Файл: КР ТИ_КИ.doc

PV=RT или PV=.

Данное уравнение получило название уравнения Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа.) Оно связывает массу газа (кг), температуру (К), давление (Па) и объем (м³) с его молярной массой (кг/моль). При этом R=8,31 Дж/мольК.

Пример 8. Вычислите молярную массу бензола, если масса 600 см³ его паров при температуре 87⁰С и давлении 83,2 кПа равна 1,3 10^-3 кг.

Решение. Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, находим:

М=.

Пример 9. Газометр объемом 20 л наполнен газом. Плотность этого газа по воздуху 0,4, давление 103,3 кПа, температура 17⁰С. Определите массу газа.

Решение. Находим молярную массу газа.

М(газа) = 29  Д_(В) = 290,4 = 11,6 г/моль

Далее по уравнению Менделеева-Клапейрона определяем массу газа.

m(газа) =

Газы часто представляют собой смеси индивидуальных газообразных веществ. Так, воздух является смесью азота, кислорода, аргона и др.

Парциальным давлением газа в газовой смеси называется давление, которое производил бы газ, занимая при тех же условиях объем газовой смеси.

Закон парциальных давлений (Дальтон).

Общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь.

Р = р₁ + р₂ +…+р_n, где

Р – общее давление газовой смеси

р₁,р₂,р_n – парциальное давление газов.

Парциальное давление газа в газовой смеси можно рассчитать по уравнению Менделеева-Клапейрона.

Пример 10. Газовая смесь приготовлена из 2 л водорода (Р_нач. =93,3 кПа) и 5 л метана (Рн_нач. = 112 кПа). Объем смеси равен 7 л. Рассчитайте парциальные давления газов и общее давление смеси.

Решение. Зная объемы газов и смеси, находим парциальные давления газов:

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов.

Р = Р(H₂) + P(CH₄) = 26,66 + 80 = 106,66 кПа.

Пример 11. При температуре 0^оС в сосуде объемом 14,010^-3 м³ содержится водород массой 0,8 10^-3 кг и азот массой 6,310^-3 кг. Определите парциальное давление газов и общее давление газовой смеси.

Решение. По уравнению Менделеева-Клапейрона находим парциальное давление газов.

Р(H₂) =

Р(N₂) =

Робщ. = Р(Н₂) + P(N₂) = 64,80 + 36,46 = 101,26 кПа

Если газ собран над жидкостью, то при расчетах следует иметь в виду, что его давление является парциальным и равно разности общего давления газовой смеси и парциального давления пара жидкости. Например, газ собран над водой при температуре 20^оС и давлении 100 кПа, а давление насыщенного пара воды при 20^оС равно 2,3 кПа. Тогда, парциальное давление газа будет равно 100 – 2,3 = 97,7 кПа. Этой величиной пользуются в дальнейших расчетах.

Пример 12. Водород объемом 250 см³ собран над водой при температуре 26^оС и давлении 98,7 кПа. Давление насыщенного пара воды при 26^оС составляет 3,4 кПа. Вычислите объем водорода при нормальных условиях и его массу.

Решение. Находим парциальное давление водорода.

Р(Н₂) = Р  Р(Н₂О) = 98,7 – 3,4 = 95,3 кПа.

По уравнению Клапейрона определяем объем водорода (н.у.)

V₀(H₂) = см³

Находим количество водорода этого объема.

(Н₂) =

Отсюда масса водорода:

m(H₂) = M = 0,00962=0,019 г.

Пример 13. Определите молекулярную формулу соединения, содержащего 30,43% азота и 69,57% кислорода (по массе). Плотность этого вещества по водороду равна 46.

Решение. Находим молярную массу этого вещества.

M(N_xO_y) = = 246 =92 г/моль.

Определяем массу азота и кислорода в моле этого соединения.

m(N) =

m(O) =

Отсюда 14 х : 16 у = 28 : 64

х : y =x = 2; y = 4

Формула – N₂O₄.

Задачи к разделу 1:

«Основные понятия и законы химии»

1 На осаждение хлора, содержащегося в 0,66610^-3 кг соли, израсходовано 1,08810^-3 кг AgNO₃. Вычислите молярную массу эквивалента соли.

2 В закрытом сосуде объемом 5 л находится при температуре 15^оС смесь, состоящая из 4,4г СО₂, 6,4 г О₂ и 2,4г СН_4. Вычислите общее давление газовой смеси, парциальные давления газов и процентный состав смеси по объему.

3 Металл массой 0,70 г вытеснил из кислоты 418 см³ водорода, собранного над водой при температуре 15⁰С и давлении 94,3 кПа. Давление водяного пара при этой температуре равно 1,7 кПа. Определите молярную массу эквивалента металла.

4. Вычислите среднюю плотность по воздуху газовой смеси, имеющей объемный состав: 52% СН₄ и 48% С₂Н₄.

4. При нагревании 0,612г некоторого вещества выделилось 0,168л кислорода (н.у.) и образовалось 0,372г хлорида калия. Определите формулу этого вещества.

4. В газометре над водой при температуре 20⁰С и давлении 98500 Па находится 810^-3 м³ кислорода. Давление водяного пара при 20⁰С равно 2335 Па. Какой объем (н.у.) займет кислород, находящийся в газометре.

4. Масса газа объемом 0,327 л при температуре 13⁰С и давлении 1,04010⁵ Па равна 0,838 г. Вычислите молекулярную массу газа.

4. Объем резиновой камеры автомобильной шины равен 0,025 м³, давление в ней 5,06610⁵ Па. Определите массу воздуха в камере при температуре 20⁰С.

4. Вычислите, какое давление надо приложить, чтобы хлор массой 28,4г занимал объем 2,0 л при температуре 20⁰С?

4. В сосуде объемом 0,050 м³ при температуре 25⁰С содержится смесь из 0,020 м³ этилена под давлением 83950 Па и 0,015 м³ метана под давлением 95940 Па. Найдите парциальные давления газов и общее давление газов в сосуде.

4. Газовая смесь состоит из 5 л азота, находящегося под давлением 95940 Па и 3 л кислорода. Объем смеси 8 л. Общее давление газовой смеси 104200 Па. Под каким давлением был взят кислород?

4. В закрытом сосуде объем 0,6 м³ при температуре 0⁰С находится смесь, состоящая из 0,20 кг СО₂, 0,40 кг О₂ и 0,15 кг СН₄. Вычислите: а) парциальные давления газов; б) общее давление газовой смеси.

4. В газонаполненных лампах содержится смесь газов, имеющая объемный состав: 86% Ar и 14% N₂. Рассчитайте парциальные давления газов, если общее давление равно 39990 Па.

4. Сухой воздух имеет примерно следующий объемный состав: 78,09 % N₂, 20,95 % О₂, 0,93% Ar и 0,03% СО₂. Вычислите парциальные давления этих газов, если общее давление газовой смеси 101325 Па.

4. В закрытом сосуде объемом 6 л находится при температуре 10⁰С смесь, состоящая из 8,8 г СО₂, 3,2 г О₂ и 1,2 г СН₄. Вычислите общее давление газовой смеси, парциальные давления газов и процентный состав смеси по объему.

4. Металл массой 0,35 г вытеснил из кислоты 209 см³ водорода, собранного над водой при температуре 20⁰С и давлении 104,3 кПа. Давление водяного пара при этой температуре равно 2,3 кПа. Определите молярную массу эквивалента металла.

4. При нагревании 1,225г некоторого вещества выделилось 0,336л кислорода (н.у.) и образовалось 0,745г хлорида калия. Определите формулу этого вещества.

4. Определите молекулярную формулу оксида хлора, если при разложении оксида объемом 0,10л получились кислород и хлор объемом 0,10л и 0,05л соответственно (н.у.) Относительная плотность этого оксида по воздуху равна 2,34.

4. Определите формулу вещества, состоящего из углерода, водорода и кислорода, зная, что при сжигании 0,145г его получено 0,330г СО₂ и 0,135г Н₂О. Относительная плотность пара этого вещества по водороду равна 29.

4. Какова простейшая и молекулярная формулы газообразного углеводорода, если в нем содержится 81,82% углерода и 18,18% водорода, а 1л этого углеводорода (н.у.) имеют массу 2,6 г?

Раздел 2 Строение атома. Химическая связь

2.1 Строение атома

Порядковый номер химического элемента в периодической системе Д.И.Менделеева соответствует числу протонов в ядре атома элемента и числу электронов в электронной оболочке атома. Химические свойства соединений зависят в основном от строения внешних электронных уровней атомов элементов.

Описать строение электронных оболочек атомов можно с помощью принципа Паули, наименьших энергий и правила Гунда, используя для этого представления о квантовых числах.

Главное квантовое число ”n” в многоэлектронном атоме обозначает номер электронного уровня. Оно принимает целочисленные значения от 1 до ∞: n = 1, 2, 3, … и характеризует энергию электрона, размер электронного облака, число энергетических подуровней внутри каждого уровня.

Орбитальное квантовое число ”ℓ” характеризует электронные подуровни. Оно принимает для данного ”n” все целочисленные значения от 0 до (n  1): ℓ = 0, 1, 2…(n  1). Подуровни, характеризующиеся значениями ℓ, равными 0, 1, 2, 3, называют соответственно s-, p-, d-, f-подуровнями, а находящиеся на них электроны - s-, p-, d-, f - электронами. Все орбитали одного подуровня имеют одинаковую форму электронных облаков.

Магнитное квантовое число ”m_ℓ” принимает все целочисленные значения от –ℓ до + ℓ, включая ”0”: m_ℓ = 3, 2, 1, 0, +1, +2, +3. Число значений ”m_ℓ” соответствует числу орбиталей в подуровне и их ориентации в пространстве.

Пример 1. Сколько орбиталей включает р-подуровень?

Решение. Для р-подуровня ℓ = 1. Число значений m_ℓ равно трем (+1, 0, -1 ), следовательно р-подуровень включает три р-орбитали (p_x, p_y, p_z) с их ориентацией по координатам x, y, z.

Спиновое квантовое число ”m_s” принимает два значения +1/2 и –1/2 и характеризует магнитное поле электрона. Если атом имеет два электрона, и оба они характеризуются m_s = +1/2, то суммарный спин равен 1; если один электрон атома характеризуется m_s = +1/2, а другой  m_s = 1/2, то суммарный спин равен нулю (правило Гунда). Электрон с соответствующим квантовым числом обозначается в электронно-графических формулах стрелочкой, например, ↓, что соответствует m_s = 1/2 или ↑  m_s = +1/2.