Файл: Методические указания и задания к занятиям семинарского типа, контрольной и самостоятельной работе по дисциплине Неорганическая химия.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 303
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, содержащие обозначенные в заданиях темы. Ознакомьтесь с их содержанием и выберите необходимую информацию для ответа на вопросы задания.
Примечание 1. Выполняя задание А, используйте изложенные ниже рекомендации и расчетные формулы 1-9.
Примечание 2. Выполняя задание Б, используйте предложенные ниже рекомендации, формулы 10, 11 и расчетные примеры 1-7.
Примечание 3. Выполняя задание В, используйте соответствующий теоретический материал применительно к условию задания, расчетные формулы 12-14 и расчетный пример 8.
В химии часто используют понятия: масса вещества В [m (B), единица - г], молярная масса вещества В [М (В), единица - г / моль], количество вещества В [n (B), единица - моль], формульная единица вещества В [ФЕ (В)], эквивалент вещества В [Э (В)] и молярная масса эквивалентов вещества В [М эк (В), единица - г / моль].
Масса вещества В [m (B)] и его молярная масса [M (B)] связаны друг с другом соотношением
m (В) = М (В)·n (В), (1)
где n (В) - количество вещества В, моль.
Количество вещества В [n (B)] - это величина физическая, равная отношению числа формульных единиц [NФЕ] к постоянной Авогадро [NA]:
n (B) = NФЕ / NA. (2)
Один моль - это количество вещества, содержащее столько формульных единиц [ФЕ], сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12 С. Число атомов в 12 г углерода 12 С равно постоянной Авогадро [N A = 6,0221·10 23 моль- 1].
Слово «моль» после числа и в заголовках таблиц не склоняется. Следует говорить: 6 моль (а не 6 молей!); количество вещества 1 моль (а не вещество количеством 1 моль!); количество вещества молекул, атомов: 5 моль молекул Н2, 4 моль атомов Н, 3 моль ионов Н +.
Формульная единица [ФЕ]- это реально существующая частица (атом, молекула, ион и др.): ФЕ (Н), ФЕ (Н2), ФЕ (Н +).
Эквивалент вещества В [Э (В)] - это условная частица вещества В, меньшая соответствующей ей формульной единицы в целое число раз [в Z (B) раз]:
Э (В) = ФЕ (В) / Z (B), (3)
где Z (B) - эквивалентное число, которое равно либо больше единицы:
Z (B) ³ 1.
Одна формульная единица вещества В может содержать Z (B) его эквивалентов. Если Z (B) = 1, то эквивалент вещества В идентичен его формульной единице: Э (В) = ФЕ (В) / 1 = ФЕ (В).
Величина Z (B) зависит от значения степени окисления элемента в соединении и химической реакции, в которой оно участвует.
Молярная масса эквивалентов вещества В [М эк (В), единица - г/моль] равна молярной массе вещества В [М (B)], деленной на его эквивалентное число [Z (B)]:
М эк (В) = M (B) / Z (B). (4)
Вычисления эквивалентов и молярных масс эквивалентов
веществ по формулам
Эквивалент элемента В [Э (В)] и его молярная масса эквивалентов [М эк (В)] равны соответственно формульной единице элемента В и его молярной массе [М (В)], деленных на эквивалентное число [Z (В)], равное валентности элемента:
Э (В) = ФЕ (В) / Z (В); М эк (В) = М (В) / Z (В). (5)
Например:
Э (О) = ФЕ (О) / 2 = 1/2 О; М эк (О) = 16 / 2 = 8 г / моль;
Эквивалент элемента В [Э (В)] и молярная масса эквивалентов элемента В [М эк (В)] в оксидах равны соответственно формульной единице элемента и его молярной массе, деленных на эквивалентное число [Z (В)], равное абсолютной величине степени окисления элемента в данном оксиде. Например:
Э (С) = ФЕ (С+ 4О2) / 4 = 1/4 СО2; М эк (С) = 12 / 4 = 3 г / моль.
Эквивалент оксида ВхОу [Э (ВхОу)] и молярная масса его эквивалентов [М эк (ВхОу)] равны соответственно формульной единице оксида и его молярной массе, деленных на эквивалентное число элемента В [Z (В)], равное произведению абсолютной величины степени окисления элемента в данном оксиде на число его атомов:
Э (ВхОу) = ФЕ (ВхОу) / Z (В); М эк (ВхОу) = М (ВхОу) / Z (В). (6)
Например:
Э (Mn2O7) = ФЕ (Mn2+ 7O7) / (7·2) = 1/14 Mn2O7;
М эк (Mn2O7) = 222 / (7·2) = 15,9 г / моль.
Эквивалент кислоты [Э (кислоты)] и молярная масса ее эквивалентов [Мэк (кислоты)] равны соответственно формульной единице кислоты и ее молярной массе, деленных на эквивалентное число кислоты [Z (кислоты)], равное числу атомов водорода в молекуле кислоты (при условии вычисления их значений по формуле кислоты без учета ее участия в конкретной реакции).
Э (кислоты) = ФЕ (кислоты) / Z (кислоты); (7)
М эк (кислоты) = М (кислоты) / Z (кислоты).
Например:
Э (Н3РО4) = ФЕ (Н3РО4) / 3 = 1/3 Н3РО4;
М эк (Н3РО4) = 98 / 3 = 32,7 г / моль.
Эквивалент основания [Э (основания)] и молярная масса его эквивалентов [М эк (основания)] равны соответственно формульной единице основания и его молярной массе, деленных на эквивалентное число основания [Z (основания)], равное числу гидроксогрупп в молекуле основания (при условии вычисления их значений по формуле основания без учета его участия в конкретной реакции).
Э (основания) = ФЕ (основания) / Z (основания); (8)
М эк (основания) = М (основания) / Z (основания).
Например:
Э [Тi(ОН)4] = ФЕ [Тi(ОН)4] / 4 = 1/4 Тi(ОН)4;
М эк [Тi(ОН)4] = 115,9 / 4 = 29 г / моль.
Эквивалент соли [Э (соли)] и молярная масса эквивалентов соли [М эк (cоли)] равны соответственно формульной единице соли и ее молярной массе, деленных на эквивалентное число соли [Z (соли)], равное произведению абсолютной величины степени окисления металла в данной соли на число его атомов.
Э (cоли) = ФЕ (соли) / Z (соли); (9)
М эк (соли) = М (соли) / Z (соли).
Например:
Э [Cr2(SO4)3] = ФЕ [Cr2+ 3(SO4)3] / (3·2) = 1/6 Cr2(SO4)3;
М эк [Cr2(SO4)3] = 392 / (3·2) = 65,3 г / моль.
Вычисления эквивалентов и молярных масс эквивалентов
веществ по уравнениям реакций
Значения эквивалентного числа [Z (В)] кислот, оснований и солей, а также их эквивалентов и молярных масс эквивалентов зависят от типа химической реакции, в которой они участвуют.
Так, в обменных реакциях значение эквивалентного числа вещества В [Z (В)] определяют по стехиометрии реакции (по значениям коэффициентов перед формулами реагирующих веществ). При этом находят значение Z вещества на одну формульную единицу.
Например, в реакции
a A + b B = c C + d D:
а) если на одну ФЕ (А) требуется b/a ФЕ (В), то эквивалентное число вещества А [Z (A)] и эквивалент вещества А [Э (А)] соответственно равны:
Z (A) = b/a; (10)
Э (А) = ФЕ (А) / Z (A) = А / (b/a) = a/b A;
б) если на одну ФЕ (В) требуется a/b ФЕ (А), то эквивалентное число вещества В [Z (B)] и эквивалент вещества В [Э (B)] соответственно равны:
Z (В) = a/b; (11)
Э (В) = ФЕ (В) / Z (В) = В / (a/b) = b/a В.
Вычисления эквивалентного числа реагирующих веществ, их эквивалентов и молярных масс эквивалентов проводят в следующем порядке:
а) записывают уравнение реакции и расставляют в нем коэффициенты;
б) определяют эквивалентные числа реагирующих веществ и находят значения их эквивалентов;
в) вычисляют значения молярных масс эквивалентов и указывают единицы их измерения.
Пример 1. а) H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О;
б) Z (H2SO4) = 1; Э (H2SO4) = 1ФЕ (H2SO4);
в) М эк (H2SO4) = 98 / 1 = 98 г / моль.
Пример 2. а) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2 Н2О;
б) Z (H2SO4) = 2; Э (H2SO4) = 1/2 ФЕ (H2SO4);
в) М эк (H2SO4) = 98 / 2 = 49 г / моль.
Пример 3. а) Sb(OH)3 + HCI = Sb(OH)2CI + H2O;
б) Z [Sb(OH)3] = 1; Э [Sb(OH)3] = 1ФЕ [Sb(OH)3];
в) М эк [Sb(OH)3] = 172,7 / 1 = 172,7 г / моль.
Пример 4. а) Sb(OH)3 +3 HCI = SbCI3 + 3 H2O;
б) Z [Sb(OH)3] = 3; Э [Sb(OH)3] = 1/3 ФЕ [Sb(OH)3];
в) М эк [Sb(OH)3] = 172,7 / 3 = 57,6 г / моль.
Пример 5. а) CuCI2 + NaOH = CuOHCI + NaCI;
б) Z (CuCI2) = 1; Э (CuCI2) = 1ФЕ (CuCI2);
в) М эк (CuCI2) = 134,5 / 1 = 134,5 г / моль.
Пример 6. а) CuCI2 + 2 NaOH = Cu(ОН)2 + 2NaCI;
б) Z (CuCI2) = 2; Э (CuCI2) = 1/2 ФЕ (CuCI2);
в) М эк (CuCI2) = 134,5 / 2 = 67,25 г / моль.
Пример 7. а) CuOHCI + HCI = CuCI2 + H2O;
б) Z (CuОНCI) = 1; Э (CuОНCI) = 1ФЕ(CuОНCI);
в) М эк (CuОНCI) = 116 / 1 = 116 г / моль.
В основе всех вычислений, связанных с понятиями «эквивалент» и «молярная масса эквивалентов», лежит закон эквивалентов:
«Массы реагирующих друг с другом элементов или веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов»:
m (A) / m (B) = М эк (А) / М эк (В); (12)
m (A) / М эк (А) = m (B) / М эк (В). (13)
Если одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то закон эквивалентов выражается соотношением
m (A) / М эк (А) = V (B) / V эк (В), (14)
где V эк (В) - эквивалентный объем вещества В, л / моль.
Примечание 4. V эк (Н2) = 11,2 л / моль; V эк (О2) = 5,6 л / моль.
При решении расчетных задач используйте изложенные выше рекомендации и математические выражения закона эквивалентов, соответствующие условию данной задачи.
Пример 8. При растворении 0,1094 г двухвалентного металла в кислоте выделилось 0,1008 л водорода (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалентов металла, молярную массу металла и назвать его.
Решение. 1. Составить схему реакции, указать в ней условие задачи и отметить вычисляемую величину [М эк (Ме)]:
0,1094 г 0,1008 л
Me + кислота = соль + Н2;
М эк (Me) г/моль 11,2000 л/моль.
2. Вычислить молярную массу эквивалентов металла [М эк (Me)], используя выражение закона эквивалентов применительно к условию задачи (формула 14):
а) m (A) / М эк (А) = V (B) / V эк (В) или
m (Me) / М эк (Me) = V (Н2) / V эк (Н2), отсюда
б) М эк (Me) = [m (Me)·V эк (Н2)] / V (Н2), то есть
М эк (Me) = 0,1094·11,2000 / 0,1008 = 12,16 г / моль.
3. Вычислить молярную массу металла [М (Ме)], зная его валентность и используя согласно условию задачи соотношение (4):
а) М эк (В) = М (В) / Z (В) или М эк (Me) = M (Me) / Z (Ме);
б) так как Z (Ме) = 2, то M (Me) = М эк (Me)·2, то есть
M (Me) = 12,16·2 = 24,32 г / моль.
4. Определить символ металла и назвать его.
Для определения символа металла следует найти в периодической системе Д. И. Менделеева элемент, относительная атомная масса которого равна вычисленной величине, записать символ этого элемента и привести его название.
Ответ: Символ элемента [Mg] и его название [магний].
Примечание 1. Выполняя задание А, используйте изложенные ниже рекомендации и расчетные формулы 1-9.
Примечание 2. Выполняя задание Б, используйте предложенные ниже рекомендации, формулы 10, 11 и расчетные примеры 1-7.
Примечание 3. Выполняя задание В, используйте соответствующий теоретический материал применительно к условию задания, расчетные формулы 12-14 и расчетный пример 8.
В химии часто используют понятия: масса вещества В [m (B), единица - г], молярная масса вещества В [М (В), единица - г / моль], количество вещества В [n (B), единица - моль], формульная единица вещества В [ФЕ (В)], эквивалент вещества В [Э (В)] и молярная масса эквивалентов вещества В [М эк (В), единица - г / моль].
Масса вещества В [m (B)] и его молярная масса [M (B)] связаны друг с другом соотношением
m (В) = М (В)·n (В), (1)
где n (В) - количество вещества В, моль.
Количество вещества В [n (B)] - это величина физическая, равная отношению числа формульных единиц [NФЕ] к постоянной Авогадро [NA]:
n (B) = NФЕ / NA. (2)
Один моль - это количество вещества, содержащее столько формульных единиц [ФЕ], сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12 С. Число атомов в 12 г углерода 12 С равно постоянной Авогадро [N A = 6,0221·10 23 моль- 1].
Слово «моль» после числа и в заголовках таблиц не склоняется. Следует говорить: 6 моль (а не 6 молей!); количество вещества 1 моль (а не вещество количеством 1 моль!); количество вещества молекул, атомов: 5 моль молекул Н2, 4 моль атомов Н, 3 моль ионов Н +.
Формульная единица [ФЕ]- это реально существующая частица (атом, молекула, ион и др.): ФЕ (Н), ФЕ (Н2), ФЕ (Н +).
Эквивалент вещества В [Э (В)] - это условная частица вещества В, меньшая соответствующей ей формульной единицы в целое число раз [в Z (B) раз]:
Э (В) = ФЕ (В) / Z (B), (3)
где Z (B) - эквивалентное число, которое равно либо больше единицы:
Z (B) ³ 1.
Одна формульная единица вещества В может содержать Z (B) его эквивалентов. Если Z (B) = 1, то эквивалент вещества В идентичен его формульной единице: Э (В) = ФЕ (В) / 1 = ФЕ (В).
Величина Z (B) зависит от значения степени окисления элемента в соединении и химической реакции, в которой оно участвует.
Молярная масса эквивалентов вещества В [М эк (В), единица - г/моль] равна молярной массе вещества В [М (B)], деленной на его эквивалентное число [Z (B)]:
М эк (В) = M (B) / Z (B). (4)
Вычисления эквивалентов и молярных масс эквивалентов
веществ по формулам
Эквивалент элемента В [Э (В)] и его молярная масса эквивалентов [М эк (В)] равны соответственно формульной единице элемента В и его молярной массе [М (В)], деленных на эквивалентное число [Z (В)], равное валентности элемента:
Э (В) = ФЕ (В) / Z (В); М эк (В) = М (В) / Z (В). (5)
Например:
Э (О) = ФЕ (О) / 2 = 1/2 О; М эк (О) = 16 / 2 = 8 г / моль;
Эквивалент элемента В [Э (В)] и молярная масса эквивалентов элемента В [М эк (В)] в оксидах равны соответственно формульной единице элемента и его молярной массе, деленных на эквивалентное число [Z (В)], равное абсолютной величине степени окисления элемента в данном оксиде. Например:
Э (С) = ФЕ (С+ 4О2) / 4 = 1/4 СО2; М эк (С) = 12 / 4 = 3 г / моль.
Эквивалент оксида ВхОу [Э (ВхОу)] и молярная масса его эквивалентов [М эк (ВхОу)] равны соответственно формульной единице оксида и его молярной массе, деленных на эквивалентное число элемента В [Z (В)], равное произведению абсолютной величины степени окисления элемента в данном оксиде на число его атомов:
Э (ВхОу) = ФЕ (ВхОу) / Z (В); М эк (ВхОу) = М (ВхОу) / Z (В). (6)
Например:
Э (Mn2O7) = ФЕ (Mn2+ 7O7) / (7·2) = 1/14 Mn2O7;
М эк (Mn2O7) = 222 / (7·2) = 15,9 г / моль.
Эквивалент кислоты [Э (кислоты)] и молярная масса ее эквивалентов [Мэк (кислоты)] равны соответственно формульной единице кислоты и ее молярной массе, деленных на эквивалентное число кислоты [Z (кислоты)], равное числу атомов водорода в молекуле кислоты (при условии вычисления их значений по формуле кислоты без учета ее участия в конкретной реакции).
Э (кислоты) = ФЕ (кислоты) / Z (кислоты); (7)
М эк (кислоты) = М (кислоты) / Z (кислоты).
Например:
Э (Н3РО4) = ФЕ (Н3РО4) / 3 = 1/3 Н3РО4;
М эк (Н3РО4) = 98 / 3 = 32,7 г / моль.
Эквивалент основания [Э (основания)] и молярная масса его эквивалентов [М эк (основания)] равны соответственно формульной единице основания и его молярной массе, деленных на эквивалентное число основания [Z (основания)], равное числу гидроксогрупп в молекуле основания (при условии вычисления их значений по формуле основания без учета его участия в конкретной реакции).
Э (основания) = ФЕ (основания) / Z (основания); (8)
М эк (основания) = М (основания) / Z (основания).
Например:
Э [Тi(ОН)4] = ФЕ [Тi(ОН)4] / 4 = 1/4 Тi(ОН)4;
М эк [Тi(ОН)4] = 115,9 / 4 = 29 г / моль.
Эквивалент соли [Э (соли)] и молярная масса эквивалентов соли [М эк (cоли)] равны соответственно формульной единице соли и ее молярной массе, деленных на эквивалентное число соли [Z (соли)], равное произведению абсолютной величины степени окисления металла в данной соли на число его атомов.
Э (cоли) = ФЕ (соли) / Z (соли); (9)
М эк (соли) = М (соли) / Z (соли).
Например:
Э [Cr2(SO4)3] = ФЕ [Cr2+ 3(SO4)3] / (3·2) = 1/6 Cr2(SO4)3;
М эк [Cr2(SO4)3] = 392 / (3·2) = 65,3 г / моль.
Вычисления эквивалентов и молярных масс эквивалентов
веществ по уравнениям реакций
Значения эквивалентного числа [Z (В)] кислот, оснований и солей, а также их эквивалентов и молярных масс эквивалентов зависят от типа химической реакции, в которой они участвуют.
Так, в обменных реакциях значение эквивалентного числа вещества В [Z (В)] определяют по стехиометрии реакции (по значениям коэффициентов перед формулами реагирующих веществ). При этом находят значение Z вещества на одну формульную единицу.
Например, в реакции
a A + b B = c C + d D:
а) если на одну ФЕ (А) требуется b/a ФЕ (В), то эквивалентное число вещества А [Z (A)] и эквивалент вещества А [Э (А)] соответственно равны:
Z (A) = b/a; (10)
Э (А) = ФЕ (А) / Z (A) = А / (b/a) = a/b A;
б) если на одну ФЕ (В) требуется a/b ФЕ (А), то эквивалентное число вещества В [Z (B)] и эквивалент вещества В [Э (B)] соответственно равны:
Z (В) = a/b; (11)
Э (В) = ФЕ (В) / Z (В) = В / (a/b) = b/a В.
Вычисления эквивалентного числа реагирующих веществ, их эквивалентов и молярных масс эквивалентов проводят в следующем порядке:
а) записывают уравнение реакции и расставляют в нем коэффициенты;
б) определяют эквивалентные числа реагирующих веществ и находят значения их эквивалентов;
в) вычисляют значения молярных масс эквивалентов и указывают единицы их измерения.
Пример 1. а) H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О;
б) Z (H2SO4) = 1; Э (H2SO4) = 1ФЕ (H2SO4);
в) М эк (H2SO4) = 98 / 1 = 98 г / моль.
Пример 2. а) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2 Н2О;
б) Z (H2SO4) = 2; Э (H2SO4) = 1/2 ФЕ (H2SO4);
в) М эк (H2SO4) = 98 / 2 = 49 г / моль.
Пример 3. а) Sb(OH)3 + HCI = Sb(OH)2CI + H2O;
б) Z [Sb(OH)3] = 1; Э [Sb(OH)3] = 1ФЕ [Sb(OH)3];
в) М эк [Sb(OH)3] = 172,7 / 1 = 172,7 г / моль.
Пример 4. а) Sb(OH)3 +3 HCI = SbCI3 + 3 H2O;
б) Z [Sb(OH)3] = 3; Э [Sb(OH)3] = 1/3 ФЕ [Sb(OH)3];
в) М эк [Sb(OH)3] = 172,7 / 3 = 57,6 г / моль.
Пример 5. а) CuCI2 + NaOH = CuOHCI + NaCI;
б) Z (CuCI2) = 1; Э (CuCI2) = 1ФЕ (CuCI2);
в) М эк (CuCI2) = 134,5 / 1 = 134,5 г / моль.
Пример 6. а) CuCI2 + 2 NaOH = Cu(ОН)2 + 2NaCI;
б) Z (CuCI2) = 2; Э (CuCI2) = 1/2 ФЕ (CuCI2);
в) М эк (CuCI2) = 134,5 / 2 = 67,25 г / моль.
Пример 7. а) CuOHCI + HCI = CuCI2 + H2O;
б) Z (CuОНCI) = 1; Э (CuОНCI) = 1ФЕ(CuОНCI);
в) М эк (CuОНCI) = 116 / 1 = 116 г / моль.
В основе всех вычислений, связанных с понятиями «эквивалент» и «молярная масса эквивалентов», лежит закон эквивалентов:
«Массы реагирующих друг с другом элементов или веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов»:
m (A) / m (B) = М эк (А) / М эк (В); (12)
m (A) / М эк (А) = m (B) / М эк (В). (13)
Если одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то закон эквивалентов выражается соотношением
m (A) / М эк (А) = V (B) / V эк (В), (14)
где V эк (В) - эквивалентный объем вещества В, л / моль.
Примечание 4. V эк (Н2) = 11,2 л / моль; V эк (О2) = 5,6 л / моль.
При решении расчетных задач используйте изложенные выше рекомендации и математические выражения закона эквивалентов, соответствующие условию данной задачи.
Пример 8. При растворении 0,1094 г двухвалентного металла в кислоте выделилось 0,1008 л водорода (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалентов металла, молярную массу металла и назвать его.
Решение. 1. Составить схему реакции, указать в ней условие задачи и отметить вычисляемую величину [М эк (Ме)]:
0,1094 г 0,1008 л
Me + кислота = соль + Н2;
М эк (Me) г/моль 11,2000 л/моль.
2. Вычислить молярную массу эквивалентов металла [М эк (Me)], используя выражение закона эквивалентов применительно к условию задачи (формула 14):
а) m (A) / М эк (А) = V (B) / V эк (В) или
m (Me) / М эк (Me) = V (Н2) / V эк (Н2), отсюда
б) М эк (Me) = [m (Me)·V эк (Н2)] / V (Н2), то есть
М эк (Me) = 0,1094·11,2000 / 0,1008 = 12,16 г / моль.
3. Вычислить молярную массу металла [М (Ме)], зная его валентность и используя согласно условию задачи соотношение (4):
а) М эк (В) = М (В) / Z (В) или М эк (Me) = M (Me) / Z (Ме);
б) так как Z (Ме) = 2, то M (Me) = М эк (Me)·2, то есть
M (Me) = 12,16·2 = 24,32 г / моль.
4. Определить символ металла и назвать его.
Для определения символа металла следует найти в периодической системе Д. И. Менделеева элемент, относительная атомная масса которого равна вычисленной величине, записать символ этого элемента и привести его название.
Ответ: Символ элемента [Mg] и его название [магний].