10.5. Влияние на газовете върху свойствата на сребърните сплави Среброто не взаимодейства много активно с различни газове, с изключение на кислорода. Така азотът не се разтваря нито в течно, нито в твърдо сребро. Разтворимостта на инертните газове в среброто е незначителна. Разтворимост на водород в

11.5. Влияние на газовете върху свойствата на златните сплави Газове, срещани по време на топенето, като кислород, водород, въглеводороди, азот, въглероден моно- и диоксид, серен диоксид, водна пара, образувана, когато водородът навлезе в разтвор, съдържащ кислород, и т.н., нито в твърдо , нито в

III. Маса, пространство и други формални категории Книга трета, която разказва за чувствата, събуждани в нас от архитектурата В първата книга и отчасти във втората говорихме главно за езика на архитектурата. Сякаш самата сграда или нейният автор иска нещо за нас

Количество вещество - броят на структурните елементи (молекули, атоми, йони и др.), съдържащи се в едно тяло или система. Количеството вещество се изразява в молове. Един мол е равен на количеството вещество на система, съдържаща толкова структурни елементи, колкото атоми има в 0,012 kg от въглеродния изотоп 12 C. Количеството вещество на тяло (система)

където н - броят на структурните елементи (молекули, атоми, йони и др.), които изграждат тялото (системата). Константа на Авогадро н НО =6,02 10 23 mol -1 .

моларна маса на веществото,

където м- маса на еднородно тяло (система); -количество вещество (брой молове) на това тяло (система). Изразява се в единици g/mol (или kg/mol).

Единица маса, равна на 1/12 от масата на 12 C въглероден атом, се нарича единица за атомна маса (a.m.u.). Масите на атомите или молекулите, изразени в единици за атомна маса, се наричат ​​съответно относителна атомна или относителна молекулна маса на веществото. Относителната молекулна маса на веществото се състои от относителните атомни маси на химичните елементи, които изграждат молекулата на веществото. Относителните атомни маси на химичните елементи са дадени в таблицата на Д. И. Менделеев (виж също таблица 8 от приложението към това ръководство).

Моларната маса на веществото е числено равна на относителната атомна или молекулно теглона дадено вещество, ако размерът на а.м.е. се замени с единицата g/mol.

Количество вещество в смес от n газове

или
,

където v аз , н аз , м аз ,  аз - съответно количеството вещество, броят на молекулите, масата и моларната маса аз-тият компонент на сместа ( аз=1,2,…,н).

Уравнение на Менделеев - Клапейрон (уравнение на състоянието на идеалния газ)

,

където T - маса газ,  - моларна маса на газа, Р - универсална газова константа, ν - количество вещество, T - термодинамична температура.

Експериментални газови закони, които са специални случаи на уравнението на Менделеев-Клапейрон за изопроцеси:

а) Закон на Бойл-Мариот (изотермичен процес: T= const, м= const)

или за двете състояния на газа, означени с числата 1 и 2,

,

б) Закон на Гей-Люсак (изобарен процес: Р= const, м= const)

или за два щата
,

в) закон на Чарлз (изохорен процес: V= const, м= const)

или за два щата
,

г) законът за комбинирания газ ( м= const)

или за два щата
.

Нормалните условия означават налягане стр o \u003d 1 atm (1,013  10 5 Pa), температура 0 o C ( T=273 K).

Закон на Далтон, който определя налягането на сместа н газове.

,

където стр аз - парциални налягания на компонентите на сместа ( аз=1,2,…,н). Парциалното налягане е налягането на газ, което този газ би произвел, ако той сам беше в съда, зает от сместа.

Моларна маса на смес от n газове

.

Масова част аз-ти компонент на газовата смес (в части от единица или процент)

,

където T - тегло на сместа.

Молекулна концентрация

,

където н - броят на молекулите, съдържащи се в дадена система;  е плътността на материята в системата; V-обем на системата. Формулата е валидна не само за газове, но и за всяко агрегатно състояние на материята.

Уравнение на Ван дер Ваалс за реален газ

,

където аи b- коефициенти на Ван дер Ваалс

За идеален газ уравнението на Ван дер Ваалс се превръща в уравнението на Менделеев-Клапейрон.

Основни уравнения на молекулярно-кинетичната теория на газовете

,

където  p  е средната кинетична енергия на постъпателното движение на молекулата.

Относителните маси на атомите и молекулите се определят с помощта на D.I. Менделеевите стойности на атомните маси. В същото време, когато се извършват изчисления за образователни цели, стойностите на атомните маси на елементите обикновено се закръглят до цели числа (с изключение на хлора, атомна масакоето се приема равно на 35,5).

Пример 1 Относителна атомна маса на калций И ​​r (Са)=40; относителна атомна маса на платината И r (Pt)=195.

Относителната маса на една молекула се изчислява като сбор от относителните атомни маси на атомите, които изграждат тази молекула, като се вземе предвид количеството на тяхното вещество.

Пример 2. Относителна моларна маса на сярна киселина:

M r (H 2 SO 4) \u003d 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) \u003d 2 · 1 + 32 + 4· 16 = 98.

Абсолютните маси на атомите и молекулите се намират, като масата на 1 мол вещество се раздели на числото на Авогадро.

Пример 3. Определете масата на един атом калций.

Решение.Атомната маса на калция е And r (Ca)=40 g/mol. Масата на един калциев атом ще бъде равна на:

m (Ca) \u003d A r (Ca) : N A \u003d 40: 6,02 · 10 23 = 6,64· 10-23 години

Пример 4 Определете масата на една молекула сярна киселина.

Решение.Моларната маса на сярната киселина е M r (H 2 SO 4) = 98. Масата на една молекула m (H 2 SO 4) е:

m (H 2 SO 4) \u003d M r (H 2 SO 4) : NA = 98: 6,02 · 10 23 = 16,28· 10-23 години

2.10.2. Изчисляване на количеството материя и изчисляване на броя на атомните и молекулярните частици от известни стойности на маса и обем

Количеството на дадено вещество се определя чрез разделяне на неговата маса, изразена в грамове, на неговата атомна (моларна) маса. Количеството вещество в газообразно състояние при n.o. се намира, като обемът му се раздели на обема на 1 mol газ (22,4 l).

Пример 5 Определете количеството натриево вещество n(Na) в 57,5 ​​g метален натрий.

Решение.Относителната атомна маса на натрия е And r (Na)=23. Количеството вещество се намира чрез разделяне на масата на металния натрий на неговата атомна маса:

n(Na)=57,5:23=2,5 mol.

Пример 6 . Определете количеството на азотното вещество, ако неговият обем при н.о. е 5,6 литра.

Решение.Количеството азотно вещество n(N 2) намираме, като разделим обема му на обема на 1 mol газ (22,4 l):

n(N 2) \u003d 5,6: 22,4 \u003d 0,25 mol.

Броят на атомите и молекулите в дадено вещество се определя чрез умножаване на броя на атомите и молекулите в веществото по числото на Авогадро.

Пример 7. Определете броя на молекулите, съдържащи се в 1 kg вода.

Решение.Количеството водно вещество се намира, като се раздели неговата маса (1000 g) на моларната маса (18 g / mol):

n (H 2 O) \u003d 1000: 18 \u003d 55,5 mol.

Броят на молекулите в 1000 g вода ще бъде:

N (H 2 O) = 55,5 · 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .

Пример 8. Определете броя на атомите, съдържащи се в 1 литър (н.о.) кислород.

Решение.Количеството кислородно вещество, чийто обем при нормални условия е 1 литър, е равно на:

n(O 2) \u003d 1: 22,4 \u003d 4,46 · 10 -2 mol.

Броят на кислородните молекули в 1 литър (N.O.) ще бъде:

N (O 2) \u003d 4,46 · 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .

Трябва да се отбележи, че на 26.09 · 10 22 молекули ще се съдържат в 1 литър от всеки газ при n.o. Тъй като молекулата на кислорода е двуатомна, броят на кислородните атоми в 1 литър ще бъде 2 пъти по-голям, т.е. 5.38 · 10 22 .

2.10.3. Изчисляване на средната моларна маса на газовата смес и обемна фракция
газовете, които съдържа

Средната моларна маса на газова смес се изчислява от моларните маси на съставните газове на тази смес и техните обемни фракции.

Пример 9. Ако приемем, че съдържанието (в обемни проценти) на азот, кислород и аргон във въздуха е съответно 78, 21 и 1, изчислете средната моларна маса на въздуха.

Решение.

М въздух = 0,78 · Mr(N2)+0.21 · Mr(02)+0.01 · M r (Ar) = 0,78 · 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96

Или приблизително 29 g/mol.

Пример 10. Газовата смес съдържа 12 l NH3, 5 l N 2 и 3 l Н2 измерено при н.о. Изчислете обемните фракции на газовете в тази смес и нейната средна моларна маса.

Решение.Общият обем на сместа от газове е V=12+5+3=20 l. Обемните части j на газовете ще бъдат равни:

ф(NH3)= 12:20=0.6; φ(N 2)=5:20=0.25; ф(Н2)=3:20=0,15.

Средната моларна маса се изчислява въз основа на обемните фракции на съставните газове на тази смес и техните молекулни маси:

М=0,6 · М (NH3) + 0.25 · M(N2)+0,15 · M (H 2) \u003d 0,6 · 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.

2.10.4. Изчисляване на масовата част на химичен елемент в химично съединение

Масовата част ω на химичен елемент се определя като съотношението на масата на атом на даден елемент X, съдържащ се в дадена маса на вещество, към масата на това вещество m. Масовата част е безразмерна величина. Изразява се в части от единица:

ω(X) = m(X)/m (0<ω< 1);

или в проценти

ω(X),%= 100 m(X)/m (0%<ω<100%),

където ω(X) е масовата част на химичния елемент X; m(X) е масата на химичния елемент X; m е масата на веществото.

Пример 11. Изчислете масовата част на манган в манганов (VII) оксид.

Решение.Моларните маси на веществата са равни: M (Mn) \u003d 55 g / mol, M (O) = 16 g / mol, M (Mn 2 O 7) \u003d 2M (Mn) + 7M (O) = 222 g / mol. Следователно масата на Mn 2 O 7 с количеството вещество 1 mol е:

m(Mn 2 O 7) = M(Mn 2 O 7) · n(Mn 2 O 7) = 222 · 1 = 222

От формулата Mn 2 O 7 следва, че количеството вещество на мангановите атоми е два пъти по-голямо от количеството вещество на мангановия оксид (VII). означава,

n(Mn) \u003d 2n (Mn 2 O 7) \u003d 2 mol,

m(Mn)= n(Mn) · M(Mn) = 2 · 55 = 110 g.

Така масовата част на манган в манганов (VII) оксид е:

ω(X)=m(Mn) : m(Mn 2 O 7) = 110:222 = 0,495 или 49,5%.

2.10.5. Установяване на формулата на химично съединение по неговия елементен състав

Най-простата химична формула на веществото се определя въз основа на известните стойности на масовите фракции на елементите, които съставляват това вещество.

Да предположим, че има проба от вещество Na x P y O z с маса m o g. Помислете как се определя неговата химична формула, ако количествата на веществото на атомите на елементите, техните маси или масови фракции в известната маса на веществото е известно. Формулата на веществото се определя от съотношението:

x: y: z = N(Na) : N(P) : N(O).

Това съотношение не се променя, ако всеки от членовете му се раздели на числото на Авогадро:

x: y: z = N(Na)/NA A: N(P)/NA A: N(O)/NA A = ν(Na) : ν(P) : ν(O).

По този начин, за да се намери формулата на веществото, е необходимо да се знае съотношението между количествата вещества на атоми в същата маса на веществото:

x: y: z = m(Na)/M r (Na) : m(P)/M r (P) : m(O)/M r (O).

Ако разделим всеки член от последното уравнение на масата на пробата m o , тогава получаваме израз, който ни позволява да определим състава на веществото:

x: y: z = ω(Na)/M r (Na) : ω(P)/M r (P) : ω(O)/M r (O).

Пример 12. Веществото съдържа 85,71 тегл. % въглерод и 14,29 тегл. % водород. Моларната му маса е 28 g/mol. Определете най-простите и верни химични формули на това вещество.

Решение.Съотношението между броя на атомите в молекула C x H y се определя чрез разделяне на масовите фракции на всеки елемент на неговата атомна маса:

x: y \u003d 85,71 / 12: 14,29 / 1 \u003d 7,14: 14,29 \u003d 1: 2.

Така най-простата формула на веществото е CH2. Най-простата формула на веществото не винаги съвпада с истинската му формула. В този случай формулата CH 2 не съответства на валентността на водородния атом. За да намерите истинската химична формула, трябва да знаете моларната маса на дадено вещество. В този пример моларната маса на веществото е 28 g/mol. Разделяйки 28 на 14 (сумата от атомните маси, съответстващи на формулната единица CH 2), получаваме истинското съотношение между броя на атомите в молекулата:

Получаваме истинската формула на веществото: C 2 H 4 - етилен.

Вместо моларна маса за газообразни вещества и пари, в условието на задачата може да се посочи плътността за всеки газ или въздух.

В разглеждания случай плътността на газа във въздуха е 0,9655. Въз основа на тази стойност може да се намери моларната маса на газа:

M = M въздух · D въздух = 29 · 0,9655 = 28.

В този израз M е моларната маса на газа C x H y, M air е средната моларна маса на въздуха, D air е плътността на газа C x H y във въздуха. Получената стойност на моларната маса се използва за определяне на истинската формула на веществото.

Условието на проблема може да не показва масовата част на един от елементите. Намира се като от единица (100%) се извадят масовите дялове на всички останали елементи.

Пример 13 Органично съединение съдържа 38,71 тегл. % въглерод, 51,61 тегл. % кислород и 9,68 тегл. % водород. Определете истинската формула на това вещество, ако неговата плътност на кислородните пари е 1,9375.

Решение.Изчисляваме съотношението между броя на атомите в молекулата C x H y O z:

x: y: z = 38,71/12: 9,68/1: 51,61/16 = 3,226: 9,68: 3,226 = 1:3:1.

Моларната маса M на веществото е:

M \u003d M (O 2) · D(O2) = 32 · 1,9375 = 62.

Най-простата формула на вещество е CH 3 O. Сумата от атомните маси за тази формулна единица ще бъде 12+3+16=31. Разделете 62 на 31 и получете истинското съотношение между броя на атомите в молекулата:

x:y:z = 2:6:2.

Така истинската формула на веществото е C 2 H 6 O 2. Тази формула съответства на състава на двувалентен алкохол - етиленгликол: CH 2 (OH) -CH 2 (OH).

2.10.6. Определяне на моларната маса на веществото

Моларната маса на дадено вещество може да се определи въз основа на неговата плътност на газовите пари с известна моларна маса.

Пример 14 . Плътността на парите на някои органични съединения по отношение на кислорода е 1,8125. Определете моларната маса на това съединение.

Решение.Моларната маса на неизвестно вещество M x е равна на произведението на относителната плътност на това вещество D от моларната маса на веществото M, според което се определя стойността на относителната плътност:

M x = D · М = 1,8125 · 32 = 58,0.

Веществата с установената стойност на моларната маса могат да бъдат ацетон, пропионалдехид и алилов алкохол.

Моларната маса на газ може да се изчисли, като се използва стойността на неговия моларен обем при n.c.

Пример 15. Маса на 5,6 литра газ при н.о. е 5,046 г. Изчислете моларната маса на този газ.

Решение.Моларният обем на газа при n.s. е 22,4 литра. Следователно моларната маса на желания газ е

М = 5,046 · 22,4/5,6 = 20,18.

Желаният газ е неон Ne.

Уравнението на Клапейрон-Менделеев се използва за изчисляване на моларната маса на газ, чийто обем е даден при ненормални условия.

Пример 16 При температура 40 ° C и налягане 200 kPa, масата на 3,0 литра газ е 6,0 g. Определете моларната маса на този газ.

Решение.Замествайки известните количества в уравнението на Клапейрон-Менделеев, получаваме:

М = mRT/PV = 6.0 · 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.

Разглежданият газ е ацетилен C 2 H 2.

Пример 17. Изгарянето на 5,6 l (N.O.) въглеводород дава 44,0 g въглероден диоксид и 22,5 g вода. Относителната плътност на въглеводорода по отношение на кислорода е 1,8125. Определете истинската химична формула на въглеводорода.

Решение.Уравнението на реакцията за изгаряне на въглеводороди може да бъде представено по следния начин:

C x H y + 0,5 (2x + 0,5 y) O 2 \u003d x CO 2 + 0,5 y H 2 O.

Количеството въглеводород е 5,6:22,4=0,25 mol. В резултат на реакцията се образуват 1 mol въглероден диоксид и 1,25 mol вода, която съдържа 2,5 mol водородни атоми. При изгаряне на въглеводород с количество вещество от 1 мол се получават 4 мола въглероден диоксид и 5 мола вода. Така 1 mol въглеводород съдържа 4 mol въглеродни атоми и 10 mol водородни атоми, т.е. химична формула на въглеводорода C 4 H 10 . Моларната маса на този въглеводород е M=4 · 12+10=58. Относителната му кислородна плътност D=58:32=1,8125 съответства на дадената в условието на задачата стойност, което потвърждава верността на намерената химична формула.