ТЕМА 3.
ВАЖНЕЙШИЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Урок 13.
Современные представления
о составе вещества

Продолжение. Начало см. в № 11, 12, 13, 14, 15/2005

1. Из каких мельчайших частиц состоят все вещества?

А .................. , м.................. , и.................. .

2. Сколько атомов может входить в состав молекул и ионов? Приведите примеры формул молекул и ионов.

3. Как называют силы, удерживающие вместе атомы и ионы в веществах?

4. Приведите по три формулы и названия сложных веществ, состоящих из: а) молекул; б) ионов.

5. Напишите формулы пяти веществ (простых и сложных), у которых одинаковый качественный состав, но разный количественный (например, Н₂SO₄ и H₂SO₃).

6. Напишите химические формулы двух пар веществ с одинаковой молярной массой (например, СаSO₄ и KHSO₄).

7. Напишите по три химические формулы веществ, находящихся при 20 °С в газообразном, жидком и твердом состоянии.

8. Химический элемент – это .......................

9. Напишите формулы пяти веществ разных классов, в состав которых входит азот.

Урок 14.
Количественные законы химии

1. Не противоречат ли закону сохранения массы следующие явления:

а) увеличение массы вещества при сжигании магния на воздухе;

б) уменьшение массы при прокаливании мрамора на воздухе?

Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.

2. В каких мольных и массовых соотношениях взаимодействуют реагенты:

а) при горении фосфора на воздухе;

б) при растворении оксида железа(III) в азотной кислоте?

3. Не противоречат ли закону постоянства состава такие факты:

а) при горении железа в хлоре получается FeCl₃, а при растворении железа в соляной кислоте – FeCl_2;

б) при сжигании фосфора в хлоре в зависимости от соотношения реагентов преимущественно получается либо трихлорид фосфора РСl₃, либо пентахлорид фосфора РСl₅?

4. Какой объем занимают при нормальных условиях 10 г водорода?

5. Сколько литров Н₂ (н.у.) выделится в реакциях 1 моль алюминия с избытком: а) кислоты НСl;
б) водной щелочи NaОН?

6. Сколько литров кислорода (н.у.) израсходуется на сжигание 1 моль смеси газов Н₂, Н₂S, РН₃ и СН₄, находящихся в равных мольных соотношениях?

7. В каких мольных соотношениях алюминий реагирует с: а) хлором; б) кислородом; в) соляной кислотой; г) разбавленной серной кислотой? Напишите уравнения реакций.

Урок 15.
Задачи по уравнениям химических реакций

1. Какая соль и сколько ее по массе получится при пропускании 512 л аммиака (н.у.) через 1 л 10%-го раствора фосфорной кислоты ( = 1,12 кг/л)?

2. Сколько граммов карбида кальция, содержащего 20% примесей, потребуется для получения
100 л (н.у.) ацетилена С₂Н₂?

3. Смесь растворимого сульфата металла(I) и нерастворимого карбоната металла(II) общей массой 110 г при обработке избытком соляной кислоты выделяет 8,736 л газа (н.у.). Последующее добавление раствора хлорида бария (избыток) дает 116,5 г осадка. Определите, какие вещества составляли смесь и сколько было каждого по массе.

4. Придумайте три способа получения карбоната железа(II) и приведите массовые соотношения реагентов для каждого случая.

5. Какими реагентами целесообразнее воспользоваться для получения нитрата магния? Реагенты: магний; оксид магния; карбонат магния; хлорид магния; сульфат магния; азотная кислота; нитрозные газы (NO и NO₂); нитрат бария. Поясните свой выбор и напишите уравнения реакций.

Урок 16.
Задачи на установление химических формул
веществ по данным об их составе и плотности
в газообразном состоянии

1. Известны по крайней мере три сульфида железа состава: FeS₂, Fe₂S₃ и FeS. Какова формула сульфида железа, если при его образовании в реакцию вступает 8 г серы и 14 г железа?

Один из сульфидов железа – железный колчедан (пирит FeS2)

2. Плотность одного из газообразных оксидов такая же, как у азота N₂. Что это за оксид?

3. Ксенон образует с фтором соединения, в которых он двух-, четырех- и шестивалентен. Какова формула фторида ксенона, у которого массовая доля ксенона составляет 53,47%?

4. Составьте формулы оксидов марганца и свинца, в которых массовые доли металлов равны соответственно 49,6 и 86,6%.

5. Напишите формулы газообразных веществ, плотность которых по гелию D_He равна: а) 11; б) 7;
в) 4.

6. Какова формула газообразного фторида серы, если его плотность равна 4,82 г/л (н.у.)?

7. В реакции двух газов (оксида и простого вещества) получили третий газ АОХ₂, в котором массовые доли элементов равны: (А) = 12,12%, (О) = 16,16%. Определите формулу газа.

Урок 17.
Контрольные вопросы к теме 3

1. Сгруппируйте одинаковые химические элементы:

2. Напишите по две формулы оксидов, кислот и солей с участием элементов: а) С; б) Сl.

3. Отнесите следующие вещества к трем агрегатным состояниям, в которых они находятся при 20 °С: HNO₃, H₂SO₄, NaCl, NaOH, CO₂, H₂S.

4. Сколько граммов сернистого газа SO₂ получится из:

а) 30 г серы и 30 г кислорода; б) 20 г серы и 40 г кислорода?

5. Сколько литров углекислого газа получится из: а) 10 л угарного газа СО и 10 л кислорода О₂;
б) 10 л СО и 5 л О₂?

6. В каких случаях на практике масса исходных веществ не равна массе продуктов реакции?

7. В каком количестве вещества диоксида серы SO₂ содержится столько же моль кислорода, сколько содержится в 8 г триоксида серы SO₃?

8. При растворении в соляной кислоте 2,33 г смеси железа и цинка было получено 896 мл водорода (н.у.). Сколько граммов железа и цинка содержалось в смеси?

9. В летучем водородном соединении масса элемента в 7 раз больше массы водорода. Установите формулу водородного соединения.

10. Сколько литров газа NO (н.у.) и молей соли получится в реакции 1 моль разбавленной НNО₃ с необходимыми количествами металлов Ag, Cu и Al?

Ответы на упражнения
и контрольные вопросы к теме 3

Урок 13

1. Частицы, из которых состоят вещества, – атомы, молекулы, ионы.

2. Молекулы состоят из двух и более атомов – О₂, СО₂, NН₃, НNО₃;
в составе ионов один или более атомов – Сl^–, ОН^–, SСN^–, .

3. Химическая связь.

4.

5. О₂ и О₃, NO и NO₂, CO и CO₂, FeSO₄ и Fe₂(SO₄)₃, CuCl и CuCl₂.

6. NaНСО₃ и МgСО₃, NаНSО₄ и MgSO₄, Fе(NО₂)₂ и СrSО₄, СО₂ и С₃Н₈, С₃Н₇ОН и СН₃СООН.

7. Газообразные – N₂, СО₂, Н₂S;

жидкие – Вr₂, С₆Н₁₂, СН₃СООН;

твердые – Fе, МgО, СаСО₃.

8. Химический элемент – вид атомов с определенным зарядом ядра. Например, элемент хлор имеет заряд ядра +17.

9.

Урок 14

1. Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Закон действует, в частности, в следующих реакциях:

а) 2Mg + O₂ = 2MgO; б) CaCO₃ CaO + CO₂.

2. а) 4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅; б) Fе₂О₃ + 6НNО₃ = 2Fе(NО₃)₃ + 3Н₂О.

Мольные соотношения реагентов таковы:

в реакции а) – 4 моль Р к 5 моль О₂,

в реакции б) – 1 моль Fе₂О₃ к 6 моль НNО₃.

3. Закон постоянства состава веществ: всякое чистое вещество, независимо от способа его получения, всегда имеет постоянный качественный и количественный состав. Закон не нарушается и в случае элементов с переменной валентностью: а) Fе(II, III); б) Р(III, V).

4. 112 л.

5. а) 2Аl + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂;

б) 2Аl + 2NаОН + 6Н₂О = 2Nа[Аl(ОН)₄] + 3Н₂.

В реакциях а) и б) с участием 1 моль Аl выделится одинаковый объем водорода – 33,6 л.

6. 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О,

2Н₂S + 3О₂ = 2Н₂О + 2SО₂,

2РН3 + 4О2 = Р2О5 + 3Н2О,

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

Количество вещества каждого из горючих исходных реагентов равно по 0,25 моль. Расход кислорода: 1/8 + 3/8 + 4/8 + 1/2 = 1,5 моль, или 33,6 л.

7. а) (Al):(Cl₂) = 2:3; б) (Al):(O₂) = 4:3;
в) (Al):(HCl) = 1:3; г) (Al):(H₂SO₄ (разб.)) = 2:3.

а) 2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃;

б) 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃;

в) 2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂;

г) 2Al + 3H₂SO₄ (разб.) = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂.

Урок 15

1.

(NН₃) = 512/22,4 = 22,86 моль; (Н₃РО₄) = 112/98 = 1,14 моль.

Аммиак в избытке, следовательно, получится соль (NН₄)₃РО₄

(М = 149 г/моль).

Масса соли (NН₄)₃РО₄: x = 112•149/98 = 170 г.

2.

С учетом доли примесей m(карбида) = 286/0,8 = 357,5 г.

3.

(Здесь А' и А'' – атомные массы соответственно металлов М' и М''.)

Подставляя значение x, получаем:

220 – 2•0,39A' – 2•0,39•60 = 2А'' + 96, 0,78А' + 2А'' = 77,2.

Предположим, что А' = 40 г/моль (это Са), тогда А'' = 23 г/моль (это Na).

Итак, вещества – СаСО₃ и Nа₂SO₄.

Их массы:

m(СаСО₃) = 0,39•(40 + 60) = 39 г, m(Nа₂SO₄) = 110 – 39 = 71 г.

Наиболее удобна реакция оксида магния с азотной кислотой. В этой реакции не образуются побочные продукты (в 1-й реакции – едкий газ NO₂, в 4-й реакции – осадок BaSO₄). Процесс не связан с использованием ядовитых газообразных веществ (3-я реакция). Продукт 2-й реакции легко выделить упариванием реакционной смеси.

Урок 16

1.

(Fe) = 14/56 = 0,25 моль, (S) = 8/32 = 0,25 моль.

Отсюда х = у = 1, формула – FeS.

2. СО, т.к. M(CO) = M(N₂).

3. А_r(Xe) = 131, A_r(F) = 19,

(Xe) = A_r(Xe)/M_r(XeF_n) = 131/(131 + 19n) = 0,5347,

131 –70 = 10,16n, n = 6; формула фторида ксенона – XeF₆.

4. А_r(Mn) = 55, A_r(Pb) = 207,

(Mn) = a•А_r(Mn)/M_r(Mn_aO_в) = 55а/(55а + 16в) = 0,496.

Массовые доли марганца и кислорода примерно одинаковы в оксиде Mn₂O₇ (55•2 16•7, 110 112). Подставляя значения индексов а = 2 и в = 7 в формулу для расчета (Mn), получим:

55•2/(55•2 + 16•7) = 110/222 = 0,496.

Действительно, формула оксида – Mn₂O₇. Методом подбора (формулы возможных оксидов свинца – PbO, Pb₃O₄ и PbO₂) находим, что заданной массовой доле свинца отвечает формула PbO₂:

(Pb) = A_r(Pb)/M_r(PbO₂) = 207/239 = 0,866.

5. М_r(газа) = D_He•M_r(He).

a) M_r(газа-1) = 11•4 = 44. это могут быть CO₂, C₃H₈ или CH₃CHO;

б) M_r(газа-2) = 7•4 = 28. это – N₂, C₂H₄ или CO;

в) M_r(газа-3) = 4•4 = 16. это – CH₄.

6. Плотность , масса m и объем V газа связаны соотношением:

= m/V = M/V_M.

Отсюда М(SF_x) = •V_M = 4,82•22,4 = 108 г/моль.

Формула фторида серы – SF₄.

7. Фосген СОCl₂.

Урок 17

1. Элемент углерод (разные изотопы в разных степенях окисления) –

2. а) СО и СО₂, Н₂СО₃ и НСООН, К₂СО₃ и Са(НСО₃)₂;

б) Сl₂О и СlО₂, НСl и НСlО₃, NaCl и КСlО₃.

3. Газы – СО₂ и Н₂S, жидкости – НNO₃ и H₂SO₄,

твердые вещества – NaCl и NaOH.

4. а) 60 г; б) 40 г.

5. а) 10 л; б) 10 л.

6. Масса продуктов реакции меньше массы исходных веществ, когда исходные вещества содержат примеси или не полностью превращаются в продукты, когда часть вещества остается в водном растворе, на стенках колбы, на фильтре, улетучивается. А вот при сжигании веществ масса кислорода воздуха обычно не учитывается. Кажется, что масса продуктов реакции больше массы исходных веществ.

7. Масса 8 г SО₃ соответствует количеству вещества (SO₃) = m/M = 8/80 = 0,1 моль, а для элемента кислорода (О) = 0,3 моль. Количество вещества (О) = 0,3 моль содержится в
0,15 моль диоксида серы SО₂.

8. 1,68 г Fe и 0,65 г Zn.

9. Предположим, что формула водородного соединения ЭН_х. Тогда А_r(Э) = 7х, где х = 1, 2, 3, 4 в зависимости от валентности элемента Э.

При х = 1: А_r(Э) = 7. Это – литий. Гидрид лития LiН – твердое, нелетучее соединение.

При х = 2: А_r(Э) = 14. Это – элемент с атомной массой 14, азот не образует соединений типа NH₂.

При х = 3: А_r(Э) = 21. Это близко к ¹⁹F, но фтор не образует соединений типа H₃F.

При х = 4: A_r(Э) = 28. Это – кремний ²⁸Si. Формула летучего гидрида – SiH₄.

10. 4НNО₃ (разб.) + 3Аg = 3АgNО₃ + NО + 2Н₂О,

8НNО₃ (разб.) + 3Сu = 3Сu(NО₃)₂ + 2NО + 4Н₂О,

4НNО₃ (разб.) + Аl = Аl(NО₃)₃ + NО + 2Н₂О.

Независимо от используемого металла получится 0,25 моль, или 5,6 л, NO. А вот количества веществ солей разные: 0,75 моль AgNО₃, 0,375 моль Сu(NО₃)₂ и 0,25 моль Аl(NО₃)₃.