Файл: Учебное пособие по химии для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях фдп рниму под редакцией проф. Теплова В. В.doc

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н.И. Пирогова
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ХИМИИ
для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях

ФДП РНИМУ

Москва 2011г
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н.И. Пирогова
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ХИМИИ
для учащихся 10 классов, обучающихся в лицеях

ФДП РНИМУ
под редакцией проф. Теплова В.В.


Москва 2011г


Авторы

Виноградова И.К. Васильева Л.М. Докторова Н.А.

Захарова В.Д. Игнатова Н.В. Корнеева Н.Н.

Овчаренко С.В. Семенова Н.С. Теплов В.В.

Утверждено Советом факультета довузовской подготовки РНИМУ

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

Атом – наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств. Атом – электронейтральная частица,состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженныхэлектронов. Каждому элементу соответствует определённый вид атомов.

Молекула – наименьшая частица данного вещества, обладающая его основными химическими свойствами, способная к самостоятельному существованию и состоящая из одинаковых или различных атомов, соединённых в одно целое химическими связями.

Моль – единица измерения количества вещества. 1 моль содержит столько структурных элементов

---

, сколько атомов содержится в 12г изотопа углерода ¹²С (N_A=6,02 10²³ моль^-1 – постоянная Авогадро). Структурными элементами могут быть атомы, молекулы, ионы, электроны и другие частицы.

Молярная масса (М г/моль) – масса 1 моль вещества.

М = m / n , где m -масса вещества (г),

а n - количество вещества ( моль ); n = m / М (моль).

Молярный объём газа( Vm ) – объём одного моль газа ( л/моль ).

Vm = V/n

Нормальные условия (н.у.)

давление Р=1,013 ∙ 10⁵ Па; температура Т=273 К.

Уравнение Менделеева-Клапейрона: Р∙V = n ∙R ∙Т

где Р- давление( Па); V –объем(м ³) ; n -количество вещества(моль);

R= 8,314 Дж/моль∙К; Т -температура в К.

Абсолютная плотность газа – отношение массы газа к его объему:

ρ = m/V (г/л).

Относительная плотность газа 2 по газу 1 равна отношению молярных масс этих газов.

Например, относительная плотность азота по водороду:

D_{водород} = M(N₂) / M(H₂) = 28 / 2 = 14.

Объемная ( φ ) и молярная (χ ) доля газа в смеси φ = χ.

φ = V(газа) / V(газ. смеси) = χ = n(газа)/ n(газ. смеси)

Средняя молярная масса газовой смеси:

Мср. = χ₁ ∙ М₁ + χ ₂ ∙ М₂ + …. + χ i ∙ Мi

(1…..i – компоненты газовой смеси).

или Мср. = φ₁∙ М₁ + φ₂∙ М₂ + … φ_i ∙ М _{I .}

Массовая доля – отношение массы вещества к массе смеси или раствора

ω= m(в-ва) / m(смеси).
1.1.Примеры решения задач
Пример 1. Масса 1л газа при н.у. равна 1,25г. Определить молярную массу газа и число его молекул в этом объеме.

Решение:

Для определения молярной массы газа нужно знать его массу и количество вещества: М=m/n; n = V(газа)/Vm

1) Количество вещества газа n = V(газа)/Vm= 1 / 22,4 = 0,0446 (моль).

2) Молярная масса газа М=m/n = 1,25 / 0,0446 = 28 (г/моль).

3) Найдем число молекул газа в 1л:

N(молекул)= n ∙ N_A = 0,0446 ∙ 6,02 ∙ 10²³ = 9,99 ∙ 10²³ (молекул).

Ответ:_V__=_448_л_,_m__=_40_г._Пример_3'>Ответ:_М(газа)=28г/моль;_в_1л_(при_н.у.)_содержится_9,99_∙_10'>Ответ: М(газа)=28г/моль;

в 1л (при н.у.) содержится 9,99 ∙ 10²³ молекул.

Пример 2. Определить объем, который при н.у. занимает 12,04 ∙ 10²⁴ молекул водорода. Какова масса этого газа?

---

Решение:

Для определения объема газа нужно знать его количество вещества:

1) n(газа)= N(частиц)/ N_A = 12,04 ∙ 10 ²⁴ / 6,02 ∙ 10²³ = 20 (моль).

2) V(газа) = Vm ∙ n = 22,4 ∙ 20 = 448 (л).

3) Найдем массу водорода: m = n ∙ М = 20 ∙ 2 = 40 (г).

Ответ: V = 448 л , m = 40 г.

Пример 3. Какой объем занимает молекулярный кислород массой

1,6 г при температуре 30⁰ С и давлении 3,2 ∙ 10² кПа?

Решение:

Из уравнения Менделеева-Клапейрона находим:


Ответ: V = 0,0003936 м³ = 0,3936л .

Пример 4. Плотность газа при н.у. равна 1,25 г/л. Определить его молярную массу и относительную плотность по водороду и воздуху.

Решение:

1) Найдем молярную массу газа:

М (газа ) = n ∙ Vm = 1,25 ∙ 22,4 = 28 (г/моль ).

2) Относительная плотность газа по водороду:

D_{водород} = М (газа ) / М (Н₂ ) = 28 / 2 = 14.

3) Относительная плотность газа по воздуху:

D_воздух = М (газа ) / 29 = 28 / 29 = 0,9655.

Ответ: М (газа)=28 г/моль; D(газа)_{водород} = 14; D(газа)_воздух =0,9655.

Пример 5. Определить состав газовой смеси ( в % % по объему), содержащей метан и этан, если ее относительная плотность по водороду равна 9,4.

Решение:

1) Найдем среднюю молярную массу газовой смеси :

Мср. (газ.смеси) =D_{водород} ∙ М (Н₂) = 9,4 ∙ 2 = 18,8 (г/моль).

2) Пусть n(СН₄) = х моль, тогда соответственно n(С₂Н₆) = (1-х) моль.:

Мср. (газ.смеси) = φ (СН₄) ∙ М(СН₄) + φ (С₂Н₆) ∙ М (С₂Н₆) или

Мср.(газ. смеси) = x∙М(СН₄) + (1-х)∙М(С₂Н₆).

18,8 = х ∙16 + (1-х) ∙ 30 ;

18,8 = 16х + 30 - 30х = 30-14х ; 18,8 = 30 - 14 х ; 14х=11,2 ;

3) Отсюда: х = 0,8 = φ(СН₄); а φ(С₂Н₆) = 1 – х = 0,2.

Ответ: М (газ.смеси) = 18,8 г/моль; φ (СН₄) = 0,8 , φ (С₂Н₆) = 0,2.

Пример 6. Вычислить среднюю молярную массу и относительную плотность по воздуху газовой смеси, состоящей из 20% водорода , 50% метана и 30 % пропана (по объему).

Решение:

1) Найдем среднюю молярную массу газовой смеси:

Мср. (газ.смеси) = φ(Н₂) ∙ М(Н₂) + φ(СН₄) ∙ М(СН₄) + φ(С₃Н₈) ∙ М(С₃Н₈) = 0,2 ∙ 2 + 0,5 ∙ 16 + 0,3 ∙ 44 = 0,4 + 8 + 13,2 = 21,6 (г/моль).

2) Относительная плотность этой газовой смеси по воздуху:

D_возд. = М (газ.смеси) / 29 = 21,6 / 29 = 0,7448.

Ответ: М (газ.смеси) = 21,6 г/моль;

---

D (газ.смеси)_возд. = 0,7448.

Пример 7. Определить относительную плотность газа по гелию, если при температуре 27 ⁰С и давлении 106,66 кПа газ массой 0,91 г занимает объем 760 мл.

Решение:

1) Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, можно определить молярную массу газа М (г/моль):



2) Найдем относительную плотность газа по гелию:

D_He = М(газа ) / М (He) = 28 / 4 = 7.

Ответ: D_He = 7.

Пример 8. Определить формулу вещества, в котором массовые доли углерода и водорода составляют 85,71% и 14,29% соответственно.

Относительная плотность паров этого вещества по азоту равна 1,5 .

Решение:

Данное вещество состоит только из углерода и водорода, так как сумма массовых долей углерода и водорода (85,71 +14,29) равна 100%, поэтому обозначим его формулу СхНу.

1) Пусть масса образца равна 100 г, тогда масса и количества вещества углерода и водорода в нем будут равны:

m(С) = m(в-ва) ∙ω(С) = 100 ∙ 0,8571 = 85,71 (г);

n(С) = m(С) / М(С) = 85,71 / 12 = 7,1425 (моль);

m(Н) = m(в-ва) ∙ ω(Н) = 100 ∙ 0,1429 = 14,29 (г);

n (Н) = m(Н) / М(Н) = 14,29 / 1 = 14,29(моль).

2) Найдем соотношение х : у в соединении:

x : у = n(С) : n(Н) = 7,1425 : 14,29 = 1 : 2 .

Таким образом, простейшая формула вещества – СН₂. М(СН₂) = 14 г/моль.

3) Молекулярная формула может содержать в k раз большее число атомов, чем простейшая (СН₂)_k. Для нахождения истинной формулы вещества найдем его молярную массу:

М(СхНу) =D_азот ∙ М(N₂) = 1,5 ∙ 28 = 42 (г/моль).

Коэффициент кратности, k равен : М(СхНу):М(СН₂) = 42:14 = 3,

Следовательно, истинная формула вещества С₃Н₆.

Ответ: С₃Н₆

Пример 9. При сгорании 2,3 г органического вещества образовалось 2,24л (н.у.) оксида углерода (IV) и 2,7 г воды. Определить молекулярную формулу сожженного вещества, если абсолютная плотность его паров равна 2,0536 г/л.

Решение:

1) В продуктах сгорания вещества содержатся углекислый газ и вода, поэтому оно имеет в своем составе углерод, водород и, возможно, кислород. Обозначим его формулу СхНуОz и запишем уравнение реакции горения: C

---

_xH_yO_z + (x + 0,25y – 0,5z) O₂ → xCO₂ + 0,5 y H₂O

Найдём:

2) Количество вещества и массу углерода в СO₂:

n(СО₂) = V(СО₂) / Vm = 2,24 : 22,4 = 0,1 (моль); n(С) = n(СО₂) = 0,1 моль;

m(С) = 0,1 ∙ 12 = 1,2 г.

3) Количество вещества и массу водорода в Н₂О:

n(Н₂О) = m(Н₂О) / М(Н₂О) = 2,7 / 18 = 0,15 (моль);

n(Н) = 2 ∙ n(Н₂О) = 2 ∙ 0,15 = 0,3 (моль); m(Н) = 0,3 ∙ 1 = 0,3 (г).

4) Массу и количество вещества кислорода в органическом веществе:

m(О) = m(в-ва) – m(С) – m(Н) = 2,3 – 1,2 – 0,3 = 0,8 (г);

n(О) = m(О) / М(О) = 0,8/16 = 0,05 (моль).

5) Соотношение х:у:z в органическом веществе:

x:у:z = n(С) : n(Н) : n(О) = О,1 : 0,3 : 0,05 = 2 : 6 : 1.

Таким образом, простейшая формула органического вещества -С₂Н₆О.

М(С₂Н₆О) = 46г/моль

Исходя из абсолютной плотности его паров, находим молярную массу :

М(СхНуОz) = ρ.Vm = 2,0536 . 22,4 = 46 (г/моль).

Следовательно, истинная формула совпадает с простейшей: С₂Н₆О.

Ответ: С₂Н₆О.

Пример 10. Определить массу углекислого газа, который может

образоваться при горении 10л (н.у.) оксида углерода (II) в 10л (н.у.)

кислорода. Найти состав полученной газовой смеси (в %% по объему).

Решение:

Запишем уравнение реакции горения оксида углерода (П):

2СО + О₂ = 2СО₂

1) Определим, какое из реагирующих веществ находится в избытке.

Согласно уравнению реакции 2 моль СО реагируют с 1моль О₂, при этом образуется 2моль СО₂ или в соответствии с законом объемных отношений для газов 2 объема СО реагируют с 1 объемом О₂ и при этом образуются 2 объема СО₂.

Следовательно, для горения 10л СО требуется вдвое меньший объем кислорода, т.е. из взятых 10 л прореагирует только 5л кислорода. Таким образом, кислород взят в избытке, а оксид углерода (II) – в недостатке.

Расчет всегда ведется по тому веществу, которое взято в недостатке, в нашем случае расчет ведем по СО. Количества прореагировавшего СО и образовавшегося СО₂ равны между собой, так как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции для этих веществ одинаковы, поэтому:

n(CO₂) = n(CO) или в соответствие с законом объемных отношений:

V(CО₂) = V(CO) = 10 л

2) Результаты расчетов часто отображают в уравнении реакции:

количества исходных веществ записывают над формулами соответствующих веществ, количества прореагировавших веществ пишут под их формулами. Вещество, оставшееся в избытке после реакции записывают в правой части уравнения химической реакции в скобках и под ним указывают оставшееся количество:

---