Основные стехиометрические законы атомно-молекулярного учения

 

Название закона	Дата и автор	Формулировка	Примечание
Закон сохранения массы	1748 Ломоносов	Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции	Развитие в трудах Эйнштейна
Закон постоянства состава	1808 Пруст	Каждое химическое соединение независимо от способа получения имеет определённый количественный и качественный состав	Развитие в трудах Курнакова Дальтониды Бертоллиды
Закон Авогадро	1811 Авогадро	В равных объёмах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул	Утверждение в химии понятия молекулы

 

Примеры. С точки зрения атомно-молекулярного учения закон сохранения массы можно объяснить следующим образом:

H₂  + Cl₂  = 2HCl.

Молекула водорода состоит из двух атомов, молекула хлора состоит из двух атомов. При их соединении образуется две молекулы хлороводорода, каждая из которых состоит из двух атомов. Таким образом, число атомов водорода и хлора при реакции не изменилось. Произошло соединение хлора и водорода в новой комбинации. Это значит, что масса атомов при реакции не изменилась.

 

1.3. Решение типовых задач

 

А_r – относительная атомная масса;

М_r – относительная молекулярная масса;

М – молярная масса, г/моль, кг/моль и др;

u - количество вещества, моль;

m – масса вещества, г, кг и др;

w - массовая доля;

N_A – число Авогадро, 6,02 ^. 10²³;

V_м – молярный объём, 22,4 л/моль;

D_H  – относительная плотность газа по водороду;

D_возд. – относительная плотность газа по воздуху, М_{воздуха} = 29 г/моль;

j - объёмная доля газа;

h - выход продукта реакции;

N – число частиц, атомов, молекул и др.;

V – объём, л.

Некоторые формулы расчета:

 

m               N                V                  m (x)   

u = ^____  (1); u = ^____ (2); u = ^____  (3); ω = ^_______  (4);

    M               N_A              22,4                 m

       V (x)                   M₁              m (практический выход)

j = ^_______ (5); D =  ^________ (6); h = ^{________________________________} (7).

        V                     M₂                 m (теоретический выход)

 

а) вычисление массовой доли (ω).

 

- массовая доля вещества показывает отношение массы данного вещества системы к массе всей системы. Она выражается в долях единицы. Процентное содержание вещества – массовая доля, умноженная на 100.

 

Пример. Вычислить массовую долю водорода в воде.

Дано:                  Решение.

Н₂О               Расчет ведется по формуле:

^{______________}                             m (x)

ω(2H) - ?                  ω = ^______,

                                            m

            где m (x) - масса вещества в г, кг;

                   m – масса элемента в г, кг;

                   ω – массовая доля.

    В нашем случае:

        m (2H)

ω = ^__________ ; m = u ^.  M (формула 1).

        m (H₂O)

М (Н) = 1 г/моль;                                          m = 1 ^. 2 = 2 г.

М (Н₂О) = 2 + 16 = 18 г/моль;                     m = 18 г.

                    2

ω (2H) = ^______    = 0,11.

                   18

Ответ: ω (2Н) = 0,11.

 

Пример. Вычислить процентное содержание кислорода в оксиде углерода СО₂.

Дано:                               Решение.

СО₂                                        m (x)

                            ω% = ^{_______ .} 100.

ω% (2O) - ?                            m

                     Для расчета ω% находим массу кислорода в оксиде и массу оксида углерода (IV):

                    М (О) = 16 г/моль;     m (2О) = 16 ^. 2 = 32 г.

                    М (СО₂) = 12 + 2 ^. 16 = 44 г/моль.

                    m (СО₂) = 44 г, т.к. участвует в расчетах 1 моль.

   32

ω(2O) = ^{______ .} 100 = 72,7%.

             44

Ответ: ω% (2О) = 72,7%.

 

    Аналогично рассчитывается процентный состав вещества. Например, чтобы найти процентный состав воды, нужно рассчитать процентное содержание водорода и кислорода в воде. Процентный состав СО₂ – 72,7% кислорода и 100 – 72,7 = 27,3% углерода, т.к. в целом вещество имеет 100%.

 

б) вычисление количества вещества, моль ( u ).

Пример. Вычислить количество вещества (число молей) кальция в образце кальция массой 200 г.

Дано:                     Решение.

m (Са) = 200 г     Расчет ведется по формуле:

^{____________________}                 m

u?              u = ^_____ .

                                     M

                M (Ca) = 40 г/моль.

                 u (Са) = 200 : 40 = 5 моль.

Ответ: 5 моль кальция.

 

По этой же формуле можно рассчитать массу вещества, зная число молей и молярную массу.

 

Пример. Рассчитать массу четырёх молей серной кислоты.

Дано:                                     Решение.

u(Н₂ SO₄) = 4 моль

                                     m

u = ^_____ ;    m = u ^.  M.

m (H₂SO₄) - ?                    M

                                      M (H₂SO₄) = 2 ^. 1 + 32 + 16 ^. 4 = 98 г/моль.

                                      m (Н₂SO₄) = 98 ^. 4 = 392 г.

Ответ: m (H₂SO₄) = 392 г.

 

Пример. Масса пяти молей гидроксида калия (КОН) равна 280 г. Найти молярную массу КОН.

Дано:                                     Решение.

m (KOH) = 280 г            m                        m

u(KOH) = 5 моль  u = ^___ ;     M = ^____ .

^{_________________________}            M                   u

M (KOH) - ?                                   

M = 280 : 5 = 56 г/моль.

Ответ: М (КОН) = 56 г/моль.

 

Пример. Сколько молей фосфора в 196 г фосфорной кислоты (Н₃РО₄)?

Дано:                                     Решение.

m (Н₃РО₄) = 196 г             Находим число молей фосфорной кислоты в

^{_________________________} 196 г:       

n (Р) = ?                      М (Н₃РО₄) = 3 ^. 1 + 31 + 16 ^. 4 = 98 г/моль.

                                      u = 196 : 98 = 2 моль.

                                              Составляем схему для расчета числа молей фосфора:

                                 1 моль Н₃РО₄ ^____ 1 моль Р

                                 2 моль Н₃РО₄ ^____ Х моль Р

                                 Х = 2 моль.

Ответ: 2 моль фосфора.