Цель:
Познакомить учащихся с понятиями «количество вещества», «молярная масса» дать представление о постоянной Авогадро. Показать взаимосвязь количества вещества, числа частиц и постоянной Авогадро, а также взаимосвязь молярной массы, массы и количества вещества. Научить производить расчёты.

1)Что такое количество вещества?
2) Что такое моль?
3)Сколько структурных единиц содержится в 1 моле?
4) Через какие величины можно определить количество вещества?
5) Что такое молярная масса, с чем численно совпадает?
6)Что такое молярный объем?

Количество вещества - физическая величина, которая означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов) Обозначается n (эн) измеряется в международной системе единиц (Си) моль
Число Авогадро - показывает число частиц в 1 моль вещества Обозначается NA измеряется в моль-1 имеет числовое значение 6,02*10^23
Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе. Молярная масса - физическая величина, которая показывает массу в 1 моля вещества Обозначается М измеряется в г/моль М = m/n
Молярный объем - физическая величина, которая показывает объем, который занимает любой газ количеством вещества 1 моль Обозначается Vm измеряется в л/моль Vm = V/n При н.у. Vm=22,4л/моль
МОЛЬ - это КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА, равное 6,02 . 10 23 структурных единиц данного вещества – молекул (если вещество состоит из молекул), атомов (если это атомарное вещество), ионов (если вещество является ионным соединением).
1 моль (1 М) воды = 6 . 10 23 молекул Н 2 О,

1 моль (1 М) железа = 6 . 10 23 атомов Fe,

1 моль (1 М) хлора = 6 . 10 23 молекул Cl 2 ,

1 моль (1 М) ионов хлора Cl - = 6 . 10 23 ионов Cl - .

1 моль (1 М) электронов е - = 6 . 10 23 электронов е - .

Задачи:
1)Сколько молей кислорода содержится в 128 г кислорода?

2) При грозовых разрядах в атмосфере происходит следующая реакция: N 2 + O 2 ® NO 2 . Уравняйте реакцию. Сколько молей кислорода потребуется для полного превращения 1 моля азота в NO 2 ? Сколько это будет граммов кислорода? Сколько граммов NO 2 образуется?

3) В стакан налили 180 г воды. Сколько молекул воды в стакане? Сколько это молей H 2 O?

4)Смешали 4 г водорода и 64 г кислорода. Смесь взорвали. Сколько граммов воды получилось? Сколько граммов кислорода осталось не израсходованным?

Домашнее задание: параграф 15, упр. 1-3,5

Молярный объем газообразных веществ.
Цель: образовательная – систематизировать знания учащихся о понятиях количество вещества, число Авогадро, молярная масса, на их основе сформировать представление о молярном объеме газообразных веществ; раскрыть сущность закона Авогадро и его практического применения;

развивающая – формировать способность к адекватному самоконтролю и самооценке; развивать умение логически мыслить, выдвигать гипотезы, делать аргументированные выводы.

Ход урока:
1.Организационный момент.
2.Объявление темы и целей урока.

3.Актуализация опорных знаний
4.Решение задач

Закон Авогадро – это один из самых важных законов химии (сформулирован Амадео Авогадро в 1811г), гласящий, что «в равных объемах разных газов, которые взяты при одинаковом давлении и температуре, содержится одинаковое число молекул».

Молярный объем газов – объем газа, содержащий 1 моль частиц этого газа.

Нормальные условия – температура 0 С (273 K) и давление 1 атм (760 мм ртутного столба или 101 325 Па).

Ответьте на вопросы:

1. Что называется атомом? (Атом – самая мелкая химически неделимая часть химического элемента, которая является носителем его свойств).

2. Что такое моль? (Моль - это количества вещества, которое равно 6,02.10^23 структурных единиц этого вещества – молекул, атомов, ионов. Это количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода).

3. В чем измеряется количество вещества? (В моль).

4. В чем измеряется масса вещества? (Масса вещества измеряется в граммах).

5. Что такое молярная масса и в чем она измеряется? (Молярная масса – это масса 1 моль вещества. Она измеряется в г/моль).

Следствия закона Авогадро.

Из закона Авогадро вытекают 2 следствия:

1. Один моль любого газа занимает одинаковый объем при одинаковых условиях. В частности, при нормальных условиях, т. е. при 0 °C (273К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа равен 22,4 л. Этот объём называют молярным объёмом газа Vm. Пересчитать эту величину на другие температуру и давление можно с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона (Рисунок 3).

Молярный объем газа при нормальных условиях - фундаментальная физическая постоянная, широко используемая в химических расчетах. Она позволяет применять объем газа вместо его массы. Значение молярного объема газа при н.у. является коэффициентом пропорциональности между постоянными Авогадро и Лошмидта

2. Молярная масса первого газа равна произведению массы молярной второго газа на относительную плотность по второму первого газа. Это положение имело огромное значение для развития химии, т.к. оно дало возможность определять частичный вес тел, которые способны переходить в парообразное или газообразное состояние. Следовательно, отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа, взятого при тех же условиях, называется плотностью первого газа по второму

1. Заполните пропуски:

Молярный объем - это физическая величина, которая показывает....................., обозначается...................., измеряется в...................... .

2. Запишите формулу по правилу.

Объем газообразного вещества (V) равен произведению молярного объема

(Vm) на количество вещества (n) ............................. .

3. Используя материал задания 3, выведите формулы для расчета:

а) объема газообразного вещества.

б) молярного объема.

Домашнее задание: параграф 16,упр. 1-5

Решение задач на вычисление количества вещества, массы и объема.

Обобщение и систематизация знаний по теме «Простые вещества»
Цель: обобщить и систематизировать знания обучающихся об основных классах соединений
Ход работы:

1)Организационный момент

2) Обобщение изученного материала:

а)Устный опрос по теме урока

б) Выполнение задания 1 (нахождение оксидов, оснований, кислот, солей среди заданных веществ)

в) Выполнение задания 2 (составление формул оксидов, оснований, кислот, солей)

3. Закрепление (самостоятельная работа)

5. Домашнее задание

2)
а)
- На какие две группы можно разделить вещества?

Какие вещества называются простыми?

На какие две группы делятся простые вещества?

Какие вещества называются сложными?

Какие сложные вещества известны?

Какие вещества называются оксидами?

Какие вещества называются основаниями?

Какие вещества называются кислотами?

Какие вещества называются солями?

б)
Выписать отдельно оксиды, основания, кислоты, соли:

KOH, SO 2 , HCI, BaCI 2 , P 2 O 5 ,

NaOH, CaCO 3 , H 2 SO 4 , HNO 3 ,

MgO, Ca(OH) 2 , Li 3 PO 4

Назвать их.

в)
Составить формулы оксидов, соответствующих основаниям и кислотам:

Гидроксид калия-оксид калия

Гидроксид железа(III)-оксид железа(III)

Фосфорная кислота-оксид фосфора(V)

Серная кислота-оксид серы(VI)

Составить формулу соли нитрата бария; по зарядам ионов, степени окисления элементов записать

формулы соответствующих гидроксидов, оксидов, простых веществ.

1. Степень окисления серы равна +4 в соединении:

2. К оксидам относится вещество:

3. Формула сернистой кислоты:

4. Основанием является вещество:

5. Соль K 2 CO 3 называется:

1- силикат калия

2- карбонат калия

3- карбид калия

4- карбонат кальция

6. В растворе какого вещества лакмус изменит окраску на красную:

2- в щелочи

3- в кислоте

Домашнее задание: повторить параграфы 13-16

Контрольная работа №2
«Простые вещества»

Степень окисления: бинарные соединения

Цель: научить составлять молекулярные формулы веществ, состоящих из двух элементов по степени окисления. продолжить закрепление навыка определения степени окисления элемента по формуле.
1. Степень окисления (с. о.) - это условный заряд атомов химического элемента в сложном веществе, вычисленный на основе предположения, что оно состоит из простых ионов.

Следует знать!

1) В соединениях с. о. водорода = +1, кроме гидридов .
2) В соединениях с. о. кислорода = -2, кроме пероксидов и фторидов
3) Степень окисления металлов всегда положительна.

Для металлов главных подгрупп первых трёх групп с. о. постоянна:
металлы IA группы - с. о. = +1,
металлы IIA группы - с. о. = +2,
металлы IIIA группы - с. о. = +3.
4) У свободных атомов и простых веществ с. о. = 0.
5) Суммарная с. о. всех элементов в соединении = 0.

2. Способ образования названий двухэлементных (бинарных) соединений.

3.

Задания:
Составьте формулы веществ по названию.

Сколько молекул содержится в 48 г оксида серы (IV)?

Степень окисления марганца в соединении К2МnO4 равна:

Максимальную степень окисления хлор проявляет в соединении, формула которого:

Домашнее задание: параграф 17, упр. 2,5,6

Оксиды. Летучие водородные соединения.
Цель: формирование знаний у учащихся о важнейших классах бинарных соединений – оксидах и летучих водородных соединениях.

Вопросы:
– Какие вещества называются бинарными?
– Что называется степенью окисления?
– Какую степень окисления будут иметь элементы, если они отдают электроны?
– Какую степень окисления будут иметь элементы, если они принимают электроны?
– Как определить, сколько электронов будут отдавать, или принимать элементы?
– Какую степень окисления будут иметь одиночные атомы или молекулы?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит сера?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит хлор?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит водород?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит азот?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит кислород?
Изучение новой темы:
– Что общего в этих формулах?
– Как будут называться такие вещества?

SiO 2 , H 2 O, CO 2 , AI 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CO.
Оксиды – широко распространенный в природе класс веществ неорганических соединений. К оксидам относят такие хорошо известные соединения, как:

Песок (диоксид кремния SiO2 с небольшим количеством примесей);

Вода (оксид водорода H2O);

Углекислый газ (диоксид углерода CO2 IV);

Угарный газ (CO II оксид углерода);

Глина (оксид алюминия AI2O3 с небольшим количеством других соединений);

Большинство руд черных металлов содержат оксиды, например красный железняк - Fe2O3 и магнитный железняк - Fe3O4.

Летучие водородные соединения - наиболее практически важная группа соединений с водородом. К ним относятся такие часто встречающиеся в природе или используемые в промышленности вещества, как вода, метан и другие углеводороды, аммиак, сероводород, галогеноводороды. Многие из летучих водородных соединений находятся в виде растворов в почвенных водах, в составе живых организмов, а также в газах, образующихся при биохимических и геохимических процессах, поэтому весьма велика их биохимическая и геохимическая роль.
В зависимости от химических свойств различают:

Солеобразующие оксиды:

o основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I-II;

o кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2): оксиды металлов со степенью окисления V-VII и оксиды неметаллов;

o амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3): оксиды металлов со степенью окисления III-IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);

Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.

Домашнее задание: параграф 18, упр.1,4,5

Основания.
Цель:
познакомить учащихся с составом, классификацией и представителями класса оснований

продолжить формирование знаний об ионах на примере сложных гидроксид-ионов

продолжить формирование знаний о степени окисления элементов, химической связи в веществах;

дать понятие о качественных реакциях и индикаторах;

формировать навыки обращения с химической посудой и реактивами;

формировать бережное отношение к своему здоровью.

Кроме бинарных соединений, существуют сложные вещества, например основания, которые состоят из трех элементов: металла, кислорода п водорода.
Водород и кислород в них входит в виде гидроксогруппы ОН -. Следовательно, гидроксогруппа ОН- представляет собой ион, только не простой, как Na+ или Сl-, а сложный - ОН- - гидроксид-ион.

Основания - это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и связанных с ними одного или нескольких гидроксид ионов.
Если заряд иона металла 1+, то, разумеется, с ионом металла связана одна гидроксогруппа ОН-, если 2+, то две и т. д. Следовательно, состав основании можно записать общей формулой: М(ОН)n, где М - металл, m - число групп ОН и в то же время заряд иона (степень окисления) металла.

Названия оснований состоят из слова гидроксид н наименования металла. Например, Na0Н - гидроксид натрия. Са(0Н)2 - гидроксид кальция.
Если же металл проявляет переменную степень окисления, то ее величину так же, как и для бинарных соединений, указывают римской цифрой в скобках и произносят в конце названия основания, например: СuОН - гидроксид меди (I), читается "гидроксид меди один"; Сг(ОН), - гидроксид меди (II), читается «гидроксид меди два».

По отношению к воде основания делятся на две группы: растворимые NaOH, Са(ОН)2, K0Н, Ва(ОН)? и нерастворимые Сг(ОН)7, Ке(ОН)2. Растворимые основания также называют щелочами. О том, растворимо основание или нерастворимо в воде, можно узнать с помощью таблицы "Растворимость оснований, кислот и солей в воде".

Гидроксид натрия NaОН - твердое белое вещество, гигроскопичное и поэтому расплывающееся на воздухе; хорошо растворяется в воде, при этом выделяется теплота. Раствор гидроксида натрия в воде мылкий на ощупь и очень едкий. Он разъедает кожу, ткани, бумагу и другие материалы. За это свойство гидроксид натрия получил название едкого натра. С гидроксидом натрия и его растворами надо обращаться осторожно, опасаясь, чтобы они не попали на одежду, обувь, а тем более на руки и лицо. На коже от этого вещества образуются долго не заживающие раны. NaОН применяют в мыловарении, кожевенной и фармацевтической промышленности.

Гидроксид калия КОН - тоже твердое белое вещество, хорошо растворимое в воде, с выделением большого количества теплоты. Раствор гидроксида калия, как и раствор едкого натра, мылок на ощупь и очень едок. Поэтому гидроксид калия иначе называют едкое кали. Применяют его в качестве добавки при производстве мыла, тугоплавкого стекла.

Гидроксид кальция Са(ОН)2 или гашеная известь, - рыхлый белый порошок, немного растворимый в воде (в таблице растворимости против формулы Са(ОН)а стоит буква М, что означает малорастворимое вещество). Получается при взаимодействии негашеной извести СаО с водой. Этот процесс называют гашением. Гидроксид кальция применяют в строительстве при кладке и штукатурке стен, для побелки деревьев, для получения хлорной извести, которая является дезинфицирующим средством.

Прозрачный раствор гидроксида кальция называется известковой водой. При пропускании через известковую воду СО2 она мутнеет. Такой опыт служит для распознавания углекислого газа.

Реакции, с помощью которых распознают определенные химические вещества, называют качественными реакциями.

Для щелочей тоже существуют качественные реакции, с помощью которых растворы щелочей можно распознать среди растворов других веществ. Это реакции щелочей с особыми веществами - индикаторами (лат. «указателями»). Если к раствору щелочи добавить несколько капель раствора индикатора, то он изменит свой цвет

Домашнее задание: параграф 19 , упр.2-6, таблица 4

Массу 1 моль вещества называют молярной. А как называют объём 1 моль вещества? Очевидно, что и его называют молярным объёмом.

Чему равен молярный объём воды? Когда мы отмеривали 1 моль воды, мы не взвешивали на весах 18 г воды - это неудобно. Мы пользовались мерной посудой: цилиндром или мензуркой, так как знали, что плотность воды равна 1 г/мл. Поэтому молярный объём воды равен 18 мл/моль. У жидкостей и твёрдых веществ молярный объём зависит от их плотности (рис. 52, а). Другое дело у газов (рис. 52, б).

Рис. 52.
Молярные объёмы (н. у.):
а - жидкостей и твёрдых веществ; б - газообразных веществ

Если взять 1 моль водорода Н 2 (2 г), 1 моль кислорода O 2 (32 г), 1 моль озона O 3 (48 г), 1 моль углекислого газа СO 2 (44 г) и даже 1 моль водяных паров Н 2 O (18 г) при одинаковых условиях, например нормальных (в химии принято называть нормальными условиями (н. у.) температуру 0 °С и давление 760 мм рт. ст., или 101,3 кПа), то окажется, что 1 моль любого из газов займёт один и тот же объём, равный 22,4 л, и содержит одинаковое число молекул - 6 × 10 23 .

А если взять 44,8 л газа, то какое количество вещества его будет взято? Конечно же 2 моль, так как заданный объём вдвое больше молярного. Следовательно:

где V - объём газа. Отсюда

Молярный объём - это физическая величина, равная отношению объёма вещества к количеству вещества.

Молярный объём газообразных веществ выражается в л/моль. Vm - 22,4 л/моль. Объём одного киломоля называют киломолярным и измеряют в м 3 /кмоль (Vm = 22,4 м 3 /кмоль). Соответственно миллимолярныи объём равен 22,4 мл/ммоль.

Задача 1. Найдите массу 33,6 м 3 аммиака NH 3 (н. у.).

Задача 2. Найдите массу и объём (н. у.), который имеют 18 × 10 20 молекул сероводорода H 2 S.

При решении задачи обратим внимание на число молекул 18 × 10 20 . Так как 10 20 в 1000 раз меньше 10 23 , очевидно, расчёты следует вести с использованием ммоль, мл/ммоль и мг/ммоль.

Ключевые слова и словосочетания

1. Молярный, миллимолярный и киломолярный объёмы газов.
2. Молярный объём газов (при нормальных условиях) равен 22,4 л/моль.
3. Нормальные условия.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

1. Найдите массу и число молекул при н. у. для: а) 11,2 л кислорода; б) 5,6 м 3 азота; в) 22,4 мл хлора.
2. Найдите объём, который при н. у. займут: а) 3 г водорода; б) 96 кг озона; в) 12 × 10 20 молекул азота.
3. Найдите плотности (массу 1 л) аргона, хлора, кислорода и озона при н. у. Сколько молекул каждого вещества будет содержаться в 1 л при тех же условиях?
4. Рассчитайте массу 5 л (н. у.): а) кислорода; б) озона; в) углекислого газа СO 2 .
5. Укажите, что тяжелее: а) 5 л сернистого газа (SO 2) или 5 л углекислого газа (СO 2); б) 2 л углекислого газа (СO 2) или 3 л угарного газа (СО).

Количество вещества. Молярная масса. Молярный объем газа. Закон Авогадро
Из курса физики мы знаем о таких физических величинах, как масса, объём и плотность. При помощи этих величин легко характеризовать вещества. Например, мы идём в магазин и покупаем 1 кг сахара или литровую бутылку минеральной воды. Но оказывается, что этих величин недостаточно, если необходимо рассмотреть вещество с точки зрения числа частиц. Сколько молекул сахара содержится в 1 кг сахара? А сколько молекул воды в литровой бутылке? А в одной капле? Ответ на этот вопрос можно получить, если знать ещё об одной физической величине, которая называется количество вещества. Точное число молекул посчитать сложно, но если считать не штуками, а порциями, то задача упрощается. Например, мы никогда не покупаем в магазине спички поштучно, но купив одну порцию спичек – коробок, знаем, что там 100 штук. И салфетки мы тоже поштучно не покупаем, но купив пачку салфеток, то есть порцию, мы точно будем знать, сколько штук салфеток мы купили.
Количество вещества – это порция вещества с определённым числом структурных частиц. Количество вещества принято обозначать греческой буквой ν [ню]. В системе СИ единица измерения количества вещества называется моль. Один моль вещества содержит столько же структурных частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода, а именно 6*1023 частиц. Это количество является постоянной величиной и называется «постоянная Авогадро». Количество вещества можно определить как отношение числа структурных частиц к числу частиц в одном моле вещества.
Например, количество вещества, которое соответствует 3*1023 атомов железа можно легко рассчитать по этой формуле.
Преобразовав исходную формулу легко определить число структурных частиц по известному количеству вещества: N = v * NA
Своё имя эта постоянная получила в честь Амедео Авогадро, который в 1811 году сделал предположение, которое затем подтвердилось экспериментально и теперь носит имя Закона Авогадро. Закон Авогадро: «в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул».
Из закона Авогадро следует, что при одинаковых условиях массы газов, содержащие одинаковое число структурных частиц, будут занимать одинаковый объём. При давлении 1 атмосфера и температуре 0 градусов Цельсия 1 моль любого газа занимает объём равный 22, 4 л. Этот объём называется молярный объём. А условия – нормальные условия. Молярный объём обозначается Vm, показывает объём газа количеством 1 моль. При нормальных условиях является постоянной величиной.
При нормальных условиях количество вещества это отношение объёма к молярному объему.
По этой формуле можно определить объём вещества, если известно его количество: V = ν * Vm
Массу вещества количеством 1 моль называют молярной массой, обозначают буквой M. Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе. Единица измерения молярной массы г/моль.
Зная массу вещества, легко определить количество вещества.

Найдём количество вещества 5,6 г железа.
Чтобы найти массу вещества по известному количеству преобразуем формулу: m = ν * M
Справочный материал
Количество вещества ν [ню] – это физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц (любые частицы, из которых состоит вещество – атомы, молекулы, ионы и т.д), содержащихся в веществе. Единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ) – моль.
Моль – это единица измерения количества вещества. Один моль вещества содержит столько же структурных частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода.
Молярная масса (M) – масса вещества количеством один моль. Единица измерения г/моль.
Нормальные условия (н.у.) – физические условия, определяемые давлением 101325 Па (нормальная атмосфера) и температурой 273,15 К (0 °С).
Молярный объём (Vm) – объём вещества количеством один моль. Единица измерения л/моль; при н.у. Vm = 22,4 л/моль
Закон Авогадро – в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул.
Постоянная Авогадро (NA) показывает число структурных частиц в веществе количеством один моль.

Наряду с массой и объемом в химических расчетах часто используется количество вещества, пропорциональное числу содержащихся в веществе структурных единиц. При этом в каждом случае должно быть указано, какие именно структурные единицы (молекулы, атомы, ионы и т. д.) имеются в виду. Единицей количества вещества является моль.

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

Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества (постоянная Авогадро) определено с большой точностью; в практических расчетах его принимают равным 6,02 1024 моль -1 .

Нетрудно показать, что масса 1 моля вещества (мольная масса), - выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе этого вещества.

Так, относительная молекулярная масса (или, сокращенно молекулярная масса) свободного хлора С1г равна 70,90. Следовательно, мольная масса молекулярного хлора составляет 70,90 г/моль. Однако мольная масса атомов хлора вдвое меньше (45,45 г/моль), так как 1 моль молекул хлора Сl содержит 2 моля атомов хлора.

Согласно закону Авогадро, в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул. Иными словами, одно и то же число молекул любого газа занимает при одинаковых условиях один и тот же объем. Вместе с тем 1 моль любого газа содержит одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется мольным объемом газа и при нормальных условиях (0°С, давление 101, 425 кПа) равен 22,4 л.

Например, утверждение «содержание диоксида углерода в воздухе составляет 0,04% (об.)» означает, что при парциальном давлении СО 2 , равном давлению воздуха, и при той же температуре диоксид углерода, содержащийся в воздухе, займет 0,04% общего объема, занимаемого воздухом.

Контрольное задание

1. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NH 4 и в 1 г N 2 . В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

2. Выразить в граммах массу одной молекулы диоксида серы.

4. Сколько молекул содержится в 5,00 мл хлора при нормальных условиях?

4. Какой объем при нормальных условиях занимают 27 10 21 молекул газа?

5. Выразить в граммах массу одной молекулы NО 2 -

6. Каково соотношение объемов, занимаемых 1 молем О 2 и 1 молем Оз (условия одинаковые)?

7. Взяты равные массы кислорода, водорода и метана при одинаковых условиях. Найти отношение объемов взятых газов.

8. На вопрос, какой объем займет 1 моль воды при нормальных условиях, получен ответ: 22,4 л. Правильный ли это ответ?

9. Выразить в граммах массу одной молекулы HCl.

Сколько молекул диоксида углерода находится в 1 л воздуха, если объемное содержание СО 2 составляет 0,04% (условия нормальные)?

10. Сколько молей содержится в 1 м 4 любого газа при нормальных условиях?

11. Выразить в граммах массу одной молекулы Н 2 О-

12. Сколько молей кислорода находится в 1 л воздуха, если объемное

14. Сколько молей азота находится в 1 л воздуха, если объемное содержание его составляет 78% (условия нормальные)?

14. Взяты равные массы кислорода, водорода и азота при одинаковых условиях. Найти отношение объемов взятых газов.

15. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NО 2 и в 1 г N 2 . В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

16. Сколько молекул содержится в 2,00 мл водорода при нормальных условиях?

17. Выразить в граммах массу одной молекулы Н 2 О-

18. Какой объем при нормальных условиях занимают 17 10 21 молекул газа?

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

При определении понятия скорости химической реакции необходимо различать гомогенные и гетерогенные реакции. Если реакция протекает в гомогенной системе, например, в растворе или в смеси газов, то она идет во всем объеме системы. Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени в единице объема системы. Поскольку отношение числа молей вещества к объему, в котором оно распределено, есть молярная концентрация вещества, скорость гомогенной реакции можно также определить как изменение концентрации в единицу времени какого-либо из веществ: исходного реагента или продукта реакции . Чтобы результат расчета всегда был положительным, независимо, от того, производится он по реагенту или продукту, в формуле используется знак «±»:

В зависимости от характера реакции время может быть выражено не только в секундах, как требует система СИ, но также в минутах или часах. В ходе реакции величина ее скорости не постоянна, а непрерывно изменяется: уменьшается, так как уменьшаются концентрации исходных веществ. Вышеприведенный расчет дает среднее значение скорости реакции за некоторый интервал времени Δτ = τ 2 – τ 1 . Истинная (мгновенная) скорость определяется как предел к которому стремится отношение ΔС / Δτ при Δτ → 0, т. е. истинная скорость равна производной концентрации по времени.

Для реакции, в уравнении которой есть стехиометрические коэффициенты, отличающиеся от единицы, значения скорости, выраженные по разным веществам, неодинаковы. Например для реакции А + 4В = D + 2Е расход вещества А равен одному молю, вещества В – трем молям, приход вещества Е – двум молям. Поэтому υ (А) = ⅓υ (В) = υ (D) =½υ (Е) или υ (Е) . = ⅔υ (В) .

Если реакция протекает между веществами, находящимися в различных фазах гетерогенной системы, то она может идти только на поверхности раздела этих фаз. Например, взаимодействие раствора кислоты и куска металла происходит только на поверхности металла. Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз:

.

Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, равные коэффициентам при формулах этих веществ в уравнении реакции . Тогда для реакции

2А + В → продукты

справедливо соотношение υ ~ ·С А 2 ·С В, а для перехода к равенству вводится коэффициент пропорциональности k , называемый константой скорости реакции :

υ = k ·С А 2 ·С В = k ·[А] 2 ·[В]

(молярные концентрации в формулах могут обозначаться как буквой С с со­ответствующим индексом, так и формулой вещества, заключенной в квадратные скобки). Физический смысл константы скорости реакции – скорость реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л. Размерность константы скорости реакции зависит от числа сомножителей в правой части уравнения и может быть с –1 ; с –1 ·(л/моль); с –1 ·(л 2 /моль 2) и т. п., то есть такой, чтобы в любом случае при вычислениях скорость реакции выражалась в моль·л –1 ·с –1 .

Для гетерогенных реакций в уравнение закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, представ­ляет постоянную величину и входит в константу скорости, например, для процесса горения угля С + О 2 = СО 2 закон действия масс записывается:

υ = k I ·const··= k ·,

где k = k I ·const.

В системах, где одно или несколько веществ являются газами, скорость реакции зависит также и от давления. Например, при взаимодействии водорода с парами иода H 2 + I 2 =2HI скорость химической реакции будет определяться выражением:

υ = k ··.

Если увеличить давление, например, в 4 раза, то во столько же раз уменьшится объем, занимаемый системой, и, следовательно, во столько же раз увеличатся концентрации каждого из реагирующих веществ. Скорость реакции в этом случае возрастет в 9 раз

Зависимость скорости реакции от температуры описывается правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2‑4 раза . Это означает, что при повышении температуры в арифметической прогрессии скорость химической реакции возрастает в геометрической прогрессии. Основанием в формуле прогрессии является температурный коэффициент скорости реакции γ, показывающий, во сколько раз увеличива­ется скорость данной реакции (или, что то же самое – константа скорости) при росте температуры на 10 градусов. Математически правило Вант-Гоффа выражается формулами:

или

где и – скорости реакции соответственно при начальной t 1 и конечной t 2 температурах. Правило Вант-Гоффа может быть также выражено следующими соотношениями:

; ; ; ,

где и – соответственно скорость и константа скорости реакции при тем­пературе t ; и – те же величины при температуре t +10n ; n – число «десятиградусных» интервалов (n =(t 2 –t 1)/10), на которые изменилась температура (может быть числом целым или дробным, положительным или отрицательным).

Контрольное задание

1. Найти значение константы скорости реакции А + В -> АВ, если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,05 и 0,01 моль/л, скорость реакции равна 5 10 -5 моль/(л-мин).

2. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В -> А2В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?

4. Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества, В 2 в системе 2А 2 (г.) + В 2 (г.) = 2А 2 В(г.), чтобы при уменьшении концентрации вещества А в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась?

4. Через некоторое время после начала реакции ЗА+В->2C+D концентрации веществ составляли: [А] =0,04 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [С] =0,008 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

5. В системе СО + С1 2 = СОС1 2 концентрацию увеличили от 0,04 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора - от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

6. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А + 2В → С. Начальные концентрации составляют: [А] 0 = 0,04 моль/л, [В] о = 0,05 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,01 моль/л.

7. Как изменится скорость реакции 2СO + О2 = 2СО2 , протекающей в закрытом сосуде, если увеличить давление в 2 раза?

8. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 20 °С до 100 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 4.

9. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если увеличить давление в системе в 4 раза;

10. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если уменьшить объем системы в 4 раза?

11. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если повысить концентрацию NO в 4 раза?

12. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 40 градусов скорость реакции

возрастает в 15,6 раза?

14. . Найти значение константы скорости реакции А + В -> АВ, если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,07 и 0,09 моль/л, скорость реакции равна 2,7 10 -5 моль/(л-мин).

14. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А + 2В → С. Начальные концентрации составляют: [А] 0 = 0,01 моль/л, [В] о = 0,04 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,01 моль/л.

15. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если увеличить давление в системе в 2 раза;

16. В системе СО + С1 2 = СОС1 2 концентрацию увеличили от 0,05 до 0,1 моль/л, а концентрацию хлора - от 0,04 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

17. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 20 °С до 80 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 2.

18. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 40 °С до 90 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 4.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. ОБРАЗОВАНИЕ Й СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ

1.Какие типы химической связи Вам известны? Приведите пример образования ионной связи по методу валентных связей.

2. Какую химическую связь называют ковалентной? Что характерно для ковалентного типа связи?

4. Какими свойствами характеризуется ковалентная связь? Покажите это на конкретных примерах.

4. Какой тип химической связи в молекулах Н 2; Cl 2 НС1?

5.Какой характер имеют связи в молекулах NCI 4 , CS 2 , СО 2 ? Укажите для каждой нз них направление смещения общей электронной пары.

6. Какую химическую связь называют ионной? Что характерно для ионного типа связи?

7. Какой тип связи в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2 ?

8. Изобразите все возможные способы перекрывания s-орбитали с р-орбиталью;. Укажите направленность связи при этом.

9. Объясните донорно-акцепторный механизм ковалентной связи на примере образования иона фосфония [РН 4 ]+.

10.В молекулах СО, С0 2 , связь полярная или неполярная? Объясните. Опишите водородную связь.

11. Почему некоторые молекулы, имеющие полярные связи, в целом являются неполярными?

12.Ковалентный или ионный тип связи характерен для следующих соединений: Nal, S0 2 , KF? Почему ионная связь является предельным случаем ковалентной?

14. Что такое металлическая связь? Чем она отличается от ковалентной связи? Какие свойства металлов она обусловливает?

14. Каков характер связей между атомами в молекулах; KHF 2 , Н 2 0, HNO?

15. Чем объяснить высокую прочность связи между атомами в молекуле азота N 2 и значительно меньшую в молекуле фосфора Р 4 ?

16 . Какую связь называют водородной? Почему для молекул H2S и НС1 в отличие от Н2О и HF образование водородных связей не характерно?

17. Какую связь называют ионной? Обладает ли ионная связь свойствами насыщаемости и направленности? Почему она является предельным случаем ковалентной связи?

18. Какой тип связи в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2 ?

Где m-масса,M-молярная масса, V- объем.

4. Закон Авогадро. Установлен итальянским физиком Авогадро в 1811 г. Одинаковые объемы любых газов, отобранные при одной температуре и одинаковом давлении, содержат одно и тоже число молекул.

Таким образом, можно сформулировать понятие количества вещества: 1 моль вещества содержит число частиц, равное 6,02*10 23 (называемое постоянной Авогадро)

Следствием этого закона является то, что 1 моль любого газа занимает при нормальных условиях (Р 0 =101,3кПа и Т 0 =298К) объём, равный 22,4л.

5. Закон Бойля-Мариотта

При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:

6. Закон Гей-Люссака

При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:

V/T = const.

7. Зависимость между объемом газа, давлением и температурой можно выразить объединенным законом Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, которым пользуются для приведения объемов газа от одних условий к другим:

P 0 , V 0 ,T 0 -давление объема и температуры при нормальных условиях: P 0 =760 мм рт. ст. или 101,3 кПа; T 0 =273 К (0 0 С)

8. Независимая оценка значения молекулярноймассы М может быть выполнена с использованием так называемого уравнения состояния идеального газа или уравнения Клапейро­на-Менделеева :

pV=(m/M)*RT=vRT. (1.1)

где р - давление газа в замкнутой системе, V - объем си­стемы, т - масса газа, Т - абсолютная температура, R - универсальная газовая постоянная.

Отметим, что значение постоянной R может быть получе­но подстановкой величин, характеризующих один моль газа при н.у., в уравнение (1.1):

r = (р V)/(Т)=(101,325кПа 22.4 л)/(1 моль 273К)=8.31Дж/моль.К)

Примеры решения задач

Пример 1. Приведение объема газа к нормальным условиям.

Какой объем (н.у.) займут 0,4×10 -3 м 3 газа, находящиеся при 50 0 С и давлении 0,954×10 5 Па?

Решение. Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются общей формулой, объединяющей законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Объем газа (н.у.) равен , где Т 0 = 273 К; р 0 = 1,013×10 5 Па; Т = 273 + 50 = 323 К;

м 3 = 0,32×10 -3 м 3 .

При (н.у.) газ занимает объем, равный 0,32×10 -3 м 3 .

Пример 2. Вычисление относительной плотности газа по его молекулярной массе.

Вычислите плотность этана С 2 Н 6 по водороду и воздуху.

Решение. Из закона Авогадро вытекает, что относительная плотность одного газа по другому равна отношению молекулярных масс (М ч ) этих газов, т.е. D=М 1 /М 2 . Если М 1 С2Н6 = 30, М 2 Н2 = 2, средняя молекулярная масса воздуха равна 29, то относительная плотность этана по водороду равна D Н2 = 30/2 =15.

Относительная плотность этана по воздуху: D возд = 30/29 = 1,03, т.е. этан в 15 раз тяжелее водорода и в 1,03 раза тяжелее воздуха.

Пример 3. Определение средней молекулярной массы смеси газов по относительной плотности.

Вычислите среднюю молекулярную массу смеси газов, состоящей из 80 % метана и 20 % кислорода (по объему), используя значения относительной плотности этих газов по водороду.

Решение. Часто вычисления производят по правилу смешения, которое заключается в том, что отношение объемов газов в двухкомпонентной газовой смеси обратно пропорционально разностям между плотностью смеси и плотностями газов, составляющих эту смесь. Обозначим относительную плотность газовой смеси по водороду через D Н2 . она будет больше плотности метана, но меньше плотности кислорода:

80D Н2 – 640 = 320 – 20D Н2 ; D Н2 = 9,6.

Плотность этой смеси газов по водороду равна 9,6. средняя молекулярная масса газовой смеси М Н2 = 2D Н2 = 9,6×2 = 19,2.

Пример 4. Вычисление молярной массы газа.

Масса0,327×10 -3 м 3 газа при 13 0 С и давлении 1,040×10 5 Па равна 0,828×10 -3 кг. Вычислите молярную массу газа.

Решение. Вычислить молярную массу газа можно, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

где m – масса газа; М – молярная масса газа; R – молярная (универсальная) газовая постоянная, значение которой определяется принятыми единицами измерения.

Если давление измерять в Па, а объем в м 3 , то R =8,3144×10 3 Дж/(кмоль×К).

Химия