В задачах по химии не так уж много разнообразия, не то что по физике. Минимум формул, которые нужно запомнить. Максимум привязки к таблице Менделеева. Зная букву элемента в таблице Менделеева, мы уже многое можем найти об этом элементе и веществе, которое оно образует. Все различие только в записи химических реакций.
Если нам известен элемент, мы можем найти его относительную атомную массу Аr, она написана под каждым элементом в таблице Менделеева. Обычно округляют до целого или до десятых. Измеряется в атомных единицах массы . 1 а.е.м - это вес 112 атома углерода.
Например, относительная атомная масса водорода Аr(H) = 1 а.е.м; кислорода Аr(О) = 16 а.е.м
Атомы в жизни не существуют сами по себе, они стремятся объединиться в молекулы. В одной молекуле может быть несколько атомов. Сколько этих атомов, показывает индекс - цифра справа внизу при записи формулы. Индекс — число атомов, которые входят в состав молекулы. Качественный и количественный состав молекулы отражает молекулярная формула вещества.
Например, О2 - молекула газа кислорода, она состоит из двух атомов кислорода; Н2О - молекула воды, она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.
Относительную массу каждого атома находить умеем (Аr), а если сложить все атомные массы элементов в составе молекулы с учетом индекса, получим относительную молекулярную массу Мr. Измеряется так же в атомных единицах массы.
Например, относительная молекулярная масса газообразного кислорода Мr(О2) = Аr(O) * 2 = 16 * 2 = 32 а.е.м; воды Мr(Н2О) = Аr(Н) * 2 + Аr(O) = 1 * 2 + 16 = 18 а.е.м
Но а.е.м - очень очень маленькие величины, а хотелось бы для удобства пересчитать в привычные нам граммы. Ученые экспериментальным путем выяснили, что если взять 6,02214082(11) · 1023 штук молекул любого вещества, то цифры молекулярной массы и массы в граммах этой кучки молекул будут совпадать. Это число назвали эн Авогадро: NA = 6,02 · 1023 моль−1, а это количество частиц (молекул, ионов...) для краткости стали называть 1 моль.
Видим 1 моль - значит число молекул N = 6,02 · 1023 . Видим 2 моль - это N = 6,02 · 1023 * 2 = 12,04· 1023 штук молекул.
Количество молей называется количеством вещества n. Измеряется в моль.
n=NNА, где N - общее число молекул
Если N = 12,04· 1023 моль-1 , делим его на NА и получаем количество моль = 2.
В химической реакции количество моль отражает коэффициент перед молекулой.
Например, в реакции железа с газообразным хлором 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 железо взаимодействую с хлором в соотношении 2:3.
n(Fe)n(Cl2)=23 ; n(Cl2)n(FeCl3)=32
А саму массу одного моля вещества, назвали молярной массой и обозначили М. Измеряется в г/моль.
Молекула - молекулярная масса, моль - молярная масса. Они равны по значению, только первая измеряется в а.е.м, а вторая в г/моль.
Зная молярную массу и количество вещества, можно найти фактическую массу вещества в граммах - она обозначается маленькой буквой m .
n=mM ⇒ m=n⋅M
Всегда можем узнать атомную массу вещества Аr по таблице Менделеева - находим молекулярную Мr,
знаем молекулярную Мr - находим молярную М,
знаем количество вещества n - находим массу в граммах m;
знаем массу в граммах m - находим количество вещества n.
Количество веществ n еще можно выразить через объем.
Закон Авогадро: при одинаковых температурах и давлении равные объёмы газов содержат одинаковое количество молекул. Молярный объем любого газа при нормальных условиях равен Vm=22,4 дм3/моль.
n=VVm
Но это все было о чистых веществах, а в химии чаще мы имеем дело с растворами.
Растворимость (коэффициент растворимости) S - максимально возможное число граммов вещества, которое может раствориться в 100 г растворителя (например, воды).
S=mр.в⋅100mр-ля
Отношение массы растворенного вещества к массе раствора - массовая доля растворенного вещества. Измеряется в долях единицы или переводится в проценты.
ω(р.в.)=mр.в.mр-ра
Часто в условии задачи дана не масса, а плотность и объем раствора. Тогда массу находим по формуле:
m=p⋅V
Примеры решения задач
Что нужно помнить: у вас всегда перед глазами таблица Менделеева, а значит для любого вещества вы рассчитаете молярную массу M!
1. Вычислите массу и количество образовавшегося вещества, если в реакцию с водородом вступило 4 грамма кислорода.
Обязательно пишите Дано, так вы определитесь, какие величины вам известны.
Дано:
m(О2) = 4 г
m(Н2О) - ?
n(Н2О) - ?
Решение:
Запишем уравнение реакции
4 г
2Н2 + О2 = 2Н2О
Всегда можно сразу найти молярные массы нужных соединений. Помните, что в подсчете молярной массы всегда участвуют индексы, а коэффициенты НЕ участвуют:
Мr(О2) = 16 * 2 = 32 а.е.м ⇒ М(О2) = 32 г/моль
Мr(Н2О) = 1 * 2 + 16 = 18 а.е.м ⇒
М(Н2О) = 18 г/моль
Теперь нам известна для кислорода фактическая масса m и молярная масса Мr, значит можем узнать количество по формуле n=mM
n(О2)=432=0,125 моль
В реакции количество кислорода и воды соотносятся как из коэффициенты 1:2
2Н2 + 1О2 = 2Н2О
n(О2)n(Н2О)=12, n(О2) мы уже нашли, подставляем:
0,125n(Н2О)=12
n(Н2О) = 0,125 * 2 = 0,25 моль
Теперь уже и для воды известно количество n и молярная масса М, значит можем узнать фактическую массу m по формуле m=n⋅M:
m(Н2О)=0,25⋅18=4,5 г
Ответ: n(Н2О) = 0,25 моль; m(Н2О) = 4,5 г
2. По уравнению реакции Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O рассчитайте, какую массу железа можно получить, если в реакцию вступило 6 моль водорода.
Дано:
n(Н2) = 6 моль
m(Fe) - ?
Решение:
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
Чтобы узнать массу железа, нужно знать его количество вещества n. Получим n из уравнения реакции.
Количество водорода относится к количеству железа как 3:2, то есть
n(Н2)n(Fe)=32,
n(Н2) известно по условию, подставляем:
6n(Fe)=32
n(Fe)=6⋅23=4 моль
Раз известно количество вещества, всегда можем найти массу m по формуле m=n⋅M, а М легко находим через Мr:
Мr(Fe) = 56 а.е.м ⇒ М(Fe) = 56 г/моль
m(Fe) = 4 * 56 = 224 г
Ответ: 224 г.
3. Какую массу имеют 44,8 л при н.у. угарного газа?
Дано:
V(CO) = 44,8 л
m(CO) - ?
Решение:
Чтобы найти массу угарного газа, нужно знать количество вещества n и молярную массу М (ее мы можем найти всегда через таблицу Менделеева).
Объем V нам дан, молярный объем - это величина постоянная (Vm=22,4 дм3/моль), 1 л = 1 дм3 , значит можем найти количество вещества n=VVm
n=44,822,4=2 моль
Посчитаем молярную массу М:
молекулярная масса Mr(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28 а.е.м , следовательно
молярная масса M(CO) = 28 г/моль
m=n⋅M
m(CO)=2⋅28=56 г
Ответ: 56 г.
4. Какую массу имеют 3,01 * 1024 молекул углекислого газа?
Дано:
N = 3,01 * 1024 моль-1
m(CO2) - ?
Решение:
Чтобы найти m, надо знать количество вещества n и молярную массу М.
Видим общее число молекул N, знаем константу NA=6,02*1023, можем найти количество вещества n=NNА
n=3,01⋅1024 6,02⋅1023=5 моль
Молярную массу можем рассчитать всегда независимо от цифр задачи:
Mr(CO2) = 12 + 16*2 = 44 а.е.м, значит
М(CO2) = 44 г/моль
m=n⋅M
m(CO2)=5⋅44=220 г
Ответ: 220 г.
5. Сколько молекул хлора содержится в 284 г его?
m(Cl2)=284 г
N(Cl2) - ?
Решение:
Про N знаем формулу n=NNА, откуда N = n * NА , а n можем узнать через массу: n=mM
Молярную массу М можем посчитать всегда, независимо от чисел в задаче:
Mr(Cl2) = 35,5 * 2 = 71 а.е.м, значит
M(Cl2) = 71 г/моль
Подставляем М в формулу, находим количество вещества:
n=mM=28471=4 моль
Зная количество вещества и то, что в 1 моле 6,02 * 1023 частиц, найдем общее число частиц:
N = n * NА = 4 * 6,02 * 1023 = 24,08 * 1023 частиц
Ответ: 24,08 * 1023
Задачи про растворы
1. Определите объем раствора серной кислоты с массовой долей 0,85 и плотностью 1,78 г/мл, необходимый для приготовления 250 мл раствора серной кислоты с массовой долей 0,12 и плотностью 1,08 г/мл.
Дано:
ω1 = 0,85
ƥ1 = 1,78 г/мл
V2 = 250 мл
ω2 = 0,12
ƥ2 = 1,08 г/мл
V(р-ра)1 - ?
Решение:
Что делаем? Берем довольно концентрированный раствор №1, разбавляем водой и получаем менее концентрированный раствор №2.
Поскольку даны объем и плотность, а нам для дальнейших вычислений нужна масса, пересчитаем в m.
m(р-ра)2 = V2 * ƥ2 = 250 * 1,08 = 270 г
Массовая доля в-ва ω(р.в.)=mр.в.mр-ра , отсюда
mр.в.=ω(р.в.)⋅mр-ра
m(р.в) = 0,12 * 270 = 32,4 г - это масса чистой серной кислоты, она одинакова в обеих растворах, поскольку кислоты мы не добавляли, а добавили только воды.
Из той же формулы с массовой долей ω просчитаем массу первого, исходного раствора:
mр-ра=mр.в.ω(р.в.)
m(р-ра)1 = 32,4 : 0,85 = 38,12г
m=ƥ⋅V , отсюда
V=mƥ
V(р-ра)1 = 38,12 : 1,78 = 21,41мл
Ответ: 21,41 мл
2. Определите массовую долю раствора, полученного при смешивании 100 мл 12% раствора гидроксида натрия (ƥ=1,13 г/мл) и 50 мл 40% раствора гидроксида натрия (ƥ=1,43 г/мл).
Что сделали? Слили 2 раствора и получили третий.
m1 (р-ра) = V * p = 100 * 1,13 = 113 г
m1 (NaOH) = m * ω(NaOH) = 113 * 0,12 = 13,56 г - масса растворенного вещества в первом растворе
m2 (р-ра) = V*p = 50*1,43 = 71,5 г
m2 (NaOH) = m * ω(NaOH) = 71,5*0,4 = 28,6 г - масса растворенного вещества во втором растворе
Находим массу полученного раствора и растворенного вещества NaOH.
m3 (р-ра) = m1 + m2 = 113 + 71,5 = 184,5 г
m3 (NaOH) = m1 + m2 = 13,56 + 28,6 = 42,16 г
ω(NaOH)=mNaOHmр-ра = 42,16 : 184,5 = 0,229
Ответ: 0,229 или 22,9%.
3. К 20 г раствора, содержащего 5% сульфата меди (II), добавили гидроксид натрия. Вычислите массу образовавшегося осадка.
Ответ:
Дано:
m(р-ра)=20г
ω(CuSO4)=5%
m(Cu(OH)2)=?
Решение
CuSO4+2NaOH=Na2SO4+Cu(OH)2↓
m(CuSO4)=ω(CuSO4)⋅m(р-ра)100=5⋅20100=1г
n(CuSO4)=m(CuSO4)M(CuSO4)=1160=0.00625 моль
n(Cu(OH)2)=n(CuSO4)=0.00625 моль
m(Cu(OH)2)=n(Cu(OH)2)⋅M(Cu(OH)2)=0.00625⋅98=0.6125г
Ответ: m(Cu(OH)2)=0.6125г.
Многие задачи можно решить просто логически, не по формулам, а пропорциями. Но эта статья для тех, кто не понимает химию, следовательно, не может в ней мыслить логически :)