Основні поняття хіміїУ більшості країн світу прийнята Міжнародна система одиниць виміру (СИ), що складається із шести основних одиниць: метр (м) – довжина, кілограм (кг) – маса, секунда (с) – час, ампер (А) – сила струму, Кельвін (K) – термодинамічна температура, кандела (кд) – сила світла. XIV Генеральна конференція по мірам і вагам (1971р.) затвердила в якості сьомої основної одиниці Міжнародної системи моль (моль) – одиницю кількості речовини. Мольдорівнює кількості речовини, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у 0, 012кг вуглецю–12. При застосуванні моля структурні елементи повинні бути специфіковані і можуть бути атомами, молекулами, іонами, електронами й іншими частками або специфікованими групами часток. Моль речовини відповідає постійній Авогадро NA = 6, 022045× 1023 структурних елементів. При застосуванні поняття „моль” варто вказувати, які структурні елементи маються на увазі, наприклад моль атомів Н, моль молекул Н2, моль протонів, моль електронів і т.п. Так, заряд моля електронів дорівнює 6, 022× 1023е і відповідає кількості електрики, рівній 1 фараді (F). Маса моля атомів або маса моля молекул (мольна або молярна маса), виражена в грамах (г/моль), є грам-атом даного елемента. Треба враховувати, що в українській науковій літературі назви хімічних елементів не завжди збігаються з назвами відповідних простих речовин (див. таб.).
Приклад 1. Виразіть в молях: а) 6, 02× 1021 молекул CO2; б) 1, 20× 1024 атомів кисню; в) 2, 00× 1023 молекул води. Чому дорівнює мольна (молярна) маса зазначених речовин? Рішення. Моль це кількість речовини, у якому міститься число часток будь-якого визначеного сорту, рівне постійної Авогадро (6, 02× 1023). Звідси а) 6, 02× 1021, тобто 0, 01моль; б) 1, 20 × 1024, тобто 2моль; в) 2, 00 × 1023, тобто 1/3моль. Маса моля речовини виражається в кг/моль або г/моль. Молярна маса речовини в грамах чисельно дорівнює його відносної молекулярної (атомної) масі, вираженої в атомних одиницях маси (а.о.м.). Оскільки молекулярні маси CO2 і Н2О и атомна маса кисню відповідно рівні 44; 18 і 16 а.о.м., їх мольні (молярні) маси рівні: а) 44г/моль; б) 18г/моль; в) 16г/моль. Приклад 2. Визначте еквівалент (Е) і масу еквіваленту mЕ азоту, сірки і хлору в з’єднаннях NH3, Н2S і HCI. Рішення. Маса речовини і кількість речовини – поняття неідентичні. Маса виражається в кілограмах (грамах), а кількість речовини – у молях. Еквівалент елемента (Е) – це така кількість речовини, що з’єднується з 1 моль атомів водню або заміщає ту ж кількість атомів водню в хімічних реакціях. Маса 1 еквіваленту елемента називається, його масою еквіваленту (mЕ). Таким чином, еквіваленти виражаються в молях, а маса еквіваленту у г/моль. У даних сполуках з 1 молем атомів водню з’єднується 1/3 моля атомів азоту, ½ моля атомів сірки і 1моль атомів хлору. Звідси Е(N) = 1/3моль, Е(S) = 1/2моль, Е(Cl) = 1моль. Виходячи з мольних мас цих елементів, визначаємо їхні маси еквівалентів: mЕ(N) = 1/3 × 14 = 4, 67г/моль; mЕ(S) = ½ × 32 = 16г/моль; mЕ(Cl) = 1 × 35, 45 = 35, 45г/моль. Приклад 3. На відновлення 7, 09г оксиду двовалентного металу потрібно 2, 24дм3 водню (н.у.). Обчислить масу еквіваленту оксиду й масу еквіваленту металу. Чому дорівнює атомна маса металу? Нормальні умови по Міжнародній системі одиниць (СИ): тиск 1, 013 × 105 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм.), температура 273 K або 0°С Рішення. Відповідно до закону еквівалентів маси (об’єми) реагуючих речовин m1 і m2 пропорційні їх масам (об’ємам)еквівалентів:
Якщо одна з речовин знаходиться в газоподібному стані, то, як правило, її кількість виміряється в об’ємних одиницях (см3, дм3, м3, л). Об’єм, зайнятий за даних умов молем або еквівалентом газоподібної речовини, називається мольним об’ємом або, відповідно, об’ємом еквіваленту цієї речовини. Мольний об’єм будь–якого газу при н.у. дорівнює 22, 4дм3. Звідси об’єм еквіваленту водню VЕ(H2), молекула якого складається з двох атомів, тобто містить два молі атомів водню, дорівнює 22, 4: 2 = 11, 2дм3. У формулі (2) відношення m(H2): mЕ(H2) заміняємо рівним йому відношенням V(H2): VЕ(H2), де V(H2) – об’єм водню, VЕ(H2) – об’єм еквіваленту водню:
З рівняння (3) знаходимо масу еквіваленту оксиду металу mЕ(Ме):
Відповідно до закону еквівалентів маса еквіваленту складної речовини дорівнює сумі мас еквівалентів її складових частин: mЕ(MeO) = mЕ(Me) + mЕ(O2), звідси mЕ(Me) = mЕ(MeO) – mЕ(O2) = 35, 45 – 8 = 27, 45г/моль. Мольна маса металу визначається зі співвідношення mЕ = A/B, де mЕ – маса еквіваленту, A – мольна маса металу, B – стехіометрична валентність елемента; A = mЕ × B = 27, 45 × 2 = 54, 9г/моль. Оскільки атомна маса в а.о.м. чисельно дорівнює молярної масі, що виражається в г/моль, шукана атомна маса металу 54, 9 а.о.м. Приклад 4. Скільки металу, маса еквіваленту якого 12, 16г/моль, взаємодіє з 310см3 кисню (н.у.)? Рішення. Оскільки моль O2 (32г/моль) при н.у. займає об’єм22, 4дм3, об’єм маси еквіваленту кисню (8г/моль) буде 22, 4: 4 = 5, 6дм3. За законом еквівалентів:
звідси: m(Me) =12, 16 × 310/5600 = 0, 673г. Приклад 5. Обчислить еквіваленти й маси еквівалентів H2SO4 і Al(OH)3 у реакціях, виражених рівняннями: H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O (1) H2SO4 + Mg = MgSO4 + H2 (2) Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O (3) Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O (4) Рішення. Еквівалент (маса еквіваленту) складної речовини, як і еквівалент (маса еквіваленту) елемента, може мати різні значення і залежить від того, у яку реакцію обміну вступає ця речовина. Маса еквіваленту кислоти (основи) дорівнює мольній масі (М), діленої на число атомів водню, заміщених у даній реакції на метал (на число гідроксильних груп, що вступають у реакцію). Отже, маса еквіваленту H2SO4 у реакції (1) mЕ(H2SO4) = M(H2SO4) = 98г/моль, а в реакції (2) – mЕ(H2SO4) = M(H2SO4)/2 = 49г/моль. Маса еквіваленту А1(OН)3 у реакції (3) mЕ(Al(OH)3 = M(Al(OH)3 =78г/моль, а в реакції (4) – mЕ(Al(OH)3 = M(Al(OH)3)/3 = 26г/моль. Задачу можна вирішити й іншим способом. Оскільки H2SO4 взаємодіє з одною масою еквіваленту KOH і двома масами еквіваленту магнію, то її маса еквіваленту дорівнює в реакції (1) – M(H2SO4)/1г/моль, а в реакції (2) – M(H2SO4)/2г/моль. А1(OН)3 взаємодіє з одною масою еквіваленту HCI і трьома масами еквіваленту HNO3, тому його маса еквіваленту в реакції (3) дорівнює M(Al(OH)3)/1г/моль, а в реакції (4) – M(Al(OH)3)/3г/моль. Еквіваленти H2SO4 у рівняннях (1) і (2) відповідно рівні 1моль і 1/2моль; еквіваленти Al(OH)3 у рівняннях (3) і (4) відповідно рівні 1 моль і 1/3моль. Приклад 6. З 3, 85г нітрату металу отримані 1, 60г його гідроксиду. Обчислить масу еквіваленту металу (mЕ (Ме)). Рішення. При рішенні задачі варто мати на увазі: а) еквівалент (маса еквіваленту) гідроксиду дорівнює сумі еквівалентів (мас еквіваленту) металу і гідроксильної групи; б) еквівалент (маса еквіваленту) солі дорівнює сумі еквівалентів (мас еквіваленту) металу і кислотного залишку. З огляду на сказане, підставляємо відповідні дані в рівняння (1) приклада 3:
Приклад 7. У якій масі Са(ОН)2 міститься стільки ж еквівалентів, скільки в 312г А1(ОН)3? Рішення. Маса еквіваленту А1(ОН)3 дорівнює 1/3 його мольної маси, тобто 78/3 = 26г/моль. Отже, у 312г А1(ОН)3 міститься 312/26 =12 еквівалентів. Маса еквіваленту Са(ОН)2 дорівнює 1/2 його мольної маси, тобто 37г/моль. Звідси 12 еквівалентів складають 37г/моль × 12моль = 444г. Приклад 8. Обчислить абсолютну масу молекули сульфатної кислоти в грамах. Рішення. Моль будь-якої речовини (див. приклад 1) містить постійну Авогадро (NА) структурних одиниць (у нашому прикладі молекул). Мольна маса H2SO4 дорівнює 98, 0г/моль. Отже, маса однієї молекули 98/(6, 02× 1023) = 1, 63× 10–22 г. Контрольні питання 1. Визначте еквівалент і молярну масу еквіваленту фосфору, кисню і брому в з’єднаннях PH3, H2O, HBr. 2. Обчислить масу 50дм3 кисню при 25°С и тиску 150кПа. Яке число молекул О2 міститься в цій масі? 3. З 1, 35 г оксиду металу вийде 3, 15г його нітрату. Обчислить молярну масу еквіваленту цього металу. Відповідь: 32, 5г/моль. 4. З 1, 3 г гідроксиду металу виходить 2, 85г його сульфату. Обчислить молярну масу еквіваленту цього металу. Відповідь: 9г/моль. 5. Обчислить масу 10дм3 водню при 0°С и тиску 300кПа. Яке число молекул H2 міститься в цій масі? 6. Чому дорівнює при н.у. об’єм еквіваленту водню? Обчислить молярну масу еквіваленту металу, якщо на відновлення 1, 017г його оксиду витратилося 0, 28дм3 водню (н.у). Відповідь: 32, 68г/моль. 7. Виразіть в молях: а) 6, 02× 1022 молекул C2H2; б) 1, 80× 1024атомів азоту; в) 3, 0× 1023 молекул NH3. Яка мольна маса зазначених речовин? 8. Газ масою 30г займає об’єм 15дм3 при тиску 122кПа і температурі 18°С. Визначте молярну масу газу. 9. У 2, 48 г оксиду одновалентного металу міститься 1, 84г металу. Обчислить молярні маси еквівалентів металу і його оксиду. Чому дорівнює молярна й атомна маса цього металу? 10. Чому дорівнює при н.у. об’єм еквіваленту кисню? На спалювання 1, 5г двовалентного металу потрібно 0, 69дм3 кисню (н.у.). Обчислить молярну масу еквіваленту, молярну масу й атомну масу цього металу. 11. З 3, 31 г нітрату металу виходить 2, 78г його хлориду. Обчислить молярну масу еквіваленту цього металу. Відповідь: 103, 6г/моль. 12. Напишіть рівняння реакцій Fe(OH)3 із хлоридною (соляною) кислотою, при яких утворяться наступні з’єднання заліза: а) хлорид дігідроксозаліза; б) діхлорид гидроксозаліза; в) трихлорид заліза. Обчисл ить еквівалент і молярну масу еквіваленту Fe (OH)3 у кожній з цих реакцій. 13. Який об’єм при н.у. займають 5, 38× 1022молекул газу? Визначте молярну масу цього газу, знаючи, що обчислений об’єм газу має масу 2, 5г. 14. Густина газів по повітрю дорівнює: а) 0, 9; б) 2, 45. Визначте молярну масу і масу одного дм3 кожного газу. 15. Надлишком хлоридної (соляної) кислоти подіяли на розчини: а) гідрокарбонату кальцію; б) діхлориду гідроксоалюминию. Напишіть рівняння реакції цих речовин з HCl і визначте еквіваленти і молярні маси їхніх еквівалентів. 16. При деякій температурі густина пару сірки по азоту дорівнює 9, 14. Зі скількох атомів складається молекула сірки при цій температурі? Обчислить масу однієї молекули сірки в грамах. 17. При взаємодії 3, 24г тривалентного металу з кислотою виділяється 4, 03дм3 водню (н.у.). Обчислить молярну масу еквіваленту, молярну й атомну маси металу. 18. Виходячи з молярної маси вуглецю і води, визначте абсолютну масу атома вуглецю і молекули води в грамах. 19. На нейтралізацію 9, 797г ортофосфорної кислоти витрачено 7, 998г NaOH. Обчислить еквівалент і молярну масу еквіваленту H3PO4 у цій реакції. На підставі розрахунку напишіть рівняння реакції. Відповідь: 0, 5 моль, 49г/моль. 20. Скільки молів містить в собі 3м3 будь-якого газу при н.у.? Яке число молекул міститься в цьому об’ємі?
|
(1); 
(2). 
(3).
