Решение задач по химии: подготовка к ЕГЭ 2023

Химия: глубоко системная наука

И в школе (8-9 классы), и в вузе схема решения задач по химии примерно одинакова. Существует определенный набор определенных химических веществ. Каждое из этих веществ имеет определенные характеристики.

Понимая систему этой науки в целом, а также систему и сущность основных веществ, даже будучи гуманитарием до мозга костей, вы сможете усвоить и понять правила решения задач по химии.

А для этого вам понадобится:

• Необходимая мотивация и желание работать. Если у вас есть цель и усердие, то все у вас получится, поверьте!
• Хотя бы базовые знания теории: таблица Менделеева, минимальный глоссарий, знание простейших формул соединений и т.д.
• Внимание. Часто школьники испытывают массу затруднений при решении задач по химии из-за банальной невнимательности. Очень внимательно прочитайте условие задачи, запишите все быстрые факты и определите, что вам еще нужно найти. А дальше все просто — действуем по стандартному алгоритму действий.

Алгоритм решения задачи по химии

Чтобы решить задачу по химии, выполните описанную ниже процедуру. Чем точнее вы будете следовать нашим рекомендациям, тем быстрее найдете правильное решение! Итак, перейдем непосредственно к алгоритму решения задач по химии:

1. Напишите уравнение реакции (если нужно), не забудьте упорядочить коэффициенты. Для наглядности по соответствующим соединениям отметим известные и неизвестные данные.
2. Определите, как найти неизвестные данные. Можно ли это сделать в одно действие или в несколько? Возможно, вам потребуется воспользоваться таблицей Менделеева (например, для определения молекулярной массы) или другими справочными данными (например, при переводе массы вещества в объем необходимо знать его плотность).
3. Также при необходимости устанавливают соотношение (хотя у этого метода много противников) или пользуются понятием количества вещества. Или подставить известные и найденные данные в нужные формулы. Напоминаю, что в большинстве случаев действий больше, чем одно, поэтому определите, какие данные в выбранной формуле для нахождения нужного параметра неизвестны, и попробуйте найти их с помощью необходимых пропорций или формул.
4. Если вам нужно использовать формулы, будьте осторожны с единицами измерения. Иногда необходимо перевести их в систему СИ.
5. В конце еще раз прочитайте условие задачи по химии и проверьте правильность своего решения.

И, наконец, если вы не можете решить задачу по химии, то забудьте, как вы ее решили. Попробуйте подойти к ней с «другой стороны», найти другой способ ее решения.

Верьте в себя и у вас обязательно все получится. Решать задачи по химии не так сложно, как кажется! Удачи!

Количество вещества

Несколько веков назад алхимики, готовясь к различным опытам и после их проведения, часто взвешивали вещества и определяли их объемы. После открытия М. В. Ломоносовым и А. Л. Лавуазье закона сохранения массы веществ в химических реакциях химия стала быстро развиваться, приобретая статус точной науки. Расчеты стали неотъемлемой частью химических исследований.

Вы уже знаете, что вещества могут иметь молекулярное, атомарное или ионное строение. Превращение одних веществ в другие происходит в результате соединения атомов в молекулы, распада молекул на атомы, перегруппировки атомов или ионов.

Комментарий к реакции горения углерода

вы говорите, что каждый атом углерода реагирует с одной молекулой кислорода, образуя одну молекулу углекислого газа, два атома углерода реагируют с двумя молекулами кислорода, образуя две молекулы углекислого газа, и так далее

Для подготовки любого химического эксперимента нет смысла считать атомы, молекулы. Да, это невозможно сделать. Химики пользуются физической величиной, которая определяется количеством частиц вещества в определенной его части. Название этой величины — количество вещества. Обозначается латинской буквой

Единицей измерения количества вещества является моль*.

Учеными установлено, что в 1 моле любого вещества содержится 602 его формульных единиц (атомов, молекул, наборов ионов). Это число можно записать как
(21 — количество нулей в первом входе), или 1 моль – это часть вещества, содержащая его формульные единицы.

Так, 1 моль углерода (вещества атомарного строения) содержит
атомов углерода, 1 моль кислорода (молекулярная структура вещества) — 6
молекулы 1 моль поваренной соли (вещество с ионным строением) — ионная пара д , а именно. ионы д ионы .

* Термин происходит от латинского слова moles — без конца.

Понятие «количество вещества» используется не только по отношению к веществам, но и по отношению к частицам: атомам, молекулам, ионам. Например, выражение «1 моль ионов » это значит ионы ».

Количество был выбран не случайно. Ученые определили, что сколько атомов содержится в 12 г углерода, столько и масса этого простого вещества в граммах, что численно равно относительной атомной массе соответствующего элемента (углерода). Поэтому такое определение единицы измерения количества вещества:

1 моль – это часть вещества, содержащая столько формульных единиц, сколько атомов углерода содержится в 12 г углерода.

Представление о долях различных веществ в 1 моле можно получить из рисунка 1.

Количество назван числом Авогадро в честь итальянского ученого А. Авогадро.

Число Авогадро в миллиарды раз превышает количество волос на голове, усов, бород у всех людей, живущих на Земле. Если покрыть поверхность земли таким количеством () теннисные мячики, то толщина «покрытия» будет около 100 км если положить атомы водорода, наименьшие среди всех атомов, расположены близко друг к другу в линию, то их длина будет примерно
километров. Нить такой длины может обернуть земной шар вокруг экватора более 1 500 000 раз (рис. 2).

Амадей Авогадро (1776-1856)

Выдающийся итальянский физик и химик. Выдвинул гипотезу о молекулярном строении веществ, в частности газов. Он открыл один из газовых законов (1811 г.), впоследствии названный его именем. Он уточнил атомные массы некоторых элементов, определил состав молекул воды, аммиака, углекислого и оксида углерода, метана, сероводорода и др. разработал экспериментальные методы определения молекулярных масс газообразных веществ.

Число Авогадро соответствует постоянной Авогадро. Ваше назначение
а размерность следует из следующего выражения:

Если часть вещества содержит N частиц (формульных единиц), можно вывести формулу для расчета соответствующего количества вещества n:

1 моль вещества содержит
частица,
в н моль вещества — N частиц;

Слово «моль» не склоняется, если перед ним стоит число, но склоняется, если числа нет.

Примеры предложений: Возьмем 5 молей железа, определение моль.

Разрешение проблемы. Решим несколько задач, в которых используется величина «количество вещества».

ЗАДАНИЕ 1. Сколько вещества в нем содержится
атомы алюминия?

Решение

Воспользуемся формулой, показывающей связь между количеством материи и количеством частиц (атомов):

Отвечать:

1 моль любого молекулярного вещества всегда содержит более 1 моль атомов (1 моль элемента). Например, в 1 моль кислорода
— 2 моль атомов кислорода (2 моль элемента кислорода); в 1 моль метана
— 1 моль атомов углерода и 4 моль атомов водорода (1 моль углерода и 4 моль водорода).

Аналогично рассчитывают количества ионов веществ в ионном соединении.

ЗАДАНИЕ 2. Рассчитайте количество ионов вещества в оксиде железа (III
взято количество вещества 4 мол.

Решение

Формула оксидной единицы
содержит 2 иона
и 3 иона
Итак, 1 моль
состоит из 2 молей ионов
и 3 моль ионов

В 4 молях этого соединения количество вещества ионов в четыре раза больше:

Отвечать:

По формуле соединения можно определить соотношение вещественных количеств атомов (элементов), ионов в нем. Например, в метане

и в оксиде железа (III
—

Вернемся к химической реакции

обсуждалось в начале абзаца. Если речь идет о большом количестве взаимодействующих и образующихся частиц, то каждая
атомы углерода (1 моль) реагируют с
молекулы
(1 моль) с образованием
молекулы
(1 моль) написать химическое уравнение

мы видим, что количества материи соответствуют коэффициентам. Это справедливо для любой реакции. Вот еще один пример:

РЕКОМЕНДАЦИИ. Количество вещества в химии определяется числом его частиц. Единицей измерения количества вещества является моль. 1 моль содержит
формульные единицы материи — атомы, молекулы, наборы ионов. Количество
позвонил по номеру Авогадро.

Это интересно. Количество вещества используется для характеристики состава растворов в научных исследованиях.

Молярная масса

Важной величиной, связанной с количеством вещества, является молярная масса. Он используется во многих расчетах: при подготовке к химическому эксперименту, внедрении технологических процессов на предприятиях, для обработки результатов изучения химических реакций.

Молярная масса – это масса 1 моля вещества.

Молярная масса обозначается латинской буквой М. Ее размерность г/моль.

Молярная масса численно равна относительной атомной, молекулярной или формульной массе.

Чтобы написать молярную массу любого вещества, достаточно указать значение соответствующей атомной, молекулярной или относительной формульной массы и добавить размерность — г/моль. Относительные атомные массы элементов представлены в периодической системе Д. И. Менделеева, а расчету молекулярных масс и относительных формул веществ вы научились в 7 классе.

Примеры регистрации молярных масс простых и сложных веществ:

(расчет относительной молекулярной массы:

(относительная формула расчета массы:

Поскольку понятие «моль» используется не только по отношению к веществам, но и по отношению к частицам (атомам, молекулам, ионам), то для них существуют молярные массы. Учитывая, что масса 1 моля атомов водорода равна 1 г, а 1 моль ионов
— 96 г, запишем молярные массы этих частиц:

Выведем формулу, описывающую связь между массой, количеством вещества и молярной массой. Если, например, 1 моль атомов водорода имеет массу 1 г, то n моль этих атомов в n раз больше массы, то есть nг. Запишем соответствующее математическое выражение:

Общая формула расчета массы атомов, ионов, веществ по количеству вещества:

Отсюда

Итак, молярная масса – это отношение массы вещества к количеству.

Разрешение проблемы. Рассмотрим два способа решения задач, связанных с использованием молекулярной массы. Один из них предполагает построение пропорции, а другой – расчеты по приведенным выше формулам.

ЗАДАНИЕ 1. Рассчитать количество вещества метан
если масса соединения 6,4 г.

Решение

1-й способ

1. Рассчитайте молярную массу соединения:

2. Найдите количество метанового вещества, из которого состоит соотношение:

1 моль
имеет массу 16 г,

крот
— 6,4 г;

2-й способ

Воспользуемся одной из формул, приведенных в абзаце:

Отвечать:

ЗАДАНИЕ 2. Какой массе железа соответствует количество вещества 1,5 моль?

Решение

1-й способ

Железо — простое вещество, состоящее из атомов элемента Феррум.

Рассчитаем массу железа по пропорции:

1 моль
имеет массу 56 г,

1,5 моля
—
грамм;

2-й способ

Воспользуемся формулой, приведенной в абзаце:

Отвечать:

ЗАДАЧА 3. Вычислить массу
атомы натрия

Решение

1-й способ

Насколько
= 23 г/моль, то 1 моль атомов натрия имеет массу 23 г. Учитывая, что 1 моль элемента
атомов, составь пропорцию и реши ее:

атомы Na имеют массу 23 г,

атомы Na-xr;

2-й способ

1. Рассчитайте количество вещества натрия:

2. Рассчитайте массу атомов натрия:

Отвечать:

РЕКОМЕНДАЦИИ. Молярная масса – это масса 1 моля вещества. Он численно равен относительной атомной или молекулярной массе или формуле. Молярная масса – это отношение массы к количеству вещества.

Молярный объем

Порция вещества может быть охарактеризована не только его массой, но и его объемом. Поэтому неслучайно, кроме молярной массы, существует еще одна физическая величина: молярный объем.

Молярный объем – это объем 1 моля вещества.

Обозначение молярного объема —
а единицы измерения

Из курса физики 7 класса вы знаете формулу, в которую входит масса вещества
его плотность
и объем

Аналогичная зависимость существует между молярной массой и молярным объемом:

Из этой формулы получаем другую:

Его можно использовать для расчета молярного объема любого вещества. Для этого нужно вычислить молярную массу вещества и найти в справочнике его плотность.

Каждое твердое и жидкое вещество имеет свой молярный объем (например, для алюминия, хлорида натрия, воды и спирта —
соответственно). Молярный объем, как и плотность таких веществ, почти не зависит от температуры и давления.

Газы расширяются при нагревании или под давлением, а при охлаждении или под давлением сжимаются. Это связано с тем, что расстояния между молекулами газов очень велики (в отличие от твердых тел и жидкостей, где частицы контактируют друг с другом).

При изменении условий меняются также плотность газа и его молярный объем. Поэтому при даче значений этих физических величин необходимо указывать соответствующие температуру и давление.

Нормальные условия (на) = О°С; 101,3 кПа

Для газов в н и.

Ученые установили, что молярный объем различных газов при одинаковых условиях одинаков. В частности, при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа (или 760 мм рт ст.) она составляет 22,4 л/моль. Данные условия называются нормальными (сокращенно — на.).

1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 литра.

Описать физические свойства вещества, указать его агрегатное состояние при нормальных условиях. В данном случае речь идет об условиях, которые чаще всего существуют в помещении, где изучается или используется вещество. Это температура около +20°С и давление около 760 мм рт.
Соотношение объемов
количество вещества
и молярный объем
описывает следующую формулу (попробуйте вывести ее самостоятельно):

От него можно получить еще два:

Итак, молярный объем – это отношение объема к количеству вещества.

Закон Авогадро

Вы уже знаете, что 1 моль водорода, кислорода или углекислого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 литра и содержит
молекулы. В начале была высказана гипотеза об одинаковом числе молекул в равных объемах разных газов, основанная на результатах исследований реакций между газами

XIX век. А. Авогадро. Получив впоследствии экспериментальное подтверждение и теоретическое обоснование, эта гипотеза стала законом.

Закон Авогадро формулируется следующим образом:
равные объемы разных газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул*.

Вот важное следствие закона Авогадро:
в равных объемах разных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое количество вещества.

* — Для инертных газов — то же количество атомов.

Представленный материал обобщает рисунок 3.

Разрешение проблемы. Рассмотрим несколько задач, для решения которых используется молярный объем газа.

ЗАДАЧА 1. Рассчитайте объем 0,4 г водорода при стандартных условиях.

Решение

1-й способ

1. Найдите количество вещества водорода:

2. Рассчитаем объем водорода, составив соотношение:

1 моль
занимает в ny объем 22,4 л, 0,2 моль
-xl;

2-й способ

1. Найдите количество вещества водорода:

2. Рассчитываем объем водорода по соответствующей формуле:

Отвечать:

ЗАДАНИЕ 2. Рассчитайте количество молекул в 1 л кислорода при нормальных условиях.

Решение

1-й способ

Рассчитаем количество молекул кислорода в 1 л газа при нормальных условиях:

22,4 литра кислорода содержит
молекулы,
в 1 л кислорода — х молекул;

2-й способ

Рассчитаем количество молекул кислорода в 1 л газа при нормальных условиях. Для этого из формулы
мы получаем:

Выполняем расчет:

Ответ:

Эту проблему можно решить другим способом. По соответствующим формулам сначала рассчитывается количество вещества кислорода, а затем количество молекул.

ЗАДАНИЕ 3. Рассчитайте плотность оксида углерода СО при нормальных условиях.

Решение

1-й способ

1. Найдите молярную массу оксида углерода:

2. Рассчитайте плотность газа при нормальных условиях:

1 моль оксида углерода, т

28 г CO занимает в ny объем 22,4 л,
хг СО-1л;

2-й способ

1. Найдите молярную массу оксида углерода:

2. Рассчитаем плотность оксида углерода при нормальных условиях, переведя формулу
(стр. 17) другому:

Ответ:

РЕКОМЕНДАЦИИ

Молярный объем – это объем 1 моля вещества. Эта физическая величина представляет собой отношение объема к количеству вещества.

Молярные объемы твердых тел и жидкостей разные, а газов (при одинаковых температуре и давлении) одинаковые. При нормальных условиях (температура 0°С и давление 101,3 кПа, или 760 мм рт ст.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул (закон Авогадро).

Соотношение объемов газа в химических реакциях

По закону Авогадро в равных объемах газов содержится одинаковое число молекул (при одинаковых условиях). Если каждая молекула одного газа реагирует с одной молекулой другого, например, при реакции

то равные объемы веществ должны взаимодействовать, скажем,
В ответ

на один объем кислорода должно приходиться два объема реагирующего с ним водорода. Только при этом условии число молекул водорода будет вдвое больше числа молекул кислорода, как «требует» химическое уравнение.

Обобщением этих выводов является закон объемных пропорций газов, открытый французским ученым Ж. Гей-Люссаком в 1808 г.: объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции, связаны как малые целые числа.

Со временем ученые установили, что эти числа являются соответствующими коэффициентами в химических уравнениях.

Так для газов в реакциях (1) и (2)

Использование закона Гей-Люссака позволяет химику или технологу определить, какие объемы газов необходимо ввести для проведения реакции. Гораздо проще выбрать определенный объем газа, чем взвесить его необходимую массу.

Относительная плотность газа

Равные объемы разных газов содержат одинаковое количество молекул*. Так как молекулы разных веществ обычно имеют разные массы, то и массы одних и тех же объемов газов, как правило, различны. Например, масса 1
кислорода 0,00143 г, а масса такого же объема водорода 0,0000893 г. Это означает, что кислород тяжелее водорода (рис. 4). Как часто? Разделить 1
кислород по массе 1
водород:

* — При тех же условиях.

Число 16 называется относительной плотностью кислорода по отношению к водороду. Обозначается буквой Д и записывается следующим образом:

Относительная плотность одного газа по отношению к другому газу — это отношение массы данного объема газа к массе того же объема другого газа (при тех же температуре и давлении).

Вес 1
вещества численно равна его плотности. Плотности кислорода и водорода (при нормальных условиях:

Узнать, во сколько раз кислород тяжелее водорода, можно, разделив плотность кислорода на плотность водорода:

Эта формула объясняет, почему физическая величина, обсуждаемая в параграфе, называется относительной плотностью.

Относительная плотность, как и относительная атомная масса (молекулярная, формула), безразмерна.

Если взять по 22,4 л кислорода и водорода при нормальных условиях, то массы веществ (в граммах) будут численно равны их молярным массам или относительным молекулярным массам. Поэтому такие варианты расчета относительной плотности кислорода по водороду:

Преобразуем все приведенные выше формулы в общие формулы. Обозначим более тяжелый газ буквой В, более легкий — буквой А, относительную плотность первого газа — второй —

Помните: отношение масс газов можно использовать для вычисления относительной плотности только при условии, что

Газы часто сравнивают с воздухом. Хотя воздух представляет собой смесь газов, его условно можно считать газом с относительной молекулярной массой 29. Это число называется средней относительной молекулярной массой воздуха. Именно в промежутке между цифрами 32 и 28 — относительные молекулярные массы кислорода
и азот
основные компоненты воздуха. (Эти два газа занимают почти 99% его объема.)

Очень легко определить, легче или тяжелее тот или иной газ воздуха. Достаточно наполнить резиновый мячик и отпустить его (рис. 5, 6).

Формулы для расчета относительной плотности газа В в воздухе следующие:

Это интересно. Водород самый легкий газ
а самый тяжелый радон

Разрешение проблемы. Покажем, как решаются задачи, используя материал, представленный в параграфе.

ЗАДАНИЕ 1. Рассчитайте относительную плотность углекислого газа по водороду и по воздуху.

Решение

Находим относительную плотность углекислого газа в водороде и в воздухе.

Ответ:

Согласно полученному результату, углекислый газ в 1,52 раза тяжелее воздуха. Очевидно, что воздух во столько же раз легче углекислого газа.

Если для неизвестного газа В определить его относительную плотность к газу А, то можно рассчитать относительную молекулярную или молярную массу газа В по формулам, следующим из приведенных выше:

ЗАДАЧА 2. Относительная плотность газа X (соединения серы) по отношению к водороду равна 17. Вычислите молярную массу газа X и найдите формулу соединения.

Решение

1. Рассчитайте молярную массу газа X по одной из формул, приведенных в пункте:

2. Найдите формулу соединения. Насколько
то молекула соединения X содержит атом серы. (Если бы атомов этого элемента было два и более, то молярная масса соединения превышала бы
) Второй элемент в молярной массе соединения представляет собой

Очевидно, этот элемент — Водород; его атомов в молекуле соединения два. Составная формула

Отвечать:
составная формула —

РЕКОМЕНДАЦИИ

Относительная плотность одного газа по отношению к другому газу — это отношение массы данного объема газа к массе того же объема другого газа (при тех же температуре и давлении). Относительная плотность газа показывает, во сколько раз он тяжелее другого газа.

В качестве эталонного газа часто используется воздух. Он ведет себя как газ с относительной молекулярной массой 29.

Относительную плотность газа можно использовать для расчета его молярной массы.

О средней относительной молекулярной массе воздуха.

Почему средняя относительная молекулярная масса воздуха равна 29, а не 30, среднему арифметическому относительных молекулярных масс кислорода (32) и азота (28)? Потому что в воздухе содержится неодинаковое количество этих газов: кислорода — 21% по объему, азота — 78%.

Рассчитаем среднюю молярную массу воздуха (численно она равна средней относительной молекулярной массе).

Предположим, что воздух состоит только из кислорода и азота. Тогда средняя молярная масса воздуха будет равна массе 1 моля газовой смеси

Количества веществ в газах пропорциональны их объемам или объемным долям

Принимая ориентировочные значения объемных долей газов
в воздухе (0,2 и 0,8 соответственно), вычисляем количество вещества каждого газа в 1 моль смеси:

Найдите массу 1 моля воздуха, то есть 1 моля газовой смеси

Поэтому,

Валентность и степень окисления

Проблема: Почему углерод в большинстве ваших соединений четырехвалентен?

Решение:

Для углерода в невозбужденном атоме электроны на внешнем уровне распределяются по орбиталям следующим образом:

По этой схеме углерод двухвалентен, так как валентность в простейшем случае определяется числом неспаренных электронов. Но атом углерода имеет свободную 2p-орбиталь, и при сравнительно небольшой затрате энергии один 2s-электрон переходит в 2p-состояние, в результате чего общее число неспаренных электронов увеличивается до четырех:

Энергия, затрачиваемая на 2s-2p-переход электрона, с лихвой компенсируется энергией, выделяющейся при появлении двух дополнительных связей.

Задание: Определите степень окисления азота в молекулах и ионах: а)
, б)
, в)
.

Решение:

а) Степень окисления азота х, кислорода -2. Исходя из нейтральности молекулы, составляем уравнение:

2х + 4 (-2) = 0,

откуда х = + 4, то есть степень окисления азота в
равно +4.

б) Степень окисления водорода +1, кислорода -2, углерода в карбонатах (солях угольной кислоты
) +4, азот х составляем уравнение

откуда х = -3, то есть степень окисления азота в
равно -3. 88

в) Степени окисления кислорода и азота равны -2 и х соответственно. Учитывая, что заряд иона
равен -1, мы делаем уравнение

Следовательно, x = +3, то есть степень окисления азота в ионе
равно +3.

Задание: Определить валентность и степень окисления углерода в соединениях
,
,
.

Решение:

Из структурных формул этих соединений
,
,
следует, что углерод в этих соединениях четырехвалентен, и его степень окисления будет равна:

Химическая связь

Задание: Определите, как изменяется прочность связей в ряду: HF, HCl, HBr, HI.

Решение:

Для этих двухатомных молекул прочность связи зависит от длины связи. А так как при переходе от фтора к йоду увеличивается радиус атома, то увеличивается и длина Н-галогенной связи в этом направлении, то есть прочность соединений при переходе от фтора к йоду уменьшается.

Проблема: Сера образует химические связи с калием, водородом, бромом и углеродом. Какие из связей являются наиболее и наименее полярными? Укажите, в каком направлении движется коммуникационное электронное облако.

Решение:

Используя значения относительной электроотрицательности атомов (см табл. 2.2), находим различия относительной электроотрицательности серы и атомов, образующих с ней химическую связь (значение
):

Самый большой по абсолютной величине
тем более полярна связь. В этом примере связь сера-калий SK является наиболее полярной.

Периодический закон Д. И. Менделеева

Задание: В какой группе и в какой период периодической системы элементов Д. И. Менделеева находится элемент с порядковым номером 42?

Решение:

Расположение элементов в периодической системе по строению их атомов следующее: в первом периоде 2, во втором 8, в третьем 8. Третий период заканчивается элементом с порядковым номером 18 (2 +8+8=18). В четвертом периоде 18 предметов, то есть он заканчивается предметом с порядковым номером 36. В пятом периоде также 18 предметов, поэтому предмет с порядковым номером 42 попадает в пятый период. Он занимает шестое место, поэтому находится в шестой группе. Этот элемент – молибден (Mo).

Задание: Какой из элементов, натрий или цезий, обладает более выраженными металлическими свойствами?

Решение:

Структуру электронной оболочки атомов натрия и цезия можно представить следующим образом:

или сокращенно

либо

Как видите, оба атома имеют по одному электрону на внешнем энергетическом уровне. Однако в атоме цезия внешний электрон расположен дальше от ядра (на шестом энергетическом уровне, а у натрия — на третьем) и поэтому легче отделяется. Поскольку металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они более выражены у цезия.

Задание: Какие соединения с водородом образуют элементы главной подгруппы VI группы? Назовите наиболее и наименее прочные из них.

Решение:

Основными подгрупповыми элементами группы VI являются р-элементы. У них 6 электронов на внешнем электронном уровне:
. Поэтому в соединениях с водородом они имеют степень окисления -2.Формулы соединений:
,
,
,
,
.

С увеличением порядкового номера элемента (от кислорода до полония) увеличивается радиус атома, что приводит к уменьшению прочности соединения с водородом (от
за
). Таким образом, из этих соединений вода является наиболее прочной
, наименее прочный —
.

Задание: Основываясь на месте в периодической системе, опишите химические свойства элемента с порядковым номером 23.

Решение:

По таблице Менделеева определяем, что элемент с порядковым номером 23 находится в периоде IV и в латеральной подгруппе группы V. Этот элемент – ванадий V. Электронная формула ванадия

или сокращенно

Из электронной формулы делаем вывод, что ванадий является d-элементом.

Элемент может легко отдать 2 электрона с 4s-подуровня, демонстрируя степень окисления +2. При этом он образует оксид VO и гидроксид
показ основных свойств. Ванадий не образует газообразных водородных соединений, так как находится в боковой подгруппе.

Атом ванадия также может отдавать электроны с предвнешнего d-подуровня (3 электрона) и, таким образом, проявляет высшую степень окисления +5 (численно равно номеру группы, в которой находится элемент). Оксид, соответствующий высшей степени окисления,
. Этот оксид обладает кислотными свойствами. В виде гидроксида он соответствует нестабильной метаванадиновой кислоте
(их соли — ванадаты — устойчивые соединения).

Вычисление скорости химической реакции химическое равновесие

Задача: Равновесие реакции 2NO + O2 <=> 2NO2 установили при таких концентрациях реагентов, моль/л С(NO) = 0,5; С(О2) = 0,7; С(NO2) = 2,1. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если общее давление в системе уменьшить в 2 раза? Нарушится ли равновесие реакции? Подтвердите свой ответ расчетами.

Решение:

Равновесные концентрации

Если давление уменьшить в 2 раза, концентрация всех реагентов уменьшится вдвое. Так

Отвечать. Скорость обратной реакции будет в 2 раза больше скорости прямой реакции. Равновесие сместится влево, то есть в сторону разложения NO2.

Задача: Смесь монооксида углерода (II) и пара, содержащая 50% СО и 50% Н2О (по объему), пропускали при 1400 К над железным катализатором. Константа равновесия реакции СО + Н2О = СО2 + Н2 равна 0,5. Рассчитайте выход продуктов и состав равновесной газовой смеси в процентах (по объему).

Решение:

Ответ.

Задача: Для реакции N2 + O2 -> 2NO при 2400 °C Kc = 0,0035. Рассчитайте состав равновесной смеси в объемных процентах, если исходная смесь содержит равные количества N2 и O2.

Решение:

Равновесные концентрации соответственно:

Для газов

Ответ.

Задача: В емкости объемом 10 литров при 400°С смешали 2 г водорода и 80 г брома. При равновесии 20% брома превращается в бромистый водород. Сколько бромистого водорода останется в равновесной смеси, если исходное количество брома уменьшить в 2 раза?

Решение:

Ответ.

Домашнее задание: Химическое равновесие реакции CO2 + H2
СО + Н2О устанавливали при таких концентрациях реагентов, моль/л
С(Н2О) = 14. Равновесие системы было нарушено за счет снижения концентрации Н2О до 11 моль/л. Рассчитайте новые равновесные концентрации реагентов после нарушения равновесия.

Решение:

Равновесные концентрации

Равновесные концентрации

Отвечать.

Задача: Химическое равновесие реакции
устанавливается в таких концентрациях реагентов, моль/л: С(
) = 10; С(СО)=2; С (
) = 4. К равновесной системе добавляли хлор в количестве 4 моль/л. Определите новые равновесные концентрации реагентов после нарушения равновесия.

Отвечать:

Задача: Состав реакционной смеси (%) на момент установления равновесия реакции
объем был следующим:
Находить
д
для этой реакции, если полное давление в системе при данной температуре (2273 К) равно 1,0133*105 Па.

Решение:

Я иду пешком

куда
= 3-2 = 1;
— разница между количеством молей газообразных продуктов реакции и газообразных исходных материалов;

Второй способ

Ответ.

Нахождение формулы вещества из результатов анализа

Задание: Определите формулу вещества, содержащего 40 % кальция, 12 % углерода и 48 % кислорода.

Решение:

Обозначим количество молей атомарного кальция в 1 моле вещества через x, углерода — через y, кислорода — через z. Формула вещества будет
В 100 г этого вещества содержится 40 г Са, 12 г С и 48 г О. Молярные массы атомов: кальция 40 г/моль, углерода 12 г/моль, кислорода 16 г/моль. Если разделить массы всех элементов на молярные массы их атомов, то получим отношение числа молей атомов в соединении:

Формула соединения CaCO3.

Задача: Вещество содержит 20% водорода и 80% углерода. Определите формулу этого вещества, если его молярная масса равна 30 г/моль.

Решение:

Представим формулу вещества в виде
, где x и y – количество молей атомарных C и H в 1 моле вещества. Молярные массы те же: углерод 12 г/моль, водород 1 г/моль в 100г
содержит 80 г C и 20 г N. Находим связь x и y:

Приняв 20/3 за единицу, получим х:у=1:3, откуда

у = Zx. (а)

Зная, что молярная масса соединения равна 30 г/моль, можно написать

12х + у = 30. (б)

Из системы уравнений (а) и (б) получаем х = 2, у = 6. Следовательно, составная формула

Задача: При полном сгорании соединения серы с водородом образовалось 3,6 г воды и 12,8 г оксида серы (IV). Определите формулу исходного соединения.

Решение:

Представим формулу соединения в виде
, где x – количество молей атомов H, а y – количество молей атомов серы, содержащихся в 1 моле вещества. Для решения задачи определяем молярные массы: воды 18 г/моль, оксида серы (IV) 64 г/моль, атомов Н 1 г/моль, атомов серы 32 г/моль. На основании формул продуктов сгорания и молярных масс получаем, что 1
18 г = 18 г
можно получить из 2 • 1 г = 2 г H:

Формируем соотношение: 18_2=3,6:х, откуда

Точно так же 1
64 грамма = 64 грамма
можно получить от 1
32 г = 32 г S:

Формируем соотношение: 64_32=12,8:и,откуда

Таким образом, исходное соединение содержало 0,4 г водорода и 6,4 г серы. Разделив массы водорода и серы на молярные массы их атомов, получим отношение числа молей атомов H и S:

Формула исходного соединения

Строение электронных оболочек атомов

Задание: Напишите электронную формулу элемента, атом которого содержит электрон на подуровне 3d. В каком периоде, группе и подгруппе он расположен и как называется этот элемент?

Решение:

Согласно шкале энергий (см п. 2.7 и рис. 2.3) подуровень СР заполняется после заполнения подуровня СР :

либо

.

Общее количество электронов в атоме, определяющее атомный номер элемента в периодической системе, равно 21. Это скандий. Из электронной формулы видно, что этот элемент находится в периоде IV, третьей группе (три валентных электрона
), побочная подгруппа (элемент семейства d).

Задание: Составьте электронную формулу и сокращенную электронную формулу элемента с порядковым номером 20. Покажите распределение электронов в квантовых ячейках (орбиталях).

Решение:

На основании порядкового номера делаем вывод: в атоме 20 электронов. Этот элемент – кальций. Электронная формула по принципу наименьшей энергии (см п. 2.7) имеет вид

Более компактное написание электронной формулы, называемое краткой электронной формулой, будет

В нем его часть, соответствующая электронным уровням, заполненным инертным газом, обозначена его символом (в скобках), а остальные электроны представлены рядом с ним.

Электронная формула атома кальция соответствует следующему распределению электронов по орбитам:

Расчеты по химическим уравнениям

Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. Однако в реальных химических процессах из-за незавершенности реакции и различных потерь веществ масса образующихся продуктов часто оказывается меньше той, которая должна образоваться по закону сохранения массы веществ. Выход продукта реакции (или массовая доля выхода) — это отношение массы фактически полученного продукта, выраженное в процентах, к его массе, которая должна образоваться по теоретическому расчету, т.е

η = mp(X) • 100/m(X)

Где η – выход продукта, %; mp(X) — масса продукта X, полученного в реальном процессе; m(X) – расчетная масса вещества X.

В тех задачах, где выход продукта не указан, его принимают количественным (теоретическим), т е. η=100%.

9. Какую массу фосфора необходимо сжечь, чтобы получить оксид фосфора(V) массой 7,1 г?

Дано: m(P2O5)=7,1 г.

Найти: m(P) =?

Решение: Запишем уравнение реакции горения фосфора и упорядочим стехиометрические коэффициенты.

4Р+ 5О2 = 2Р2О5

Определить количество вещества P2O5, полученного в результате реакции.

ν(P2O5) = m(P2O5)/M(P2O5) = 7,1/142 = 0,05 мол.

Из уравнения реакции следует, что ν(P2O5)= 2•ν(P), следовательно, количество фосфористого вещества, необходимое в реакции, равно:

ν(P2O5)= 2•ν(P) = 2• 0,05= 0,1 мол.

Отсюда находим массу фосфора:

m(P) = v(P) • M(P) = 0,1 • 31 = 3,1 г.

10. Если в избытке соляной кислоты растворить 6 г магния и 6,5 г цинка, какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, при этом выделится?

Дано: m(Mg)=6г; m(Zn)=6,5 г; хорошо.

Найти: V(H2) =?

Решение: Запишем уравнения реакции взаимодействия магния и цинка с соляной кислотой и составим стехиометрические коэффициенты.

Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2↑

Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2↑

Определяли количество веществ магния и цинка, прореагировавших с соляной кислотой.

ν (Mg) = m (Mg) / M (Mg) = 6/24 = 0,25 моль

ν(Zn)=m(Zn)/M(Zn)=6,5/65=0,1 мол.

Из уравнений реакции следует, что количества вещества металла и водорода равны, то есть ν(Mg) = ν(H2); ν(Zn) = ν(H2), определяем количество водорода, образующегося в результате двух реакций:

ν(N2) = ν(Mg) + ν(Zn) = 0,25 + 0,1= 0,35 мол.

Рассчитаем объем водорода, выделившегося в результате реакции:

V(H2) = Vm • ν(H2) = 22,4 • 0,35 = 7,84 литра.

11. При пропускании сероводорода объемом 2,8 л (стандартные условия) через избыток раствора сульфата меди (II) образовался осадок массой 11,4 г. Определить выход продукта реакции.

Дано: V(H2S)=2,8 л; m(осадок)=11,4 г; хорошо.

Найти: η =?

Решение: Запишем уравнение реакции взаимодействия сероводорода и сульфата меди(II).

H2S + CuSO4 = CuS ↓ + H2SO4

Определите количество сероводородного вещества, участвующего в реакции.

ν(H2S) = V(H2S)/Vm = 2,8/22,4 = 0,125 мол.

Из уравнения реакции следует, что ν(H2S) = ν(СuS) = 0,125 мол. Тогда можно найти теоретическую массу CuS.

m(CuS) = v(CuS) • M(CuS) = 0,125 • 96 = 12 г.

Теперь определим выход продукта по формуле (4):

η = mp(X) • 100/m(X) = 11,4 • 100/12 = 95%.

12. Какая масса хлористого аммония образуется при взаимодействии хлористого водорода массой 7,3 г с аммиаком массой 5,1 г? Какой газ останется в избытке? Определить массу избытка.

Дано: m(HCl)=7,3 г; m(NH3)=5,1 г.

Найти: m(NH4Cl) =? м(избыток) =?

Решение: напишите уравнение реакции.

HCl + NH3 = NH4Cl

Эта задача на «избыток» и «недостаток». Рассчитываем количество хлороводорода и аммиака и определяем, какой газ избыточен.

ν(HCl) = m (HCl)/M (HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль;

ν(NH3)=m(NH3)/M(NH3)=5,1/17=0,3 мол.

Аммиак в избытке, поэтому расчет ведется по недостатку, т.е по хлороводороду. Из уравнения реакции следует, что ν(HCl) = ν(NH4Cl) = 0,2 мол. Определить массу хлористого аммония.

m(NH4Cl)=ν(NH4Cl)•M(NH4Cl)=0,2*53,5=10,7 г.

Определяем, что аммиак в избытке (по количеству вещества избыток 0,1 моль). Рассчитайте массу избытка аммиака.

m (NH3) = ν (NH3) • M (NH3) = 0,1 • 17 = 1,7 г.

13. Технический карбид кальция массой 20 г обработали избытком воды с получением ацетилена, при этом при пропускании через избыток бромной воды образовался 1,1,2,2-тетрабромэтан массой 86,5 г. Определить массовую долю СаС2 в техническом карбиде.

Дано: m = 20г; m(C2H2Br4)=86,5 г.

Находим: ω(СаС2) =?

Решение: Запишем уравнения взаимодействия карбида кальция с водой и ацетилена с бромной водой и упорядочим стехиометрические коэффициенты.

СаС2 +2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2

C2H2 +2Br2 = C2H2Br4

Найдите количество вещества тетрабромэтан.

ν(C2H2Br4) = m(C2H2Br4)/M(C2H2Br4) = 86,5/346 = 0,25 мол.

Из уравнений реакции следует, что ν(C2H2Br4) = ν(C2H2) = ν(СаC2) = 0,25 мол. Отсюда можно найти массу чистого карбида кальция (без примесей).

m (СаС2) = ν (СаС2) • М (СаС2) = 0,25 • 64 = 16 г.

Определяли массовую долю СаС2 в техническом карбиде.

ω(CaC2) = m(CaC2)/m = 16/20 = 0,8 = 80%.

Решения. Массовая доля компонента раствора

14. Сера массой 1,8 г растворена в бензоле объемом 170 мл Плотность бензола 0,88 г/мл. Определить массовую долю серы в растворе.

Дано: V(C6H6)=170 мл; m(S) = 1,8 г; ρ(С6C6)=0,88 г/мл.

Найти: ω(S) =?

Решение: Чтобы найти массовую долю серы в растворе, необходимо вычислить массу раствора. Определите массу бензола.

m(С6C6) = ρ(С6C6) • V(C6H6) = 0,88•170 = 149,6 г.

Найдите общую массу раствора.

m (раствор) = m (С6С6) + m (S) = 149,6 + 1,8 = 151,4 г.

Рассчитайте массовую долю серы.

ω(S) = m(S)/m=1,8/151,4 = 0,0119 = 1,19 %.

15. Железный купорос FeSO4 • 7H2O массой 3,5 г растворяют в воде массой 40 г. Определите массовую долю сульфата железа(II) в полученном растворе.

Дано: m(H2O)=40 г; м(FeSO4•7H2O)=3,5г.

Найти: ω(FeSO4) =?

Решение: Найдите массу FeSO4, содержащуюся в FeSO4•7H2O. Для этого рассчитаем количество вещества FeSO4•7H2O.

ν(FeSO4•7H2O)=m(FeSO4•7H2O)/М(FeSO4•7H2O)=3,5/278=0,0125моль

Из формулы сульфата железа следует, что ν(FeSO4)= ν(FeSO4•7H2O)=0,0125 мол. Рассчитайте массу FeSO4:

m (FeSO4) = ν (FeSO4) • M (FeSO4) = 0,0125 * 152 = 1,91 г.

Учитывая, что масса раствора состоит из массы сульфата железа (3,5 г) и массы воды (40 г), вычисляем массовую долю сульфата железа в растворе.

ω(FeSO4) = m(FeSO4)/m = 1,91/43,5 = 0,044 = 4,4 %.

Задачи для автономного решения

1. 50 г йодистого метила в гексане обработали металлическим натрием и выделили 1,12 л газа, измеренного при нормальных условиях. Определите массовую долю йодистого метила в растворе. Ответ: 28,4%.
2. Часть спирта окислялась с образованием одноосновной карбоновой кислоты. При сжигании 13,2 г этой кислоты была получена двуокись углерода, для полной нейтрализации которой понадобилось 192 мл раствора КОН с массовой долей 28%. Плотность раствора КОН составляет 1,25 г/мл. Определите формулу спирта. Ответ: бутанол.
3. Газ, полученный взаимодействием 9,52 г меди с 50 мл 81%-ного раствора азотной кислоты плотностью 1,45 г/мл, пропускали через 150 мл 20%-ного раствора NaOH плотностью 1,22 г/мл миллилитры Определить массовые доли растворенных веществ. Ответ: 12,5% NaOH; 6,48% NaNO3; 5,26% NaNO2.
4. Определить объем газов, выделившихся при взрыве 10 г нитроглицерина. Ответ: 7,15 литров.
5. Навеску органического вещества массой 4,3 г сжигали в кислороде. Продуктами реакции являются окись углерода (IV) объемом 6,72 л (нормальные условия) и вода массой 6,3 г. Плотность паров исходного вещества по водороду равна 43. Определите формулу вещества. Ответ: C6H14.

Советы по самостоятельному решению задач по химии

Вот несколько советов, которые, я очень надеюсь, помогут вам справиться с этой непростой задачей.

• Первое и самое главное – это ваше желание, ваш труд и усердие. Ставьте цель и не сдавайтесь!
• Второе – это теоретические знания, без которых вы просто не сможете правильно написать даже самую простую формулу соединения, не говоря уже об уравнениях реакций между ними. Здесь важно научиться «читать» таблицу Менделеева — самую большую открытую шпаргалку, на которой можно найти информацию о свойствах элементов и соединениях, которые они образуют.
• Сама задача. Внимательно прочитайте условие задачи по химии и кратко запишите все известные факты, а также то, что необходимо найти (иногда даже это вызывает определенные затруднения). При этом мы четко следуем выбранному алгоритму решения химических задач.