena s molarnom masom (MH 2 SO 4), 98 g/mol:
2 mol/l.
4. Pronađite molarnu koncentraciju ekvivalenta otopine; za to je potrebna težinska količina kiseline sadržana u 1 litri otopine (196 g), podijeljena s ekvivalentnom težinom (EH 2 SO 4).
Ekvivalentna masa H 2 SO 4 jednaka je njegovoj molarnoj masi podijeljenoj s brojem atoma vodika:
Dakle, C eq = = 4 mol eq / l.
Molarna koncentracija ekvivalenta također se može izračunati pomoću formule
.
5.Izračunajte molalitet otopine; za to je potrebno pronaći broj molova kiseline sadržan u 1000 g otapala (vode).
Iz prethodnih proračuna (vidi stavak 3) poznato je da 1120 g (1 L) otopine sadrži 196 g ili 2 mola H 2 SO 4 , dakle, vode u takvoj otopini:
1120 - 196 = 924 g.
Izrađujemo omjer:
924 g vode čini 2 mola H2SO4
za 1000 g vode - x.
Uz m = x = = 2,16 mol / 1000 g vode.
Odgovor: T = 0,196 g/ml; = 2 mol/l; C eq = 4 mol eq/l;
S m = 2,16 mol / 1000 g vode.
Primjer 3. Koliko će mililitara 96%-tne otopine H 2 SO 4 ( = 1,84 g / cm 3) trebati za pripremu 1 litre njezine otopine s molarnom koncentracijom ekvivalentnom 0,5?
Riješenje.
1. Izračunajte težinsku količinu H 2 SO 4 potrebnu za pripremu 1 litre otopine molarne koncentracije ekvivalentne 0,5 (ekvivalent sumporne kiseline je 49 g):
1000 ml 0,5 N otopine sadrži 49. 0,5 = 24,5 g H2SO4.
2. Odredite težinsku količinu izvorne (96% n-te) otopine koja sadrži 24,5 g H 2 SO 4:
100 g otopine sadrži 96 g H2SO4,
u x g otopini - 24,5 g H2SO4.
x = = 25,52 g
3. Pronađite traženi volumen početne otopine dijeljenjem masene količine otopine s njenom gustoćom ():
V = = 13,87 ml.
Odgovor: za pripremu 1 litre otopine sumporne kiseline molarne koncentracije ekvivalentne 0,5 potrebno je 13,87 ml 96%-tne otopine H2SO4.
Primjer 4. Otopina pripremljena od 2 kg (m) etilnog alkohola i 8 kg (g) vode ulivena je u hladnjak automobila. Izračunajte ledište otopine. Krioskopska konstanta vode K k je 1,86.
Riješenje.
1. Nađite smanjenje ledišta otopine, koristeći korolar iz Raoultovog zakona:
t s = K do C m = K to.
Molarna masa C 2 H 5 OH je 46 g/mol, dakle,
T z = 1,86 = 10,1 o C.
2. Pronađite točku ledišta otopine:
T z = 0 - 10,1 = - 10,1 o C.
Odgovor: otopina se smrzava na temperaturi od -10,1 o C.