Химические уравнения

Химические уравнения показывают вещества, вступающие в химическую реакцию, и образующиеся в результате продукты, а также количественные отношения между всеми участниками реакции. Например, уравнение

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O

означает, что в реакцию вступают 2 моль соляной кислоты и 1 моль гидроксида кальция; образуются 1 моль хлорида кальция и 2 моль воды, а массы исходных веществ и продуктов реакции удовлетворяют соотношению

Пример 1.8. Серная кислота (H₂SO₄) реагирует с гидроксидом калия по уравнению

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O.

Найти массу гидроксида калия, необходимую для реакции с 20 г серной кислоты, и массы сульфата калия и воды, образующиеся в результате реакции.

Решение. Молярные массы участников реакции составляют соответственно 98 (H₂SO₄); 56 (KOH); 176 (K₂SO₄) и 8 (H₂O) г/моль. Из уравнения реакции следует, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 моль гидроксида калия или 98 г H₂SO₄ взаимодействуют с 2•56=112 г KOH. Составим пропорцию:

98 г H₂SO₄ реагируют со 112 г КОН,

20 г - “ - - “ - х г - “ - ,

Аналогично в соответствии с уравнением реакции запишем:

из 98 г H₂SO₄ образуется 176 г K₂SO₄ ,

из 20 г - “ - - “ - х г - “ - ,

;

из 98 г H₂SO₄ образуется 36 г Н₂O,

из 20 г - “ - - “ - х г - “ – ,

Пример 1.9. При взаимодействии серной кислоты и карбоната натрия выделилось 5,0 л углекислого газа (н.у.). Найти массы серной кислоты и карбоната натрия, взятые для реакции, а также массу сульфата натрия и воды, образовавшихся в результате реакции.

Решение. Запишем уравнение реакции:

H₂SO₄ + Na₂CO₃ = Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O.

Из уравнения реакции следует, что в реакцию вступают 1 моль серной кислоты и 1 моль карбоната натрия и образуются по 1 моль сульфата натрия, углекислого газа и воды. Иначе говоря, в реакцию вступают 98 г H₂SO₄ и 106 г Na₂CO₃, а образуются 142 г Na₂SO₄, 44 г CO₂ и 18 г H₂O. 1 моль углекислого газа, или 44 г, занимает при нормальных условиях объем, равный 22, 4 дм³ (л).

Молярные массы участников реакции составят:

Из уравнения реакции следует:

для получения 22,4 л CO₂ необходимо взять 98 г H₂SO₄,

- “ - - “ - 5 л - “ - - “ - х г - “ - ,

Количество углекислого газа можно выразить в граммах:

масса 22,4 л CO₂ составляет 44 г,

- “ - 5 л - “ - - “ - х г,

,

и при последующих вычислениях использовать массу газа, а не объём.

Основываясь на уравнении реакции, найдём массы Na₂CO₃, Na₂SO₄ и H₂O.

Для получения 44 г CO₂ необходимо взять 106 г Na₂CO₃,

- “ - - “ - 9,82 г - “ - - “ - х г - “ – ,

;

при получении 44 г CO₂ образуется 142 г Na₂SO₄,

- “ - - “ - 9,82 г - “ - - “ - х г - “ – ,

;

при получении 44 г CO₂ образуется 18 г H₂O,

- “ - - “ - 9,82 г - “ - - “ - х г - “ –,

.

Контрольные задачи

1. Найдите количество вещества азотной кислоты, если её масса составляет 100 г.

Ответ: 1,59 моль.

2. Найдите количество вещества азота, если его объем при нормальных условиях составляет 15 дм³.

Ответ: 0,67 моль.

3. Найдите число формульных единиц гидрокарбоната кальция, число атомов кальция, водорода, углерода и кислорода, содержащихся в 300 г Ca(HCO₃)₂.

Ответ:

4. Найдите процентное содержание магния, азота и кислорода в нитрате магния Mg(NO₃)₂.

Ответ: ω_Mg=16,2; ω_N=18,9;ω_О=64,9 %.

5.Найдите массу одной молекулы хлора.

Ответ:1,18^.10^-22г.

6. Найдите массу гидроксида кальция, необходимую для реакции с 10 г хлороводорода, и массы хлорида кальция и воды, образующиеся в результате реакции

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O.

Ответ:

7. Найдите массы оксида кальция, воды и объем углекислого газа, образующиеся при термическом разложении 200 г гидрокарбоната кальция по реакции

Сa(HCO₃)₂=CaO+H₂O+2 CO₂.

Ответ:

8. Найдите массы карбоната натрия и хлорида кальция, необходимые для получения 10 г карбоната кальция по реакции

Na₂CO₃ + СаCl₂ = СаCO₃↓ + 2NaCl.

Ответ:

9. Найдите объём газообразного аммиака (н.у.) и массу серной кислоты, необходимые для получения 50 г сульфата аммония по реакции 2NH₃ + H₂SO₄ =( NH₄ )₂SO₄.

Ответ:

Строение атома

Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Число протонов равно порядковому номеру элемента в ПСЭМ. Например, порядковый номер кальция в ПСЭМ равен 20, следовательно, ядро кальция содержит 20 протонов. Число нейтронов определяется как разность между атомной массой изотопа элемента и его порядковым номером. Например, порядковый номер углерода в ПСЭМ равен 6, следовательно, ядро изотопа углерода ¹²С содержит 12 – 6 = 6 нейтронов, а изотоп углерода ¹⁴С содержит 14 – 6 = 8 нейтронов. Атомные массы элементов, приведенные в ПСЭМ, представляют собой средние атомные массы природной смеси различных изотопов элементов, поэтому эти величины не всегда могут быть использованы для нахождения числа нейтронов в ядре атома.

Заряд протона принято считать положительным. Он численно равен заряду электрона, который принято считать отрицательным. Атомы элементов электронейтральны, следовательно, число электронов в атоме равно числу протонов в ядре и равно порядковому номеру элемента в ПСЭМ.

Электроны в атоме образуют электронные уровни и подуровни. Число электронных уровней атома равно номеру периода в ПСЭМ, в котором располагается элемент. Например, элемент калий находится в четвертом периоде, следовательно, его электроны располагаются на 4 электронных уровнях. Электронные уровни могут быть обозначены целыми положительными числами от 1 до 7, что соответствует числу периодов в ПСЭМ. Эти числа носят название главного квантового числа, которое обозначается буквой n. В пределах электронного уровня электроны располагаются на электронных подуровнях. Максимально возможное число электронных подуровней на данном электронном уровне равно номеру уровня, однако в действительности число электронных уровней не превышает четырёх. Например, на 3-м электронном уровне может быть 3 электронных подуровня, а на 5-м и 6-м уровнях имеется только по 4 подуровня. Электронные подуровни обозначаются буквами латинского алфавита s,p,d,f и носят название орбитального или побочного квантового числа. На 1-м электронном уровне имеется только один электронный подуровень – s. Это записывается как 1s. На втором электронном уровне находятся 2 электронных подуровня s и p. Эти подуровни обозначаются как 2s и 2p. Соответственно на 3-м электронном уровне электроны располагаются на трёх подуровнях – 3s, 3p и 3d, а на 4-м – на четырёх подуровнях – 4s, 4p, 4d и 4f. Максимальное количество электронов на s-подуровне составляет 2, на p-подуровне – 6, на d-подуровне – 10, а на f-подуровне – 14. Количество электронов, находящихся на электронном подуровне, обозначается правым верхним индексом. Например, если на р-подуровне 2-го электронного уровня находятся 3 электрона, то это записывается как 2p³, а 7 электронов на d-подуровне 3-го электронного уровня обозначаются как 3d⁷.

Если на электронном уровне находятся несколько подуровней, то электроны в первую очередь заполняют s-подуровень, затем – p-подуровень, далее – d-подуровень и в последнюю очередь – f-подуровень. Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням называется электронной формулой элемента.

Пример 1.10. Записать электронную формулу атома элемента хлор.

Решение. Порядковый номер хлора в ПСЭМ равен 17, следовательно, ядро атома хлора содержит 17 протонов и нейтральный атом имеет 17 электронов. Хлор находится в 3-м периоде ПСЭМ, следовательно, электроны расположены на трех электронных уровнях. На 1-м уровне имеется только один электронный подуровень s, на котором могут находиться максимально 2 электрона (1s²). На 2-м уровне имеются 2 подуровня – s и p, на которых могут располагаться максимально 2 и 6 электронов, (соответственно (2s² и 2p⁶)). На 3-м уровне могут быть 3 подуровня – s, p и d. Но на этом уровне у атома хлора находятся только 17-(2+2+6)=7 электронов. Два из них находятся на s- подуровне(3s²) и 5 – на p-подуровне (3p⁵). Таким образом, электронная формула хлора будет иметь вид 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

Электронные формулы первых 20 элементов ПСЭМ приведены в табл. 1.3.

Отметим, что изложенное применимо в полной мере только к элементам первых трёх периодов ПСЭМ.