Тема 33. Типи розрахункових задач. 2 страница
Матеріал – це речовина, яку використовують для одержання різних предметів і
продуктів.
Молекула – це найменша частина речовини, яка зберігає її властивості.
Атом – це найменша частинка молекули, що складається із ядра та електронів.
Хімічний елемент – це певний вид атомів, який має однаковий заряд ядра.
Проста речовина – це речовина, молекула якої складається з одного виду атомів (H2, O2 , P4, S8, Ca і т.д.).
Складна речовина (сполука) – це речовина, молекула якої складається із кількох видів атомів.
Чиста речовина – це речовина, що складається з одного виду молекул(без
домішок) ( кисень, вода, залізо). Кожна чиста речовина має тільки свої
фізичні та хімічні властивості.
Суміш– це сукупність кількох речовин. Суміші не мають властивостей. Кожну
речовину суміші можна розділити.
Методи розділення сумішей:
- випарювання (Розчин цукру, солі у воді);
- фільтрування (суміш води і крейди або глини);
- відстоювання (суміш води і крейди або глини);
- перегонка або дистиляція (суміш води і спирту або оцту, перегонка природної води);
- дія магнітом (суміш заліза з іншими металами).
Відносна атомна маса елементів –це відношення маси атомів елементів до 1/12
маси атома Карбону( нукліду 12С). 1/12 маси С = 1 а.о.м.(атомна
Позначається –Аr одиниця маси)
Одиниці вимірювання – безрозмірна величина або а.о.м.
Аr(О) = 16. або 16 а.о.м.
Відносна молекулярна маса речовини –це відношення маси молекули
речовини до 1/12 маси атома Карбону( нукліду 12С).
Позначається -Мr
Одиниці вимірювання – безрозмірна величина або а.о.м.
Мr(О2) = 32. або 32 а.о.м.
Обчислюється відносна молекулярна маса речовина за формулою як сума
відносних атомних мас елементів із врахуванням індексів.
Мr(СО2) = Аr(С) + 2 Аr(О) = 12 + 2·16 = 44.
Полярність –це несиметричність розміщення спільних пар електронів у
молекулі між двома атомами неметалів , яка приводить до
утворення різнойменно заряджених частин молекул.
Енергія йонізації - енергія необхідна для відриву найслабкішого електрона в
атомі з утворенням катіону( X → X+ + e)
Кількість речовини– фізична величина, що означає кількість структурних частинок (молекул, атомів , йонів), з яких складаються речовини.
Позначається - νабоn
Одиниці - моль.
Молярна маса –фізична величина, що означає відношення маси речовини до
кількості речовини.
Позначається: М m
Формула:М= ------
ν
одиниці: г/моль
Молярний об’єм газів - фізична величина, що означає відношення об’єму газу
до кількості речовини газу.
Позначається: Vm V
Формула: Vm = ------
ν
Одиниці: л/моль
Число Авогадро – фізична величина , яка показує число частинок речовини в
одному молі її
Позначається: NA N
Формула: NA = --------
ν
Одиниці: 1/ моль або моль-1 NA = 6,02·1023 моль-1
Відносна густина газів – фізична величина , що означає відношення молярної
маси газів до молярної маси взятого за зразок.
Позначається: D
Три види відносної густини газів:
М(газу)
D(О2) = ------- ;
М(газу)
D(Н2) = ------- ;
М(газу)
D(повітря) = ------- ;
Відносну густину використовують для визначення молярної маси газу:
М(газу) = D(H2) · 2; М(газу) = D(О2) · 32; М(газу) = D(повітря) · 29;
Запам’ятай
V V m m N N
Vm = ------ ν =-------; M = ------- ν = ---- ; NA= ----- ν = ---- ; якщо
ν Vm ν M ν NA
V m m N V N
ν = ν; то ---- = ----- ; або ----- = ---- або ---- = -----
Vm М М NA Vm NA
Маса 1 моль = Мr; Об’єм 1 моль газу = 22,4 л; 1 моль речовини = 6,02·1023 молекул
Приклади задач:
Задача 1.
Яка маса 5 моль натрій оксиду? (В: 310 г).
Задача 2.
Яка кількість речовини міститься у газі водню об’ємом 112 л (н.у.)? (В: 5 моль )
Задача 3.
Скільки молекул міститься у кисні кількістю речовини 2 моль? ( В: N= 12,04·1023молекул).
Задача 4.
Яка маса газу кисню об’ємом 56 л (н,у,). (В: m = 80 г)
Задача 5
Яка відносна густина за киснем газу СО2 ? (D(О2) = 44.
Задача 6.
Яка молярна маса газу якщо відносна густина за киснем дорівнює 2.
В: М(газу=64г/моль)
Тема 2. Основні закони хімії.
Закон постійності складу речовин
«Склад речовини постійний не залежно від способу її добування і місця знаходження у природі». Французький вчений Пруст. Використовується для написання формул речовин.
Закон збереження маси речовин під час хімічних реакцій
«Маси речовин до реакції дорівнюють масі речовин після реакції». Російський вчений Ломоносов. Використовується для запису рівнянь реакцій і їх зрівнювання.
Закон Авогадро (тільки для газів)
«В рівних об’ємах різних газів при однакових умовах міститься однакове число молекул». Італійський вчений Авогадро. Використовується для визначення молярного об’єму, відносної густини газів.
Закон об’ємних відношень газів
«Об’єми газів , що вступають в реакцію і утворюються внаслідок неї є співвідношенням простих цілих чисел». Французький вчений Гей-Люсак. Використовується для знаходження об’ємів газів за рівняннями реакцій, якщо всі речовини і вихідні і продукти реакцій є тільки газами.
N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г) не тільки
1 моль N2 + 3моль H2 = 2 моль NH3 , а також
1 V N2 + 3 V H2 = 2 V NH3 (V = мл, л, дм3, м3)
Періодичний закон
Менделєєвське формулювання: «Властивості хімічних елементів, а також сполук утворених ними перебувають у періодичній залежності від їх атомних мас».
Сучасне формулювання: «… від заряду ядра атома».
Принцип Ле Шательє
«При зміні зовнішніх умов (концентрації, температури і тиску) хімічна рівновага оборотної реакції зміщується у той бік, де цей вплив є найменшим»
Французький вчений Ле Шательє. Використовується для зміщення хімічної рівноваги оборотної реакції.
Тема 3. Хімічні реакції.
Хімічна реакція (хімічне явище) – це реакція, під час якої відбувається перетворення одних речовин в інші. Хімічна реакція записується хімічним рівнянням. Речовини у лівій частині рівняння називаються вихідними речовинами або реагентами, а у правій частині – продукти реакцій.
Відомо 14 типів хімічних реакцій за такими ознаками:
І. за числом вихідних речовин і продуктів реакцій:
1. Реакція сполучення – це реакція, під час якої із кількох речовин
утворюється тільки одна складна речовина
C + O2 = CO2
CaO + CO2 = CaCO3
2CO + O2 = 2CO2
2. Реакція розкладу (розкладання) – це реакцій, під час якої з однієї складної
утворюються декілька речовин.
2Н2О = 2Н2 + О2
СаСО3 = СаО + СО2
2KClO3 = 2KCl + 3O2
3. Реакція обміну –це реакція між двома складними речовинами, внаслідок
якої складні речовини обмінюються своїми складовими частинами.
NaOH + HCl = NaCl + H2O
4. Реакція заміщення –це реакція між простою і складною речовиною,
внаслідок якої проста речовина заміщує один із атомів у складній
речовині.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
ІІ. За зміною ступеня окиснення елементів.
1. Реакція окисно-відновна – це реакція, яка відбувається із зміною ступенів
окиснення одних і тих самих елементів у вихідних речовинах і
продуктах реакцій
4Р0 + 5О20 = 2Р2+5О5-2
Р0 - 5е = Р+5 4 - реакція окиснення
О20 + 4е = 2О-2 5 – реакція відновлення
Р0 - відновник;
О20 - окисник.
2. Реакція йонного обміну - це реакція між йонами в розчинах електролітів, яка відбувається в напрямку зв’язування йонів з утворенням:
А) осаду;
Б) газу;
В) малодисоційовану речовину (Н2О).
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Na+ + OH- + H+ + Cl- = Na+ + Cl- + H2O
H+ + OH- = H2O
ІІІ. За використанням каталізатора.
1. Реакція каталітична – це реакція, яка відбувається тільки в присутності
каталізатора.
Fe V2O5 MnO2
N2 + 3H2 ↔ 2NH3 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 2H2O2 === 2H2O + O2
Pt H2O
4NH3 + 5O2 ==== 4NO + 6H2O 2Al + 3I2 === 2AlI3
2. Реакція некаталітична – це реакція, яка відбувається без каталізатора
С + O2 = CO2
IV. За тепловим ефектом реакції:
Тепловий ефект реакції – це кількість виділеної або поглинутої теплоти (різниця між енергіями продуктів реакції і енергіями вихідних речовин). Він завжди записується у правій частині хімічного рівняння із знаком «+» чи «-« і вимірюється у кДж, а також у кДж/моль(при цьому необхідно враховувати коефіцієнт перед формулою у рівннянні реакції). Наприклад:Тепловий ефект реакції горіння фосфору становить: 3200 кДж чи 800кДж/моль
4Р + 5О2 = 2Р2О5 + 3200кДж або ∆Н= -3200кДж
4Р + 5О2 = 2Р2О5 +4 ∙ 800кДж/моль або ∆Н= -3200кДж
1. Реакція екзотермічна – це реакція, що відбувається з виділенням тепла.
C + O2 = CO2 + 240 кДж; або С + О2 = СО2; ∆Н= -240кДж
2. Реакція ендотермічна - це реакція, що відбувається з поглинанням тепла.
СаСО3 = СаО + СО2 – 180кДж; або СаСО3 = СаО + СО2; ∆Н= +180кДж
V. За оборотністю реакції:
1. Реакція оборотна– це реакція, яка відбувається у двох взаємно протилежних напрямках одночасно.
пряма
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
зворотна
Оборотна реакція поділяється на:
1. пряма
2. зворотна.
2. Реакція необоротна – це реакція, яка відбувається тільки в одному напрямку
зліва направо.
С + О2 = СО2; або С + О2 → СО2 або С + О2 → СО2
VI. За агрегатним станом вихідних речовин:
1. Реакція гомогенна – це реакція, в якій вихідні речовини є воднакових
агрегатних станах.
Fe(тв.) + S(тв.) = FeS ; 2Н2(г.) + О2(г.) = 2Н2О.
2. Реакція гетерогенна – це реакція, в якій вихідні речовини є в різнихагрегатних станах.
С(тв.) + О2(г.) = СО2; 2Na(тв.) + 2Н2О(рід.) = 2NaOH + H2↑
Виняток:
Тількив каталітичній реакції, якщо вихідні речовини є в однакових агрегатних станах, а каталізатор в іншому, то це тільки гетерогенна реакція.
Fe(тв.)
N2(г.) + 3Н2(г.) ↔ 2NH3
Швидкість хімічних реакцій
Швидкість хімічних реакцій – це відношення зміни концентрації однієї з вихідних речовин до зміни часу.
∆С
Формула: ύ(х.р.) = -----; Одиниці: моль/л·с
∆t
ν
де: ∆С = Споч. - Скінц. , а Сm – молярна концентрація; Сm = ------- ; моль/л
(тільки для газів і розчинів) V(р-ну)
∆ t = tкінц. – tпоч.
Фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції:
1. від природи реагуючих речовин (чим активніша речовина, тим швидкість реакції є більшою).
2. від подрібненості (тільки для твердих речовин) ( чим більш подрібнена
речовина тим швидкість гетерогенної реакції є більшою).
3. від каталізатора(каталізатори – це речовини, які прискорюють
швидкість хімічної реакції, але при цьому не витрачаються; інгібітори –
це речовини, які сповільнюють швидкість хімічної реакції).
4. від концентрації ( тільки для газів та розчинів).
Від концентрації швидкість хімічної реакції залежить за законом діючих
мас: «Швидкість хімічної реакції прямо пропорційна
добутку концентрацій вихідних речовину степенях коефіцієнтів»
N2(г.) + 3Н2(г.) ↔ 2NH3
· ύ(х.р.) = k·С(N2) C3(H2) , де k – константа хім.реакції, постійна
величина для даної реакції.
С(тв.) + О2(г.) = СО2;
· ύ(х.р.) = k·С(О2)
5. від температури.Від температури швидкість хім..реакції залежить за
правилом Вант-Гоффа:«При збільшенні температури на кожні 100
швидкість хім..реакції зростає в 2-4 рази».
t(кінц.) – t(поч.)
ύ(кінцева) -------------------------
----------- == γ 10
ύ(початкова)
де: γ – температурний коефіцієнт, що дорівнює 2-4.
Задача.
Як зміниться швидкість хім..реакції при збільшенні температури від 600 до 900 , якщо температурний коефіцієнт дорівнює 2.
t(кінц.) – t(поч.)
ύ(кінцева) ------------------------- ύ(кінцева) 90-60
----------- == γ 10 ----------------- == 2 10 = 23 = 8. ύ(початкова) ύ(початкова)
Хімічна рівновага
Хімічна рівновага характерна тільки для оборотніх реакцій. Хімічна
рівновага– це стан оборотної реакції, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції. Хім..рівновага для практичної діяльності людини є не вигідною тому, що утворюються і продукти реакції і вихідні речовини. Хім..рівновагу необхідно змістити або в бік прямої реакції, або в бік зворотної реакції. ЇЇ можна змістити користуючись принципом Ле Шательє.
Фактори, що впливають на зміщення хім..рівноваги:
І. від концентрації.При збільшенні концентрації вихідних речовин
хім..рівновага зміщується в бік прямої реакції, а при підвищенні
концентрації продуктів реакції – в бік зворотної реакції і навпаки.
Наприклад: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3
С(SO2) або C(O2) > то хім..рівновага зміщується в бік прямоїреакції
С(SO3) > то хім..рівновага зміщується в бік зворотньоїреакції і навпаки.
ІІ. Від температури.При підвищенні температури хім..рівноваги зміщується
в бік ендотермічної реакції,а при пониженні температури – в бік
екзотермічної реакції.
Наприклад: N2(г.) + 3Н2(г.) ↔ 2NH3 + QкДж
Температуру >, то хім.рівновага зміщується в бік зворотньої реакції.
Температуру < ,то хім..рівновага зміщується в бік прямої реакції.
ІІІ. Від тиску (тільки для газів).Припідвищенні тискухім..рівновага
зміщується в бікзменшення об’ємів газоподібних продуктів і навпаки.
N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г)
1 моль N2 + 3моль H2 ↔ 2 моль NH3 ,
1 V N2 + 3 V H2 ↔ 2 V NH3
4V ↔ 2V
Тиск > ,то хім.рівновагазміщується в бікпрямої реакції.
Тиск < ,то хім.рівновагазміщується в бікзворотньої реакції.
Виняток: N2(г) + О2(г) ↔ 2NО(г)
1 V N2 + 1 V О2 ↔ 2 V NО
2V ↔ 2V
Якщо об’єми вихідних речовин і продуктів реакції є однаковими, тотиск невпливає на зміщення хім..рівноваги.
Тема 4. Загальні характеристики розчинів.
Розчин – це суміш, що складається з двох компонентів:
1. розчиненої речовини (р.р.)
Розчинника (р-ка)
В залежності від кількості розчиненої речовини і розчинника розчиниподіляються:
1. насичені розчини –це розчини, в яких не може додатково розчинитися розчинена речовина при даній температурі.
2.ненасичені розчини –це розчини, в яких можедодатково розчинитися розчинена речовини при даній температурі.
3. концентровані розчини – це розчини, в яких багато розчиненої речовини, аде мало розчинника (води).
4. розведені або розбавлені розчини – це розчини, в яких мало розчиненої речовини, а багато розчинника (води).
Процес при якому розчиняємо розчинену речовину в розчиннику(воді)
називається процесом розчинення.
При розчиненні речовини у воді відбувається взаємодія молекул води з молекулами розчиненої речовини і цей процесназивається гідратацією.
У розчині молекули розчиненої речовини зв’язані з певною кількістю молекул води і ці сполуки називаються гідрати.Але вода може входити до складу солей у твердому кристалічному стані і це є кристалогідрати, а вода в нихназиваєтьсякристалізаційною водою.
Приклади найважливіших кристалогідратів і їх назви:
1. CuSO4·5H2O - мідний купорос; купрум (ІІ) сульфат, пентагідрат
2. FeSO4·7H2O - залізний купорос; ферум (ІІ) сульфат, гептагідрат
3. Na2CO3·10H2O - кристалічна сода; натрій карбонат, декагідрат
4. CаSO4·2H2O - гіпс; кальцій сульфат, дигідрат.
Задача 1.
Знайти відносну молекулярну масу мідного купоросу.
Задача 2.
Скільки молекул кристалізаційної води входить до складу однієї формульної одиниці кристалогідрату, якщо при прожарюванні певної кількості його було одержано натрій сульфат масою 21,3 г та воду масою 27 г.
Різні речовини по різному розчиняються у воді при даній температурі, тому для кількісної характеристики процесу розчинення вводять поняття «розчинність» або «коефіцієнт розчинності».
Розчинність – це певна маса розчиненої речовини, що може розчинитися в 100 г водипри даній температурі.
В залежності від розчинності всі речовини поділяються на:
1. Розчинні(більше 100 г р.р. на 100 г води)
2. малорозчинні(від 1г до 10 г р.р. на 100 г води)
3. нерозчинні (менше 0,01 г р.р. на 100 г води)
Розчинність переважної більшості твердих речовин зростає із збільшеннямтемператури і навпаки.
Розчинність газів із пониженням температури і підвищенням тиску зростає і навпаки із збільшенням температури і зниженням тиску спадає(всі газовані напої охолоджуємо перед використанням)
Дисперсні системи – це суміші в яких одна речовина рівномірно розміщена в іншій речовині. Дисперсні системи складаються з двох компонентів:
1. дисперсна фаза (подібно як розчинена речовина в розчині)
2. дисперсне(дисперсійне) середовище (подібно як розчинник).
Дисперсна системав залежностівід розмірів дисперсної фазиподіляються на:
1. Істинні розчини –дисперсні системи в яких розмір частинок дисперсної фази менше 1 нм.
Наприклад: розчин цукру, солі, спирту у воді; повітря, сплави металів. Для істинних розчинів характерна властивість – однорідність.
2. Колоїдні розчини(колоїди) – дисперсні системи в яких розмір частинок дисперсної фази є від 1 до 100 нм.
Наприклад: білок яйця, мармелад, желе, холодець. Колоїди подібні до істинних розчинів однорідністю (прозорістю), але відрізняються від них тим, вже під мікроскопом видно частинки дисперсної фази. А також при довгому стоянні випадають в осад і ефект Тиндаля.
3. Грубодисперсні системи (суспензії і емульсії) – дисперсні системи в яких розмір частинок дисперсної фази більше 100 нм.
Наприклад: суспензія (тверда нерозчинна речовина у воді)
Суміш глини, крейди у воді.
Емульсія (рідка нерозчинна речовина у воді)
Суміш олії, бензину у воді.
Тема 5. Кількісні характеристики розчинів .
Щоб кількісно визначити саме масу розчиненої речовини у розчині вводять поняття «масова частка розчиненої речовини у розчині»
Масова частка розчиненої речовини у розчині –це фізична величина ,що означає відношення маси розчиненої речовини до маси розчину.
Позначається: ώ(р.р.)
m(р.р.)
Формула: ώ(р.р.)=-------------- ·100%
m(р-ну)
Одиниці: у % або частках від одиниці. Наприклад: ω =10% або ω =0,1.
Необхідно знати, що при розв’язування задач на масову частку розчиненої речовини завжди використовується маса розчиненої речовини і маса розчину, а також
1см3 = 1мл; 1л = 1дм3;
1л = 1000см3 або мл; 1м3 = 1000л або дм3
Тільки для води: об’єм і маса для води є однакові числові значення,бо густина води дорівнює 1г/мл. Наприклад: 100мл води = 100г води
Формула густини розчинів:
m(р-ну)
ρ(р-ну)= -----------;
V(р-ну)
Додатково
Молярна концентрація - це фізична величина ,що означає відношення кількості розчиненої речовини до об´єму розчину(тільки в л або дм3).
Позначається: См
ν (р.р.) m(р.р.)
Формула: См =-------------- або См =----------------------------
V (р-ну)(в л) М(р.р.) ·V (р-ну)(в л)
Одиниці: моль/ л або М . Наприклад: См =1моль/л або См =1М.
Приклади задач:
Задача 1.
До 150 г води додали 50 г солі. Яка масова частка солі в розчині?
Задача 2.
Приготувати розчин масою 200г з масовою часткою солі 20%. Яку масу води і солі необхідно взяти?
Задача 3.
До розчину масою 200 г з масовою часткою кислоти 30% додали 50 г води. Яка масова частка кислоти у новому розчині?
Задача 4.
До розчину масою 400г з масовою часткою 25% додали 40 г солі. Яка масова частка солі в новому розчині?
Задача 5.
Із розчину масою 300г з масовою часткою цукру 15% випарували 50г води. Яка масова частка цукру в новому розчині?
Задача 6.
Змішали два розчини: розчин масою 300г з масовою часткою солі 12% і
розчин масою 150г з масовою часткою солі 30%. Знайти масову частку солі в одержаному розчині?
Задача 7.*
Приготувати розчин об’ємом 300мл з масовою часткою солі 20%(або 0,2). Який об’єм води (в мл) і масу солі потрібно взяти, якщо густина розчину = 1,2 г/мл?
Задача 8*.
До розчину об’ємом 200мл з масовою часткою солі 0,2 (густиною розчину 1,5г/мл) долили 150 мл води. Знайти масову частку солі у новому розчині.
Задача 9.*
У 200мл води розчинили 56л (н.у.) аміаку. Знайти масову частку аміаку в одержаному розчині.
Задача 10*.
У 300мл води розчинили 2 моль натрій карбонату. Знайти масову частку натрій карбонату в одержаному розчині.
Тема 6. Електролітична дисоціація (ЕД) .
Всі речовини, що вивчає хімія щодо провідності електричного струму поділяються на :
1. Провідники І роду – це всі метали і їх сплави.Провідником електричного струму є негативно заряджені електрони.
2. Провідники ІІ роду– це розчини кислот, лугів і солей. Провідником
електричного струму в них є позитивно(катіони) і негативно(аніони)
заряджені йони.
Речовини ще поділяються на:
1. електроліти – це речовини, розчини або розплавияких проводять
Електричний струм.
До них відносяться: кислоти, основи і солі тількирозчинні у воді.