Материал: Химия. учебное пособие. Вострикова Г.Ю., Хорохордина Е.А
Молярный объем связан с объемом газа (V) и его количеством (ν) соотношением
(1.3)
Второе следствие закона Авогадро. Относительная плотность одного газа по другому (D2(1)) равна отношению их молярных масс:
.
(1.4)
Зная массу газа в определенном объеме, можно вычислить его молярную массу:
(1.5)
где М – молярная масса газа, г/моль;
m – масса газа, г;
V0 – объем газа (н.у.), л;
Vm – молярный объем.
Выражение m:V0 представляет собой массу единицы объема газа (н.у.), т.е. его абсолютную плотность ρ (г/л; кг/м3).
Молярная масса газа из (1.5) равна
(1.6)
Чтобы вести расчеты при других условиях, нужно воспользоваться объединенным газовым уравнением и привести параметры газа к нормальным условиям (н.у.):
(1.7)
где p, V, T – условия опыта; p0, V0, T0 – нормальные условия.
Взаимосвязь между количеством газообразного вещества и его параметрами выражается уравнением Менделеева-Клапейрона:
(1.8)
где
р
– давление, Па; V
– объем, м3;
–
количество вещества, моль; m
– масса, г; M
– молярная масса, г/моль; R
– универсальная газовая постоянная,
равная 8,314 Дж/моль∙K.
Молярная масса вещества может быть определена экспериментально с использованием приведенных формул и закономерностей. Например, по уравнению Менделеева – Клапейрона (1.4):
(1.9)
где m, T, р, V заданные параметры системы. Можно найти М по абсолютной (ρ) или относительной (D) плотности газа. Абсолютная плотность – это масса 1 л газа при нормальных условиях, откуда
M = ρ · VM = ρ · 22,4. (1.10)
Относительная плотность газа (D) показывает, во сколько раз масса одного газа больше или меньше массы другого газа, взятых в одинаковых объемах и при одинаковых условиях (р и Т),
.
(1.11)
Если молярная масса одного из газов известна (например, M2), тогда
М1 = D ∙ М2 . (1.12)
Наиболее часто используют плотность газа по воздуху, среднюю молярную массу которого считают 29 г/моль:
Массовая доля вещества в смеси (ω) – отношение массы вещества к массе всей смеси:
.
(1.13)
Массовой долей выхода продукта реакции η называется отношение массы фактически полученного продукта (m факт.) к массе вещества, которое должно получиться теоретически (mтеор.):
(1.14)
Число частиц в определенном количестве вещества (N) может быть определено из соотношения
.
(1.15)
Валентность – число связей, которые данный атом образует с другими атомами в химическом соединении. Некоторые элементы во всех своих соединениях проявляют постоянную валентность, другие – различную.
Некоторые элементы с постоянной валентностью (В):
В = I: Н, Li, Na, K, F;
В = II: O, Be, Mg, Ca, Ba, Zn;
В = III: В, Al.
Для остальных элементов валентность в сложных соединениях определяется в соответствии с правилом валентности: произведение валентности элемента А на число его атомов равно произведению валентности элемента В на число его атомов.
Например,
для соединения
:
x · m = y · n, (1.16)
где x – валентность элемента А в соединении;
у – валентность элемента В в соединении;
m – число атомов элемента А;
n – число атомов элемента В.
Закон эквивалентов. Массы взаимодействующих веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов: А + В → С + F
.
(1.17)
Эквивалентом вещества (Э, г/моль) называют такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.
Эквивалент сложного вещества(Э, моль) – это такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества.
Эквивалентной массой или молярной массой эквивалента (МЭ, г/моль) называют массу одного моля эквивалентов и выражают в г/моль. Молярная масса эквивалента элемента МЭ определяется отношением молярной массы атома к его валентности (В), которую он проявляет в данном соединении:
(1.18)
Эквивалент сложного вещества – это такое его количество, которое взаимодействует с одним эквивалентом любого другого вещества.
Молярная масса эквивалента оксида:
(1.19)
где В – валентность атома; n – число атомов в молекуле.
Молярная масса эквивалента кислоты:
.
(1.20)
Молярная масса эквивалента основания:
.
(1.21)
Молярная масса эквивалента соли:
.
(1.22)
Решение типовых задач
Задача 1. Определите молярные массы эквивалентов элементов в соединениях N+2O–2, H2+1S–2, H+1I–1 .
Решение
Задача 2. Рассчитайте молярные массы эквивалентов соединений H2SO4, Fe(OH)3 и Al2(SO4)3.
Решение
Задача 3. Рассчитайте молярные массы эквивалента Mg(OH)2 в следующих реакциях:
Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O (a),
Mg(OH)2 + HCl → Mg(OH)Cl + H2O (б).
Решение MЭ(HCl) = M(HCl) = 36,5 г/моль, так как HCl - одноосновная кислота. Все вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Отсюда следует, что в реакции (а) на 2 эквивалента HCl приходится 2 эквивалента Mg(OH)2, поэтому
В реакции (б) на 1 эквивалент HCl приходится 1 эквивалент Mg(OH)2, отсюда следует, что МЭ (Mg(OH)2) = М (Mg(OH)2) = 58 г/моль.
Задача 4. Взаимодействие алюминия с раствором соляной кислоты протекает по следующей реакции:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑.
В реакции участвуют 2,7 кг алюминия. Рассчитайте объем водорода, выделившегося в ходе реакции, протекающей при нормальных условиях, а также при температуре 28 оС и давлении 102 кПа; абсолютную плотность водорода и плотность водорода по воздуху; массу образовавшегося хлорида алюминия и массовую долю алюминия в нем.
Решение. Реакция протекает по уравнению
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑.
Определим молярные массы, количество моль и соответствующие им массы участвующих в реакции веществ.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑.