Моль вещества - это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12г изотопа углерода 12С.

Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества, определено с большой точностью, и оно равно 6,02*10²³ моль"'. Число 6,02*10²³ называется числом Авогадро, обозначается как N_A.

Например: молекулярная масса кислорода О₂ равна 32 а.е.м. (кислорода -16, итого 16+16=32). Значит, один моль кислорода равен по массе 32 граммов, и эта масса кислорода содержит 6,02*10²³ молекул воды.

Аналогично, масса 1 моля соды Na₂СОз равна 106 граммов (23+23+12+16+16+16=106), а масса одной молекулы Na₂CO₃ равна: 106г/6,02*10²³ = 17,6*10'²³г.

Количество вещества n и масса вещества m связаны между собой
формулой

m = n*М,

где М - молекулярная масса вещества, г/моль

ТЕМА 1.2 ЭКВИВАЛЕНТ И ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА ВЕЩЕСТВА

Понятие эквивалента введено в химию для сопоставления соединительной способности различных элементов. Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Эквивалентной массой (m_экв) называется масса 1 эквивалента вещества.

Например: в соединениях HBr, H₂O, NH₃ с 1 молем атомов водорода соединяется соответственно 1 моль брома, 1/2 моля атомов кислорода и 1/3 атомов азота. Следовательно, эквиваленты брома, кислорода и азота равны соответственно 1 молю, 1/2 и 1/3 моля. Исходя из мольных масс атомов этих элементов, находим, что эквивалентная масса брома равна 79,9 г/моль, кислорода - 16*1/2= г/моль, азота - 14*1/3=4,67 г/моль.

Эквивалентную массу можно определить по химической формуле химического соединения

m_жа(оксида) = М_ок:ида/(число атомов кислорода*2);

m_экв(основания) = М_{основания}/кислотность основания;

m_экв(кислоты) = М_{кислоты}/основность кислоты;

m_экв(соли) = М _соли /(число атомов металла*валентность металла).

Основность кислоты определяется числом протонов, которое отдает молекула кислоты, реагируя с основанием; кислотность основания определяется числом протонов, присоединяемых молекулой основания при взаимодействии его с кислотой.

Например:

М_экв СО₂=44 г/моль /1*4=44/4=11 г/моль;

М_экв H₂SO₄=98 г/моль/2=46 г/моль;

М_экв NaOH=40 г/моль/1=40 г/моль;

М_экв СаСО₃=100 г/моль/1*2=50 г/моль.

При решении некоторых задач, содержащих сведения об объемах газообразных участников реакции, целесообразно пользоваться значением эквивалентного объема. Эквивалентным объемомназывается объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентном вещества. Значение эквивалентного объема вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти, зная, что в мольном объеме любого газа, состоящего из одноатомных молекул, содержится 1 моль атомов, состоящего из двухатомных молекул - 2 моля атомов и т.д. Так, в 22,4 л Н₂ содержится при нормальных условиях 2 моля атомов водорода. Так как эквивалент водорода равен 1 моль, то в 22,4 л Н₂ содержатся 2 эквивалента водорода; значит, эквивалентный объем водорода равен 22,4/2=11,2 л/моль.

Наиболее важным законом химии является закон эквивалентов: химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их эквивалентам.Математическое выражение закона эквивалентов имеет следующий вид

m₁ /m₂ = m_зкв(1)/m_экв(2),

где m₁ и m₂ - массы реагирующих или образующихся веществ, m_экв(1) и m_экв(2) - эквивалентные массы этих веществ.

Например: некоторое количество металла, эквивалентная масса которого равна 28г/моль, вытесняет из кислоты 0,7 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить массу металла.

Решение: зная, что эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль, составляет пропорцию

28 г металла эквивалентны 11,2 л водорода

х г металла эквивалентны 0,7 л водорода.

Тогда

х=0,7*28/11,2= 1,75 г.

Для определения эквивалента или эквивалентной массы необязательно исходить из его соединения с водородом. Их можно определить по составу соединения данного элемента с любым другим, эквивалент которого известен.

Например: при соединении 5,6 г железа с серой образовалось 8,8 г сульфида железа. Нужно найти эквивалентную массу железа и его эквивалент, если известно, что эквивалентная масса серы равна 16 г/моль.

Решение: из условия задачи следует, что в сульфиде железа на 5,6 г железа приходится 8,8-5,6=3,2 г серы. Согласно закону эквивалентов, массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам, то есть

5,6 г железа эквивалентны 3,2 г серы

m_экв (Fе) эквивалентна 16 г/моль серы.

Отсюда следует, что m_3KB(Fe) = 5,6*16/3,2=28 г/моль. Эквивалент железа равен: 3=m_экв(Fe)/M(Fe)=28 г/моль:56 г/моль=1/2. Следовательно, эквивалент железа равен 1/2 моля, то есть в 1 моле железа содержится 2 эквивалента.

ТЕМА 1.3 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ

В 1756 г. на основе проводимых исследований М.В. Ломоносов пришел к выводу о неизменности веса веществ при химических превращениях и вывел закон сохранения веществапри протекании химических реакций: вес всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равен весу всех продуктов реакции.

Закон сохранения вещества можно заменить эквивалентным ему законом сохранения массы: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Например: в химической реакции

С+О₂=СО₂

масса веществ, вступивших в реакцию, равна

М(С) + М(О₂)=12 г/моль+2* 16=32 г/моль=44 г/моль, а масса продукта реакции равна М(СО₂)=12+2*16=44 г/моль.

Другим основным законом химии является закон постоянства состава,открытый Прустом в 1801 году. Он формулируется следующим образом: каждое химическое соединение независимо от способа его получения имеет определенный состав.

Например: оксид углерода можно получить по любой из этих реакций

С+О₂=СО₂,

2СО+О₂=2СО₂

СаСО₃=СаО+СО₂

NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂,

но в чистом оксиде углерода независимо от способа получения всегда содержится 27,29 мас.% С и 72,71 мас.% О.

Таким образом, закон постоянства состава утверждает количественную определенность каждого химического соединения. Следует отметить, что обратное утверждение - каждому определенному составу отвечает только одно химическое соединение - неверно. Например: диметиловый эфир и этиловый спирт имеют одинаковый химический состав - С₂Н₆О , но являются различными химическими соединениями: СН₃-О-СН₃ и С₂Н₅ОН.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называется молем вещества?

2. Что представляет собой число Авогадро?

3. Что такое эквивалент, эквивалентная масса вещества, эквивалентный объем газа?

4. Как определяется эквивалентная масса оксида, кислоты, основания, соли?

5. Дайте определение закона эквивалентов, закона сохранения массы, закона постоянства состава.

6. Чему равна масса 5 молей ВаС1₂, 2 молей H₂SO₄, 3 молей MgSO₄, 0,5 молей СаСОз?

7. Чему равна эквивалентная масса СаСОз, K₂S, Ca(OH)₂, ВаС1₂?

8. Используя закон эквивалентов, определите массу NaOH, необходимую для полной нейтрализации 9,8 кг Н₃РО₄