Простейшие стехиометрические расчеты

 

Подписано к печати:

Тираж:

 

Заказ:

Общие методические указания

Среди дисциплин, составляющих базовую подготовку специалистов и бакалавров, важное место занимает химия—наука, изучающая общие свойства и формы движения материи. С ус­пехами химии и смежных с ней наук связано появление новых источников энергии, создание синтетических материалов, расширение сырьевой базы. Знание химии необходимо не только для понимания основ создания новых материалов и технологических процессов, но и для сохранения здоровья людей. Безответственное отношение к этим вопросам, отсутствие элементар­ной «химической культуры» уже сегодня пагубно отразилось на окружаю­щей среде и поставило человечество на край экологической пропасти. Химия является одним из основных компонентов, составляющих методологическую базу подготовки специалистов в области естественных и технических наук.

Основной составляющей учебного процесса для студента-заочника явля­ется самостоятельная работа с литературой.

В обязательный план входит посещение лекций, выполнение трех контрольных заданий, написание реферата, индивидуальные и групповые кон­сультации, выполнение лабораторного практикума, сдача зачета по лабора­торному практикуму, сдача экзамена по всему курсу.

Работа с учебником и методической литературой. Учебники и методиче­скую литературу студент получает в библиотеке института, филиала или учебно-консультационного пункта, к которому он прикреплен. Курс общей и неорганической химии изучают в соответствии с разделами программы.

Контрольные задания. При изучении курса «Химия» студент выполняет две контрольные работы. Выполнение работы начинается с проработки главы учебника и усвоения теоретического материала,затем студент приступает к выпол­нению контрольных задач по этой теме из контрольных заданий. Решение задач и ответы на вопросы должны быть обоснованы с использованием основных теоретических положений. При решении числовых задач приво­дится весь ход решения и математического преобразования.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради с полями 40 мм. Номера и условия задач переписываются в порядке, указанном в контроль­ной работе. В конце работы приводится список использованной литературы, наименование учебника и года издания. Работа подписывается студентом с указанием даты и представляется на кафедру «Общая химия»для рецензирования.

Если контрольная работа не зачтена, то неверно решенные задачи ис­правляются студентом в этой же тетради на чистых листах, а не в рецен­зируемом тексте, согласно требованиям, предъявляемым к оформлению конт­рольных задач. Контрольная работа, выполняется по своему варианту, который указывает преподаватель.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Простейшие стехиометрические расчеты

Для решения задач, заключающих стехиометрические расчеты, необходимо уяснить простейшие стехиометрические, а также газовые понятия и законы.

М_В – молярная масса вещества В, г/моль,

n_В – количество вещества В, моль,

m_В – масса вещества В, г

V_M – молярный объем газообразного вещества В, при нормальных условиях для любого газа составляет 22,4 л

Моль – количество вещества, содержащие в себе 6,02*10²³ структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т. д.).

Число 6,02*10²³ было установлено итальянским учёным Авогадро.

Для любого вещества молярная масса численно равно его молекулярной массе, выраженной в граммах.

Во многих химических реакциях принимает участие не целая частица вещества В, а лишь её часть, которую называют эквивалентом.

Эквивалентом вещества называется некая реальная или условная частица вещества В, которая в данной кислотно – основной реакции эквивалентна одному иону водорода Н⁺ или в данной реакции окисления – восстановления эквивалента одному электрону. Под условной частицей понимают атом, молекулу, ион, электрон.

Эквивалентом вещества также называют количество эквивалентов вещества, т.е. число молей вещества эквивалентное 1 молю катионов водорода в рассматриваемой реакции.

 

M_{eq B} – молярная масса эквивалента вещества В, г/моль,

n_{eq B} – количество эквивалентов вещества В, моль

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ

Для химической реакции:

аА + bB = cC + dD

n_{eq A} = n_{eq B} = n_{eq C} = n_{eq D}

Фактор эквивалентности (f_eq) – это число, обозначающее, какая часть реальной частицы вещества В эквивалента одному иону водорода в данной кислотно – основной реакции или одному электрону в данной реакции окисления – восстановления.

Фактор эквивалентности – безразмерная величина, равная единице или доле единицы, например, 1/2, 1/3, 1/5.

Эквивалент есть 1/z часть частицы вещества. При z = 1 эквивалент идентичен самой частицы. Число z называется числом эквивалентности. Оно показывает, какое число эквивалентов вещества В условно «содержится» в одной формульной единице этого вещества.

Эквивалент быть приписан веществу только тогда, когда оно участвует в конкретной химической реакции. Для одних веществ значение z_B меняется от реакции к реакции, для других – остается постоянным. Без указания реакции понятие «эквивалент» не имеет смысла.

Например в реакции:

Cr³⁺ + 6OH^- = [Cr(OH)₆]

Один ион Cr³⁺ присоединяет шесть ионов OH^- (z_OH- =1). Значит эквивалентное число Cr³⁺

Молярная масса эквивалента вещества В (M_{eq B}) в конкретный реакции всегда в z_B раз меньше молярной массы этого вещества (М_В):

M_{eq B} = M_B/z_B [г/моль].

Например, в реакции

H₃PO₄ +3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

одна молекула H₃PO₄ взаимодействует с тремя ионами OH^- (Z_OH - = 1). Значит эквивалентное число H₃PO₄ zH₃PO₄ = 3, а молярная масса эквивалента

M_{eq H3PO4} = M _H3PO4/ z = 98/3 = 32,7 г/моль.

В случае газообразных веществ используется понятие эквивалентный объем, т.е объем занимаемый эквивалентом данного газа при нормальных условиях (Т = 273⁰С, Р = 101,3 кПа).

V _{eq B(r)} = V_M/z_B.

Например, эквивалентный объем кислорода V _{eq О2(r)} = 5,6 л,

эквивалентный объем водорода – V _{eq Н2(r)} = 11,2 л.

Пример 1. При взаимодействии 2,7 г. Алюминия с хлором образовалось 13,35 г хлорида алюминия ALCL_3. Найти эквивалентную массу алюминия M_{eq AL} и его эквивалент, если известно, что эквивалентная масса хлора равна 35,5 г/моль.

Решение:

1. По условию задачи на 2,7 г алюминия приходится 13,35 г хлора.

2.Согласно закону эквивалентов

n _{eq AL} = n _{eq CL}

;

Тогда

Откуда M_{eq AL} = 2,7*35,5/10,65 = г/моль.

Молярная масса атомов алюминия равна 27 г/ моль. Поскольку эквивалентная масса алюминия (9 г/ моль) в 3 раза меньше мольной массы (27:9=3), то в 1 моле алюминия содержится три его эквивалента. Следовательно, эквивалент алюминия равен 1/3 моля.

Пояснение. Эквивалент элемента выражается в молях. Так в HCL эквивалент хлора z_CL = 1 моль. Эквивалентная масса выражается в единицах массы г/моль. Эквивалентная масса хлора M_{eq CL} = 35,5 г/моль.

Пример 2. Определить эквиваленты и эквивалентные массы элементов в соединениях H₂S, H₂O, PH_3.

Решение. В данных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1/2 моль атомов серы, 1/2 моль атомов кислорода и 1/3 моль атомов фосфора. Следовательно, эквиваленты серы и кислорода равны 1/2 моля, а эквивалент фосфора равен 1/3 моля. Эквивалентная масса кислорода 8 г/моль, серы 16 г/моль, фосфора 10,3 г/моль.

На основе закона эквивалентов можно рассчитать эквивалентную массу любого из взаимодействующих веществ, а также объем, в случае, если вещество газообразное.

Пример 3. Некоторое количество металла, эквивалентная масса которого равна 34,7 г/моль, вытесняет из кислоты 0,8 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить массу металла.

Решение. Эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, что соответствует 34,7 г металла.

По закону эквивалентов m_Me / M_{eq Me} = V_газ /V _{eq газ}

M_Me /34,5 = 0,8/11,2

m _Me = 2,48