Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Кафедра биотехнологии и химии

Общая и неорганическая химия

Методические указания к практическим занятиям для студентов специальностей 020101 – Химия, 240901 – Биотехнология, направлений 020100 – Химия, 240100 – Биотехнология

Тверь 2009

УДК 664:658.562(075.8)

ББК 65.304.25 я7

Методические указания содержат теоретические сведения по основным разделам курсов «Общая и неорганическая химия» и «Неорганическая химия», а также задачи для самостоятельной подготовки студентов к практическим и лабораторным работам по курсам «Общая и неорганическая химия» для студентов специальности 240901 – Биотехнология и направления 240100 – Биотехнология и «Неорганическая химия» для студентов специальности 020101 – Химия и направления 020100 – Химия.

Составители: М.А.Крупцова, В.Г.Матвеева, А.В.Гавриленко

 М.А.Крупцова, В.Г.Матвеева, А.В.Гавриленко, 2009

Тверской государственный технический университет, 2009

Основные понятия и законы химии. Основные газовые законы. Закон парциальных давлений.

Теоретические сведения

Единицей количества вещества является моль.

Моль – это количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов, катионов, электронов, эквивалентов и т.д.), сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода – 12, а именно, 6,02 ^. 10²³ (число Авогадро).

Эквивалентом элемента или вещества называется такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или замещает один моль водорода в химических реакциях. Массу одного моля эквивалентов называют молярной массой эквивалентов вещества (М_э), г/моль.

Молярная масса эквивалента элемента в соединении не является величиной постоянной, зависит от валентности элемента в данном соединении и выражается уравнением

,

где М – молярная масса элемента, г/моль; Z – валентность элемента в данном соединении; 1/z – фактор эквив алентности.

Молярные массы эквивалентов сложных соединений рассчитываются по формулам:

где n – число атомов кислорода; Z – валентность кислорода

где основность кислоты – это общее число атомов водорода или число атомов водорода, замещенных в реакции атомами металла. Например, основность фосфорной кислоты в реакции

H₃PO₄ + 2 NaOH = Na₂HPO₄ + 2 H₂O

равна 2, т.к. 2 атома водорода заместилось атомами натрия.

где кислотность основания – это общее число OH^- - групп или число OH^- - групп, замещенных в процессе реакции кислотными остатками. Например, кислотность гидроксида алюминия в реакции

Аl(ОН)₃ + 2 НС1 = А1(OH)С1₂ + 2 H₂O

равна 2, т.к. 2 группы OH^- заместились двумя хлорид-ионами (Cl^-).

где n – число атомов металла; Z – валентность металла.

Согласно закону эквивалентов вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

При решении некоторых задач удобнее пользоваться другой формулировкой этого закона: массы (объемы) всех веществ, реагирующих между собой в химических реакциях, прямо пропорциональны их молярным массам эквивалентов (молярным объемам эквивалентов).

где m₁ и m₂ – масса веществ, вступивших или получившихся в результате реакции, г; Mэ₁, Мэ₂ – молярные массы эквивалентов этих веществ, г/моль; V₁, V₂ – объемы газообразных веществ при н.у.; V₁⁰ и V₂⁰ – объем, который занимает эквивалент вещества при н.у.

Молярный объем эквивалента вещества Vэ^о – это объем, занимаемый одним моль эквивалентом газообразного вещества, при нормальных условиях.

Газовые законы и расчет молярных масс газообразных веществ

1. Уравнение Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

;

где V – объем газа, измеренный при реальных условиях, т.е. при атмосферном давлении Р и температуре Т; V₀ – объем газа при нормальном давлении Р₀ и температуре Т₀. Используют для приведения объема к нормальным условиям.

2. Закон Авогадро: в равных объемах разных газов при одинаковом давлении и температуре содержится одинаковое число молекул. В одном моле содержится 6,022·10²³ молекул (число Авогадро).

При нормальных условиях (T= 273К, p = 101,325 кПа или 760 мм рт.ст.) моль любого газа занимает объем 22,4 л. Теперь несложно рассчитать молярные объемы эквивалентов наиболее распространенных в реакциях газов Н₂ и О₂. Один моль Н₂ (2г) занимает объем 22,4 л, а один эквивалент Н₂(1г) – V л, следовательно, Vэ(Н₂) = 11,2 л/моль. Аналогичным образом рассчитывается Vэ(О₂) = 5,6 л/моль.

3. Молярную массу газа можно вычислить, пользуясь уравнением Клапейрона – Менделеева

, или ,

где Р – давление, кПа; V – объем, л; m- масса, г; М – молярная масса, г/моль; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль ^. К); Т – абсолютная температура, К.

4. Из закона Авогадро следует, что при одном и том же давлении и температуре массы равных объемов газов относятся как их молярные массы

, или D =

где D = m₁/m₂ -относительная плотность D первого газа по второму, m₁ – масса первого газа, m₂ – масса второго газа.