Основы количественных химических расчетов

ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Универсальные способы измерения количества вещества

1. Универсальной мерой для любых веществ (не зависимо от их вида) является масса m, измеряемая [ кг ]; [ г ]; [ т ]; [ мг ] и т.д.

2. Количество жидкости может быть измерено величинами массы (m ) и объема (V). Единицы измерения объема – [м³];   [л]; [мл]  (“литр” – специальное название кубического дециметра.)

 [см³]=[мл]. Переход от массы к объёму (или от объёма к массе) осуществляется через плотность r - массу единицы объёма раствора:

      r = m/V [г/мл];  m = r ·V;  V = m/r.

 Моль – индивидуальная количественная характеристика вещества. Измерение количества вещества числом моль

Моль – Авогадрово число (6,02×10²³) частиц данного вида;

количество граммов вещества, численно равное атомной или молекулярной массе данного вещества.

Обозначается М(В), где В – вид вещества, о количестве которого идет речь.

Молекулярные массы (М_r) сложных веществ вычисляются с использованием округленных целочисленных значений атомных масс элементов (А_r) из Таблицы Д.И. Менделеева, где они приведены в [а.е.м.] – в атомных единицах массы (1/12 массы атома изотопа ¹²₆С).

Термин “моль “ –  не склоняется: 2 моль; 5 моль; 0,1 моль и т.д.

3.2.1. Специфически химический способ измерения количества вещества – числом моль n_(в) = m_(в)  /М_(в).

            Соответствующие пересчёты осуществляются по формулам:

m_(в) =n_(в)× M_(в);     M_(в) = m_(в) / n_(в).

3.2.1. Для газов  используется измерение их количества числом мольных объёмов (при н.у. 22,4 л/моль – следствие закона А. Авогадро).

n_(газа)=V⁰_(газа) / 22,4;    V_(газа)= n_(газа)·22,4;

(Здесь V⁰ –объём газа, измеренный при нормальных условиях – 0⁰С и 1 атм).

3.2.2.Количество вещества может быть измерено:

(а) числом частиц (атомов, молекул);

(б) числом моль этого вещества;

(в) числом граммов ([кг] и т. д.);

(г) числом мольных объёмов газа (см. табл.3).

Подстрочный индекс “r” в символах А_r и М_r – первая буква лат. relative -  относительный, - соответственно, относительные атомная и молекулярная массы. Следует подчеркнуть, что при измерении количества вещества числом моль обязательно указывается вид вещества, о количестве которого идет речь, т.к. молярная масса у каждого вещества – своя.

          Мольный объём газа – универсальная  мера количества любого газа.

Пересчеты количества различных веществ

М(В)	Масса m=n×M(в)	Число моль n=m/M	Число частиц N=n´6,02´1023	Объём газа V0=n(моль)´22,4л/моль
М (Н2)= =2г/моль	1 моль´2г/моль= = 2 [г]		6,02´1023 (молекул Н2)	22.4[л]
М(Na)= =23г/моль	3 моль´23г/моль= = 69 [г]		3´6,02´1023= =1,8´1024 (атомов Na)	- (тв. Вещество)
М(СН4)= =16г/моль	0,5 моль´ 16г/моль= 8 [г]		0,5´6,02´1023= =3,01´1023 (молекул СН4)	0,5моль´22,4л/моль= =11,2[л]
М(С8Н18)= =114г/моль	8,77 моль´114г/моль= = 1000 [г]		8,77´6,02´1023= =5,28´1024 (молекул С8Н18)	- (жидкость)
М(С2Н4)= =28г/моль	44,64 моль´114г/моль= = 1249/9 [г]		44,64´6,02´1023= =2,69´1025 (молекул С2Н4)	44,64моль´22,4л/моль=1000[л]

          В каждой строчке таблицы 3 – одно и тоже количество вещества, измеренное четырьмя различными способами.

Количественная информация из химического символа, формулы и уравнения

Химический символ  (здесь: C).

1)  Вид элемента (углерод).

2)  Один атом или один моль атомов С.

3)  Относительная атомная масса А_r(C) =12 [а.е.м.].

4)  Молярная (масса одного моль атомов углерода)

М(С) = 12 [г/моль].

Химическая формула (здесь: С₃Н₈).

1)  Качественный состав молекулы (С и Н).

2)  Количественный состав молекулы (три атома С и восемь атомов Н).

3)  Одна молекула или один моль молекул С₃Н₈.

4)  Относительная молекулярная масса.

М_r(С₃Н₈) = 3´12 + 8 = 44 [а.е.м.].

5)  Молярная масса М (С₃Н₈) = 44 г/моль.

Химическое уравнение.

С₃Н₈ + 5 О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О_(ж).

1)  Вид реагентов (С₃Н₈ и О₂) и вид продуктов (СО₂ и Н₂О) реакции.

2)  Количественное их соотношение по числу молекул и по числу моль ( один С₃Н₈ и пять О₂; три СО₂ и четыре Н₂О).

3)  Демонстрация закона сохранения массы:

44 г (С₃Н₈) + 5´32г (О₂) = 3´44г (СО₂) + 4´18г (Н₂О)

                    204г реагентов = 204г продуктов

Расчеты по химическим формулам и уравнениям

Эти расчеты проводятся путем составления и последующего решения х и м и ч е с к о й  п р о п о р ц и и:

1^я строка  - сведения из химической  формулы или уравнения.

2^я строка  - искомая величина (х) и цифра из условия задачи.

          При составлении пропорции соблюдаются два условия:

а) Друг под другом в пропорции должны стоять цифры, относящиеся к одному и тому же веществу;

б) У этих цифр (стоящих в пропорции друг под другом) должны быть одинаковые размерности.

          Желательно перед решением задачи сделать компактную запись условия, включив в перечень данных величин молярные массы тех участников реакции, о массах которых идет речь в условии. Ответы удобно показать в компактной записи условия.