Uvod v splošno kemijo. Vprašanja za samokontrolo v 1000 g vode
Relativne mase atomov in molekul se določijo z D.I. Mendelejeve vrednosti atomskih mas. Hkrati se pri izračunih za izobraževalne namene vrednosti atomskih mas elementov običajno zaokrožijo na cela števila (z izjemo klora, katerega atomska masa je predpostavljena 35,5).
Primer 1. Relativna atomska masa kalcija And r (Ca) = 40; relativna atomska masa platine А r (Pt) = 195.
Relativna masa molekule se izračuna kot vsota relativnih atomskih mas atomov, ki sestavljajo dano molekulo, ob upoštevanju količine njihove snovi.
Primer 2. Relativno molska masažveplova kislina:
M r (H 2 SO 4) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2 · 1 + 32 + 4· 16 = 98.
Vrednosti absolutnih mas atomov in molekul najdemo tako, da maso 1 mola snovi delimo z Avogadrovim številom.
Primer 3. Določite maso enega atoma kalcija.
Rešitev. Atomska masa kalcija je Ar (Ca) = 40 g / mol. Masa enega atoma kalcija bo enaka:
m (Ca) = А r (Ca): N A = 40: 6,02 · 10 23 = 6,64· 10-23 g.
Primer 4. Določite maso ene molekule žveplove kisline.
Rešitev. Molarna masa žveplove kisline je M r (H 2 SO 4) = 98. Masa ene molekule m (H 2 SO 4) je:
m (H 2 SO 4) = M r (H 2 SO 4): N A = 98: 6,02 · 10 23 = 16,28· 10-23 g.
2.10.2. Izračun količine snovi in izračun števila atomskih in molekularnih delcev iz znanih vrednosti mase in prostornine
Količina snovi se določi tako, da se njena masa, izražena v gramih, deli z atomsko (molarno) maso. Količino snovi v plinastem stanju v normalnih pogojih najdemo tako, da njeno prostornino delimo s prostornino 1 mol plina (22,4 litra).
Primer 5. Določite količino natrija n (Na) v 57,5 g kovinskega natrija.
Rešitev. Relativna atomska masa natrija je Ar (Na) = 23. Količino snovi najdemo tako, da maso kovinskega natrija delimo z njegovo atomsko maso:
n (Na) = 57,5: 23 = 2,5 mol.
Primer 6. Določite količino dušikove snovi, če je njen volumen pri normalnih pogojih. je 5,6 litra.
Rešitev. Količina dušikove snovi n (N 2) ugotovimo, če njegovo prostornino delimo s prostornino 1 mol plina (22,4 l):
n (N 2) = 5,6: 22,4 = 0,25 mol.
Število atomov in molekul v snovi se določi tako, da se količina snovi atomov in molekul pomnoži z Avogadrovim številom.
Primer 7. Določite število molekul, ki jih vsebuje 1 kg vode.
Rešitev. Količino vode najdemo tako, da njeno maso (1000 g) delimo z njeno molsko maso (18 g / mol):
n (H2O) = 1000: 18 = 55,5 mol.
Število molekul v 1000 g vode bo:
N (H20) = 55,5 · 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .
Primer 8. Določite število atomov v 1 litru (NU) kisika.
Rešitev. Količina kisikove snovi, katere prostornina je v normalnih pogojih 1 liter, je enaka:
n (O2) = 1: 22,4 = 4,46 · 10 -2 mol.
Število molekul kisika v 1 litru (n.u.) bo:
N (O2) = 4,46 · 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .
Treba je opozoriti, da je 26.9 · V 1 litru katerega koli plina bo pod normalnimi pogoji vsebovalo 10 22 molekul. Ker je molekula kisika dvoatomska, bo število kisikovih atomov v 1 litru 2-krat več, t.j. 5.38 · 10 22 .
2.10.3. Izračun povprečne molske mase plinske mešanice in prostorninskega deleža
plinov, ki jih vsebuje
Povprečna molska masa plinske zmesi se izračuna na podlagi molskih mas plinov, ki sestavljajo to mešanico, in njihovih prostorninskih deležev.
Primer 9. Ob predpostavki, da je vsebnost (v prostorninskih odstotkih) dušika, kisika in argona v zraku 78, 21 oziroma 1, izračunajte povprečno molsko maso zraka.
Rešitev.
M zrak = 0,78 · M r (N 2) +0,21 · M r (O 2) +0,01 · M r (Ar) = 0,78 · 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96
Ali približno 29 g / mol.
Primer 10. Mešanica plinov vsebuje 12 l NH 3, 5 l N 2 in 3 l H 2 merjeno pri normalnih pogojih. Izračunajte prostorninski delež plinov v tej mešanici in njeno povprečno molsko maso.
Rešitev. Skupna prostornina mešanice plinov je V = 12 + 5 + 3 = 20 litrov. Volumenski deleži j plinov bodo enaki:
φ (NH3) = 12: 20 = 0,6; φ (N 2) = 5: 20 = 0,25; φ (H 2) = 3: 20 = 0,15.
Povprečna molska masa se izračuna na podlagi volumskih deležev plinov, ki sestavljajo to zmes, in njihove molekulske mase:
M = 0,6 · M (NH3) +0,25 · M (N 2) +0,15 · M (H2) = 0,6 · 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.
2.10.4. Izračun masnega deleža kemičnega elementa v kemični spojini
Masni delež ω kemičnega elementa je opredeljen kot razmerje med maso atoma danega elementa X, ki ga vsebuje dana masa snovi, in maso te snovi m. Masni delež je brezdimenzionalna količina. Izražen je v ulomkih ena:
ω (X) = m (X) / m (0<ω< 1);
ali odstotek
ω (X), % = 100 m (X) / m (0 %<ω<100%),
kjer je ω (X) masni delež kemičnega elementa X; m (X) je masa kemičnega elementa X; m je masa snovi.
Primer 11. Izračunajte masni delež mangana v manganovem oksidu (VII).
Rešitev. Molske mase snovi so: M (Mn) = 55 g / mol, M (O) = 16 g / mol, M (Mn 2 O 7) = 2M (Mn) + 7M (O) = 222 g / mol . Torej je masa Mn 2 O 7 s količino snovi 1 mol:
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 izhaja, da je količina snovi atomov mangana dvakrat večja od količine snovi manganovega (VII) oksida. pomeni,
n (Mn) = 2n (Mn 2 O 7) = 2 mola,
m (Mn) = n (Mn) · M (Mn) = 2 · 55 = 110 g.
Tako je masni delež mangana v manganovem (VII) oksidu enak:
ω (X) = m (Mn): m (Mn 2 O 7) = 110: 222 = 0,495 ali 49,5 %.
2.10.5. Vzpostavitev formule kemične spojine po njeni elementarni sestavi
Najenostavnejša kemična formula snovi se določi na podlagi znanih vrednosti masnih deležev elementov, ki sestavljajo to snov.
Recimo, da obstaja vzorec snovi Na x P y O z z maso mo g. Poglejmo, kako je določena njena kemijska formula, če so količine snovi atomov elementov, njihove mase ali masni deleži v znani masi snov je znana. Formula snovi je določena z razmerjem:
x: y: z = N (Na): N (P): N (O).
To razmerje se ne spremeni, če vsakega od njegovih članov delimo z Avogadrovim številom:
x: y: z = N (Na) / N A: N (P) / N A: N (O) / N A = ν (Na): ν (P): ν (O).
Torej, da bi našli formulo snovi, je treba poznati razmerje med količinami snovi atomov v isti masi snovi:
x: y: z = m (Na) / M r (Na): m (P) / M r (P): m (O) / M r (O).
Če vsak člen zadnje enačbe delimo z maso vzorca m o, dobimo izraz, ki nam omogoča določitev sestave snovi:
x: y: z = ω (Na) / M r (Na): ω (P) / M r (P): ω (O) / M r (O).
Primer 12. Snov vsebuje 85,71 mas. % ogljika in 14,29 mas. % vodika. Njegova molska masa je 28 g / mol. Določite najpreprostejše in prave kemične formule te snovi.
Rešitev. Razmerje med številom atomov v molekuli C x H y se določi tako, da se masni delež vsakega elementa deli z njegovo atomsko maso:
x: y = 85,71 / 12: 14,29 / 1 = 7,14: 14,29 = 1: 2.
Tako je najpreprostejša formula za snov CH 2. Najenostavnejša formula snovi ne sovpada vedno z njeno pravo formulo. V tem primeru formula CH 2 ne ustreza valenci atoma vodika. Če želite najti pravo kemično formulo, morate poznati molsko maso določene snovi. V tem primeru je molska masa snovi 28 g / mol. Če delimo 28 s 14 (vsota atomskih mas, ki ustreza enoti formule CH 2), dobimo pravo razmerje med številom atomov v molekuli:
Dobimo pravo formulo snovi: C 2 H 4 - etilen.
Namesto molske mase za plinaste snovi in hlape lahko izjava problema navaja gostoto katerega koli plina ali zraka.
V obravnavanem primeru je zračna gostota plina 0,9655. Na podlagi te vrednosti je mogoče najti molsko maso plina:
M = M zrak · D zrak = 29 · 0,9655 = 28.
V tem izrazu je M molska masa plina C x H y, M zraka je povprečna molska masa zraka, D zrak je gostota plina C x H y v zraku. Nastala molska masa se uporablja za določitev prave formule snovi.
Izjava o problemu morda ne navaja masnega deleža enega od elementov. Najdemo ga tako, da od enega (100%) odštejemo masne deleže vseh ostalih elementov.
Primer 13. Organska spojina vsebuje 38,71 mas. % ogljika, 51,61 mas. % kisika in 9,68 mas. % vodika. Določite pravo formulo te snovi, če je njena parna gostota za kisik 1,9375.
Rešitev. Izračunamo razmerje med številom atomov v 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 snovi je enaka:
M = M (O 2) · D (O 2) = 32 · 1,9375 = 62.
Najenostavnejša formula snovi je CH 3 O. Vsota atomskih mas za to formulo bo 12 + 3 + 16 = 31. 62 delimo z 31 in dobimo pravo razmerje med številom atomov v molekuli:
x: y: z = 2: 6: 2.
Tako je prava formula snovi C 2 H 6 O 2. Ta formula ustreza sestavi dihidričnega alkohola - etilen glikola: CH 2 (OH) -CH 2 (OH).
2.10.6. Določanje molske mase snovi
Molarno maso snovi lahko določimo na podlagi gostote njene pare v plinu z znano vrednostjo molske mase.
Primer 14. Gostota hlapov neke organske spojine za kisik je 1,8125. Določite molsko maso te spojine.
Rešitev. Molarna masa neznane snovi M x je enaka zmnožku relativne gostote te snovi D z molsko maso snovi M, po kateri se določi vrednost relativne gostote:
M x = D · M = 1,8125 · 32 = 58,0.
Snovi z ugotovljeno vrednostjo molske mase so lahko aceton, propionski aldehid in alil alkohol.
Molarno maso plina lahko izračunamo s standardnim molskim volumnom.
Primer 15. Masa 5,6 litra plina pri standardu. je 5,046 g. Izračunajte molsko maso tega plina.
Rešitev. Molarna prostornina plina pri normalnih pogojih je 22,4 litra. Zato je molska masa ciljnega plina
M = 5,046 · 22,4/5,6 = 20,18.
Iskani plin je neon Ne.
Clapeyron – Mendeleevova enačba se uporablja za izračun molske mase plina, katerega prostornina je podana pod pogoji, ki niso normalni.
Primer 16. Pri temperaturi 40 o C in tlaku 200 kPa je masa 3,0 litra plina 6,0 g. Določite molsko maso tega plina.
Rešitev.Če zamenjamo znane vrednosti v enačbo Clapeyron – Mendeleev, dobimo:
M = mRT / PV = 6,0 · 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.
Zadevni plin je acetilen C 2 H 2 .
Primer 17. Pri zgorevanju 5,6 l (NU) ogljikovodika smo dobili 44,0 g ogljikovega dioksida in 22,5 g vode. Relativna gostota kisika ogljikovodika je 1,8125. Določite pravo kemijsko formulo ogljikovodika.
Rešitev. Reakcijsko enačbo za zgorevanje ogljikovodika lahko predstavimo na naslednji način:
C x H y + 0,5 (2x + 0,5y) O 2 = x CO 2 + 0,5 y H 2 O.
Količina ogljikovodika je 5,6: 22,4 = 0,25 mol. Kot rezultat reakcije nastane 1 mol ogljikovega dioksida in 1,25 mola vode, ki vsebuje 2,5 mola vodikovih atomov. Ko zgorimo ogljikovodik s količino 1 mol, dobimo 4 mole ogljikovega dioksida in 5 molov vode. Tako 1 mol ogljikovodika vsebuje 4 mole ogljikovih atomov in 10 molov vodikovih atomov, t.j. kemična formula ogljikovodika C 4 H 10. Molarna masa tega ogljikovodika je M = 4 · 12 + 10 = 58. Njegova relativna gostota za kisik D = 58: 32 = 1,8125 ustreza vrednosti, navedeni v izjavi problema, ki potrjuje pravilnost najdene kemijske formule.
Preobremenitev 427.
Izračunajte molske deleže alkohola in vode v 96-odstotni (težni) raztopini etilnega alkohola.
rešitev:
Molna frakcija(N i) - razmerje med količino topljenca (ali topila) in vsoto količin vseh
snovi v raztopini. V sistemu, sestavljenem iz alkohola in vode, je molski delež vode (N 1).
In molski delež alkohola 
, kjer je n 1 količina alkohola; n 2 je količina vode.
Izračunamo maso alkohola in vode v 1 litru raztopine, pod pogojem, da je njihova gostota enaka eni iz razmerij:
a) masa alkohola:
b) masa vode:
Količino snovi najdemo po formuli:, kjer sta m (B) in M (B) masa in količina snovi.
Zdaj pa izračunajmo molske deleže snovi:
Odgovori: 0,904; 0,096.
Naloga 428.
666 g KOH raztopimo v 1 kg vode; gostota raztopine je 1,395 g / ml. Poiščite: a) masni delež KOH; b) molarnost; c) molalnost; d) molske frakcije alkalij in vode.
rešitev:
a) Masni delež- odstotek mase topljenca v skupni masi raztopine se določi s formulo:
kje
m (raztopina) = m (H2O) + m (KOH) = 1000 + 666 = 1666
b) Molarna (volumensko-molarna) koncentracija kaže število molov topljenca v 1 litru raztopine.
Najdemo maso KOH na 100 ml raztopine po formuli: m = str V, kjer je p gostota raztopine, V prostornina raztopine.
m (KOH) = 1,395 . 1000 = 1395 g.
Zdaj pa izračunajmo molarnost raztopine:
Ugotovimo, koliko gramov HNO 3 je v 1000 g vode, ki sestavljajo delež:
d) Molski delež (N i) - razmerje med količino raztopljene snovi (ali topila) in vsoto količin vseh snovi v raztopini. V sistemu, sestavljenem iz alkohola in vode, je molski delež vode (N 1) enak molskemu deležu alkohola, kjer je n 1 količina alkalije; n 2 je količina vode.
100 g te raztopine vsebuje 40 g KOH 60 g H2O.
Odgovori: a) 40 %; b) 9,95 mol/l; c) 11,88 mol/kg; d) 0,176; 0,824.
Naloga 429.
Gostota 15-odstotne (težne) raztopine H 2 SO 4 je 1,105 g / ml. Izračunaj: a) normalnost; b) molarnost; c) molalnost raztopine.
rešitev:
Poiščimo maso raztopine po formuli: m = str V kje str je gostota raztopine, V je prostornina raztopine.
m (H2S04) = 1,105 . 1000 = 1105 g.
Maso H 2 SO 4 v 1000 ml raztopine najdemo iz razmerja:
Določite molsko maso ekvivalenta H 2 SO 4 iz razmerja:
M E (B) molska masa kislinskega ekvivalenta, g/mol; M (B) molska masa kisline; Z (B) - enakovredno število; Z (kislina) je enako številu ionov H + v H 2 SO 4 → 2.
a) Molarna ekvivalentna koncentracija (ali normalnost) kaže število ekvivalentov topljenca v 1 litru raztopine.
b) Molarna koncentracija
Zdaj pa izračunajmo molalnost raztopine:
c) Molarna koncentracija (ali molalnost) kaže število molov topljenca, ki ga vsebuje 1000 g topila.
Ugotovimo, koliko gramov H 2 SO 4 vsebuje 1000 g vode, ki sestavljajo delež:
Zdaj pa izračunajmo molalnost raztopine:
Odgovori: a) 3,38n; b) 1,69 mol/l; 1,80 mol/kg.
Naloga 430.
Gostota 9% (po masi) raztopine saharoze C 12 H 22 O 11 je 1,035 g / ml. Izračunajte: a) koncentracijo saharoze v g / l; b) molarnost; c) molalnost raztopine.
rešitev:
M (C12H22O11) = 342 g/mol. Najdemo maso raztopine po formuli: m = p V, kjer je p gostota raztopine, V prostornina raztopine.
m (C12H22O11) = 1,035. 1000 = 1035 g.
a) Maso C 12 H 22 O 11, ki jo vsebuje raztopina, izračunamo po formuli:
kje
- masni delež raztopljene snovi; m (in-va) - masa topljenca; m (raztopina) je masa raztopine.
Koncentracija snovi v g / l kaže število gramov (masnih enot), ki jih vsebuje 1 liter raztopine. Zato je koncentracija saharoze 93,15 g / l.
b) Molarna (volumensko-molarna) koncentracija (CM) kaže število molov topljenca v 1 litru raztopine.
v) Molarna koncentracija(ali molalnost) označuje število molov topljenca, ki ga vsebuje 1000 g topila.
Ugotovimo, koliko gramov C 12 H 22 O 11 vsebuje 1000 g vode, ki sestavljajo delež:
Zdaj pa izračunajmo molalnost raztopine:
Odgovori: a) 93,15 g/l; b) 0,27 mol/l; c) 0,29 mol/kg.
Kaj so raztopine in kakšne značilnosti kemičnih spojin in mehanskih zmesi imajo?
Od česa je odvisen toplotni učinek raztapljanja?
Kaj je topnost in od česa je odvisna?
Kakšna je koncentracija raztopine? Podajte definicijo odstotka, molske, molarne koncentracije ekvivalentne in molske koncentracije ter molarne frakcije.
Podajte definicijo Raoultovega zakona.
Kakšne so posledice Raoultovega zakona?
Kaj so krioskopske in ebulioskopske konstante topila?
Literatura.
Korovin N.V. Splošna kemija .- M .: Višji. šk., 2002. Pogl. 8, § 8.1.
Glinka N.L. Splošna kemija.- M .: Integral-Press, 2002, pogl. 7,
1.6. Primeri reševanja problemov
Primer 1... Ko smo 10 g kalijevega nitrata (KNO 3) raztopili v 240 g vode, se je temperatura raztopine znižala za 3,4 stopinje. Določite toploto raztapljanja soli. Specifična toplota (s utripov) raztopine je 4,18 J / g. TO.
rešitev:
1. Poiščite maso nastale raztopine (m):
m = 10 + 240 = 250 (g).
2. Določite količino toplote, ki jo absorbira raztopina:
Q = m. sodišče. T
Q = 250. 4.18. (-3,4) = - 3556,4 J = - 3,56 kJ.
3.Izračunaj količino toplote, ki se absorbira med raztapljanjem enega mola KNO 3, t.j. njegova toplota raztapljanja (molska masa KNO 3 je 101 g / mol):
raztapljanje 10 g soli absorbira 3,56 kJ
pri raztapljanju 101 g soli --------- x,
x = = 35,96 kJ
Odgovori: toplota raztapljanja KNO 3 je 35,96 kJ / mol.
rešitev:
1.Ugotovite količino žveplove kisline, ki jo vsebuje 1 liter 17,5 % raztopine:
a) najdemo maso litra (1000 ml) raztopine:
m = . V = 1,12 . 1000 = 1120 g;
b) najdemo masno količino žveplove kisline:
100 g raztopine vsebuje 17,5 g H 2 SO 4;
v 1120 g raztopine - x,
2. Poiščite titer raztopine; to zahteva masno količino kisline, ki jo vsebuje znani volumen raztopine, deljeno s prostornino raztopine, izraženo v mililitrih:
T = = 0,196 g/ml.
3. Poiščite molsko koncentracijo raztopine; to zahteva masno količino kisline, ki jo vsebuje 1 liter raztopine, deljeno z molsko maso (MH 2 SO 4), 98 g/mol:
2 mol / l.
4. Poiščite molsko koncentracijo ekvivalenta raztopine; to zahteva masno količino kisline, ki jo vsebuje 1 liter raztopine (196 g), deljeno z enakovredno maso (EH 2 SO 4).
Ekvivalentna masa H 2 SO 4 je enaka njegovi molski masi, deljeni s številom vodikovih atomov:
Zato je C eq = = 4 mol eq / l.
Molarno koncentracijo ekvivalenta lahko izračunamo tudi s formulo
.
5.Izračunaj molalnost raztopine; za to je treba najti število molov kisline, ki jih vsebuje 1000 g topila (vode).
Iz prejšnjih izračunov (glej odstavek 3) je znano, da 1120 g (1 L) raztopine vsebuje 196 g ali 2 mola H 2 SO 4, torej vode v takšni raztopini:
1120 - 196 = 924 g.
Naredimo razmerje:
924 g vode predstavlja 2 mola H 2 SO 4
za 1000 g vode - x.
Z m = x = = 2,16 mol / 1000 g vode.
odgovor: T = 0,196 g/ml; = 2 mol/l; C eq = 4 mol eq/l;
Z m = 2,16 mol / 1000 g vode.
Primer 3. Koliko mililitrov 96 % raztopine H 2 SO 4 ( = 1,84 g / cm 3) bo potrebnih za pripravo 1 litra njene raztopine z molsko koncentracijo, ki je ekvivalentna 0,5?
Rešitev.
1. Izračunajte masno količino H 2 SO 4 , potrebno za pripravo 1 litra raztopine z molsko koncentracijo ekvivalenta 0,5 (ekvivalent žveplove kisline je 49 g):
1000 ml 0,5 N raztopine vsebuje 49. 0,5 = 24,5 g H2SO4.
2. Določite masno količino prvotne (96 % n-te) raztopine, ki vsebuje 24,5 g H 2 SO 4:
100 g raztopine vsebuje 96 g H 2 SO 4,
v x g raztopini - 24,5 g H 2 SO 4.
x = = 25,52 g
3. Poiščite zahtevano prostornino začetne raztopine tako, da utežno količino raztopine delite z njeno gostoto ():
V = = 13,87 ml.
odgovor: za pripravo 1 litra raztopine žveplove kisline z molsko koncentracijo, ekvivalentno 0,5, je potrebno 13,87 ml 96% raztopine H 2 SO 4.
Primer 4. V avtomobilski radiator smo vlili raztopino, pripravljeno iz 2 kg (m) etilnega alkohola in 8 kg (g) vode. Izračunajte ledišče raztopine. Krioskopska konstanta vode K k je 1,86.
Rešitev.
1. Poišči zmanjšanje ledišča raztopine z uporabo posledice Raoultovega zakona:
t s = K do C m = K to.
Molska masa C 2 H 5 OH je 46 g / mol, torej
T z = 1,86 = 10,1 o C.
2. Poiščite ledišče raztopine:
T z = 0 - 10,1 = - 10,1 o C.
odgovor: raztopina zmrzne pri temperaturi -10,1 o C.