Тема: Стехиометрические законы химии

Ключевые слова: агрегатное состояние вещества – твердое, жидкое,

газ; количество вещества, моль; масса, молярная мас-

са, объем, молярный объем, температура, давление.

К основным стехиометрическим законам химии относятся:

1. Закон сохранения массы веществ (М.В. Ломоносов, 1748 г.)

2. Закон постоянства состава (Ж. Пруст, 1801 г)

3. Закон Авогадро и следствия этого закона (1811 г.)

Закон сохранения массы веществ:

- масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ,

образовавшихся в результате реакции: S m_{(вступ.)} = S m_(обр.)

На практике этот закон используется при расстановке коэффициентов в уравнении реакции.

Например: Fe₂O₃ + HCl à FeCl₃ + H₂O

Чтобы масса веществ, вступивших в реакцию, была равна массе образовавшихся продуктов реакции, уравнивают количество атомов каждого элемента в левой части уравнения с количеством атомов тех же элементов в правой части путем расстановки соответствующих стехиометрических коэффициентов:

Fe₂O₃ + 6 HCl = 2 FeCl₃ + 3 H₂O

Закон постоянства состава:

- всякое химически чистое вещество, независимо от способа его получения, имеет один и тот же качественный и количественный состав.

Например, H₂O – вода. Молекула воды всегда состоит из элемента водорода и элемента кислорода – качественный состав. Атомов водорода два, а кислорода один – количественный состав.

Закон Авогадро:

- в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре Т и давлении Р) содержится одинаковое количество молекул.

1-е следствие:

- одинаковое количество молекул различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) занимают одинаковые объемы.

Так при температуре 0⁰С и давлении 101325 Па (условия нормальные) один моль любого газа занимает объём 22,4 литра. Такой объём называют молярный или мольный объём и обозначают V⁰_м (л/моль).

Моль – это мера количества вещества в химии.

Один моль – это такое количество структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и др.), которое равно количеству атомов в 12 граммах изотопа углерода-12:

N_A = 12 г / 1,99×10^-23 = 6,02×10²³

1 моль атомов = 6,02×10²³ атомов

1 моль молекул = 6,02×10²³ молекул и т.д.

Количество моль обозначают n. Масса одного моля называется молярная масса и обозначается М (г/моль). Масса любого количества равна m = M×n. Объём любого количества газа при нормальных условиях равен V⁰ = V⁰ _М×n.

Если условия отличаются от нормальных, то объем газа можно рассчитать, используя газовые законы:

а) PV/T = P⁰V⁰/T⁰ или

б) PV = nRT - уравнение Клапейрона-Менделеева,

где - V⁰ – объем газа при нормальных условиях Р⁰ и Т⁰

V - объем того же количества газа при заданных Р и Т

R - универсальная газовая постоянная.

R = P⁰V⁰/T⁰ для n = 1 моль.

В системе СИ универсальная газовая постоянная равна 8,314 Дж/моль×К

В этой системе объем измеряется в м³, давление в Па, температура в К (по шкале Кельвина). Т= 273 + t, где t – температуре по шкале Цельсия.

Если объем измерять в литрах, давление в атм, то R = 0,082 л×атм/моль×К

Если объем измерять в мл, а давление - в мм ртутного столба (мм рт.ст.), то R = 6,24×10⁴ мл×мм рт ст/моль×К

2-е следствие закона Авогадро:

- при одинаковых условиях массы различных газов, занимающих одинаковые объемы, относятся друг к другу как их молярные массы. Это отношение называется относительной плотностью D:m₁/m₂ = M₁/M₂ = D