ФИЗИКА Задачи на плотность, массу и объем - Ответы и решения

Молекулярная физика основные формулы, обьемы газа, законы, основы, теория, механика, давление, темпе

Молекулярная физика – это раздел физики, который рассматривает свойства вещества с точки зрения его внутренней структуры (взаимодействия и движения молекул). Любое вещество в мире состоит из молекул, которые находятся в постоянном и хаотичном движении, притягиваются и отталкиваются. Они обладают кинетической энергией. Все видимые процессы протекают на уровне взаимодействия этих мельчайших частиц, и то, что мы видим невооруженным глазом — лишь следствие этих тонких глубинных связей.

Основные понятия

Молекулярная физика иногда рассматривается как теоретическое дополнение термодинамики. Возникшая намного раньше, термодинамика (раздел физики) занималась изучением перехода тепла в работу, преследуя чисто практические цели. Она не производила теоретического обоснования, описывая лишь результаты опытов. Этот раздел физики изучает общие свойства макроскопических систем, которые пребывают в состоянии термостатического равновесия. Молекулярная физика уходит немного глубже и изучает свойства веществ, исходя из молекулярно кинетических представлений. Оба раздела физики призваны дополнять друг друга. Стоит отметить, что основные понятия молекулярной физики возникли позже, в XIX веке.

Это направление физики изучает взаимодействие тел на молекулярном уровне, руководствуясь статистическим методом, определяющим закономерности в хаотических движениях минимальных частиц (единиц) – молекул. Молекулярная физика и термодинамика дополняют друг друга, рассматривая процессы с разных точек зрения. При этом термодинамика не касается атомарных процессов, имея дело только с макроскопическими объектами, а молекулярная физика, напротив, рассматривает любой процесс с точки зрения взаимодействия отдельных структурных единиц.

Все понятия и процессы в молекулярной физике имеют собственные обозначения и описываются специальными формулами, которые наглядно представляют взаимодействия тех или иных параметров друг от друга. Процессы и явления пересекаются в своих проявлениях, разные формулы могут содержать одни и те же величины, быть выражены разными способами.

Молекулярно-кинетическая теория в физике – это теория, которая объясняет свойства и строение тел, а также взаимодействие малейших частиц из которых они состоят. Она включает в себя следующие основные положения:

  • все тела (объекты) состоят из мельчайших частиц, которые разделены между собой промежутками;
  • частицы объектов взаимодействуют между собой;
  • молекулы находятся в постоянном, непрерывном и хаотическом движении.

Данное направление в физике позволяет изучить свойства определенного тела, основываясь на взаимодействии молекул из которых оно состоит. Перед тем, как переходить непосредственно к формулам, необходимо определить, в каких состояниях может пребывать вещество. Физика определяет, что все вещества в природе могут находится в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом. Также еще одним четвертым состоянием называют плазму. Если вещество или объект может пребывать в нескольких агрегатных состояниях, то это обуславливается за счет взаимодействия и теплового движения его молекул при нестабильных или различных условиях. Переходы одного состояния в другое сопровождаются сильными изменениями некоторых физических свойств объекта. Например, теплопроводности или плотности.

Первое агрегатное состояние, в котором может пребывать вещество – газ. В нем сила притяжения между мельчайшими структурными единицами очень мала. Расположены они далеко друг от друга и порядок в их размещении отсутствует. Исходя из этого молекулярная физика смогла объяснить следующие свойства газа – не имеет формы, легко сжимается и занимает весь объем сосуда.

Второе агрегатное состояние, которое изучает физика, это жидкость. Молекулы тесно взаимодействуют и близко расположены. Имеют ближний порядок. Основные свойства жидкости, описанные с помощью молекулярной физики – определенный объем, не могут сохранять форму, текут и практически не способны к сжатию.

Твердые тела характеризуются тем, что в них структурные единицы тесно связаны между собой. Переместится на большое расстояние они не могут. Движение их – это колебания относительно узлов кристаллической решетки (их положение равновесия). Основные свойства – сохраняют форму, объем, сжимаются мало, плавятся под воздействием определенной температуры.

Количество вещества

Количественное значение вещества определяет взаимосвязь между весом (массой) и числом молекул, содержащихся в этой массе. Дело в том, что разные вещества при одинаковом весе имеют не одинаковое число минимальных структурных единиц. Процессы, проходящие на молекулярном уровне, могут быть поняты только при рассмотрении именно числа атомных единиц, участвующих во взаимодействиях. В молекулярной физике единица измерения количества вещества, принятая в системе СИ, — моль.

Эта константа используется в случаях, когда для расчетов требуется учитывать микроскопическое строение. Иметь дело с молекулами сложно, так как придется оперировать огромными числами, поэтому в физике часто используется моль – число, определяющее численность частиц в единице массы.

Формула, определяющая количество вещества:

  • m — масса;
  • μ — молярная масса;
  • N — число структурных единиц;
  • Na = 6,02⋅10 23 моль −1 — число Авогадро.

Расчет производится в разных случаях, используется во многих формулах и является важным значением в молекулярной физике.

Давление газа

Давление газа в физике — важная величина, имеющая не только теоретическое, но и практическое значение. Рассмотрим формулу, используемую в молекулярной физике, с пояснениями, необходимыми для лучшего понимания.

Для ее составления придется сделать некоторые упрощения. Молекулы представляют собой сложные системы, имеющие многоступенчатое строение. Для простоты рассмотрим газовые частицы в определенном сосуде как упругие однородные шарики, не взаимодействующие друг с другом (идеальный газ). Скорость их движения будем считать одинаковой. Введя такие упрощения, не сильно меняющие истинное положение, можно вывести определение: давление газа — это сила, которую оказывают удары мельчайших структурных единиц на стенки сосудов.

При этом, учитывая трехмерность пространства, наличие двух направлений каждого измерения, можно ограничить численность структурных единиц, воздействующих на стенки, как 1/6 часть.

Таким образом, сведя воедино все эти условия и допущения, можем вывести формулу давления газа в идеальных условиях.

Она выглядит так:

  • P — давление газа;
  • n — концентрация мельчайших единиц;
  • Ek — их кинетическая энергия.

В физике существует еще один вариант:

  • n — концентрация мельчайших структурных единиц;
  • k — постоянная Больцмана (1,38 . 10 -23 );
  • T — абсолютная температура.

Формула объема газа в физике

Объем газа — это пространство, которое занимает данное количество газа в определенных условиях. В отличие от твердых объектов с постоянным объемом, практически не зависящим от окружающих условий, газ может менять объем в зависимости от давления или температурного режима.

Формула объема газа в физике – это уравнение Менделеева-Клапейрона:

  • P — давление газа;
  • V — его объем;
  • n — концентрация молей газа;
  • R — универсальная газовая постоянная;
  • T — температура газа.

Путем простейших перестановок получаем:

Кристаллизация

Кристаллизация в молекулярной физике — это фазовый переход вещества из жидкого в твердое состояние, т.е. процесс, обратный плавлению. Кристаллизация происходит с выделением теплоты, которую требуется отводить. Температура совпадает с точкой плавления, весь процесс в физике описывается формулой:

  • Q — количество теплоты;
  • λ — теплота плавления;
  • m — масса.

В молекулярной физике приведенная формула описывает как кристаллизацию, так и плавление, поскольку они, по сути, являются двумя сторонами одного процесса. Для того чтобы вещество кристаллизовалось, необходимо охладить его до температуры плавления, а затем отвести количество тепла, равное произведению массы на удельную теплоту плавления (λ). Во время кристаллизации температура не меняется.

Существует еще один вариант понимания этого термина, используемого в молекулярной физике — кристаллизация из перенасыщенных растворов. В этом случае причиной перехода становится не только достижение определенной температуры, но и степень насыщения раствора определенным веществом. На определенном этапе количество частиц растворенного вещества становится слишком большим, что вызывает образование мелких монокристалликов. Они присоединяют минимальные структурные единицы из раствора, производя послойный рост. В зависимости от условий роста кристаллы имеют не одинаковую форму.

Число молекул

Молекулярная физика позволяет определить численность частиц, содержащееся в данной массе вещества, при помощи формулы:

Читайте также:  Высота фуры какая допустимая максимальная высота внутри тентованного прицепа от земли до верха и штр

Отсюда выходит, что число минимальных частиц равняется:

То есть необходимо прежде всего определить численность молекул, приходящихся на определенную массу. Без того не будет возможности правильно провести подсчет числа минимальных частиц. Затем она умножается на число Авогадро, в результате чего получаем количество структурных единиц. Для соединений подсчет ведется суммированием атомного веса компонентов. Рассмотрим простой пример из молекулярной физики:

Определим численность молекул воды в 3 граммах. Формула воды (H2O) содержит два атома водорода и один кислорода.

Общий атомный вес минимальной частицы воды составит: 1 + 1 + 16 = 18 г/моль.

Количество вещества в 3 граммах воды: 3 : 18 = 1/6.

Число молекул: 1/6 × 6 × 1023 = 1023.

Масса молекулы

В молекулярной физике есть такое положение — один моль содержит равное число минимальных частиц. От этого отталкиваются при решении физических задач. Зная точную массу моля, можно разделить ее на количество минимальных частиц (число Авогадро), получив в результате массу структурной единицы:

Такое вычисление из физики применимо к неорганическим молекулам. Размеры органических частиц намного больше, их величина или вес имеют другие значения.

Молярная масса газа

Молярная масса (ММ) — это масса в килограммах одного моля вещества. Одно из положений молекулярной физики — в одном моле содержится одинаковое количество структурных единиц. Поэтому формула будет иметь такой вид:

  • k — коэффициент пропорциональности;
  • Mr — атомная масса вещества.

Данная величина может быть рассчитана по уравнению Менделеева-Клапейрона:

из которой можно вывести:

Таким образом, ММ прямо пропорциональна произведению массы на температуру и универсальную газовую постоянную и обратно пропорциональна произведению давления газа , его объема.

Положения молекулярной физики:

Физика (молекулярная) за 5 минут:

Формулы, которые содержат молекулярная физика и термодинамика, позволяют вычислить количественные значения процессов, происходящих с твердыми веществами и газами. Такие расчеты необходимы как в теоретических изысканиях, так и на практике, поскольку они способствуют решению практических задач.

Что такое молекулярная физика: формулы чисел и молярная масса газа

Молекулярная физика изучает свойства тел, руководствуясь поведением отдельных молекул. Все видимые процессы протекают на уровне взаимодействия мельчайших частиц, то, что мы видим невооруженным глазом — лишь следствие этих тонких глубинных связей….

Основные понятия

Молекулярная физика иногда рассматривается как теоретическое дополнение термодинамики. Возникшая намного раньше, термодинамика занималась изучением перехода тепла в работу, преследуя чисто практические цели. Она не производила теоретического обоснования, описывая лишь результаты опытов. Основные понятия молекулярной физики возникли позже, в XIX веке.

Она изучает взаимодействие тел на молекулярном уровне, руководствуясь статистическим методом, который определяет закономерности в хаотических движениях минимальных частиц – молекул. Молекулярная физика и термодинамика дополняют друг друга, рассматривая процессы с разных точек зрения. При этом термодинамика не касается атомарных процессов, имея дело только с макроскопическими телами, а молекулярная физика, напротив, рассматривает любой процесс именно с точки зрения взаимодействия отдельных структурных единиц.

Все понятия и процессы имеют собственные обозначения и описываются специальными формулами, которые наиболее наглядно представляют взаимодействия и зависимости тех или иных параметров друг от друга. Процессы и явления пересекаются в своих проявлениях, разные формулы могут содержать одни и те же величины и быть выражены разными способами.

Количество вещества

Количество вещества определяет взаимосвязь между весом (массой) и количеством молекул, которые содержит эта масса. Дело в том, что разные вещества при одинаковой массе имеют разное число минимальных частиц. Процессы, проходящие на молекулярном уровне, могут быть поняты только при рассмотрении именно числа атомных единиц, участвующих во взаимодействиях. Единица измерения количества вещества, принятая в системе СИ, моль.

Внимание! Один моль всегда содержит одинаковое количество минимальных частиц. Это число называется числом (или постоянной) Авогадро и равняется 6,02×1023.

Эта константа используется в случаях, когда для расчетов требуется учитывать микроскопическое строение данного вещества. Иметь дело с количеством молекул сложно, так как придется оперировать огромными числами, поэтому используется моль – число, определяющее количество частиц в единице массы.

Формула, определяющая количество вещества:

Расчет количества вещества производится в разных случаях, используется во многих формулах и является важным значением в молекулярной физике.

Давление газа

Давление газа — важная величина, имеющая не только теоретическое, но и практическое значение. Рассмотрим формулу давления газа, используемую в молекулярной физике, с пояснениями, необходимыми для лучшего понимания.

Для составления формулы придется сделать некоторые упрощения. Молекулы представляют собой сложные системы, имеющие многоступенчатое строение. Для простоты рассмотрим газовые частицы в определенном сосуде как упругие однородные шарики, не взаимодействующие друг с другом (идеальный газ).

Скорость движения минимальных частиц также будем считать одинаковой. Введя такие упрощения, не сильно меняющие истинное положение, можно вывести такое определение: давление газа — это сила, которую оказывают удары молекул газа на стенки сосудов.

При этом, учитывая трехмерность пространства и наличие двух направлений каждого измерения, можно ограничить количество структурных единиц, воздействующих на стенки, как 1/6 часть.

Таким образом, сведя воедино все эти условия и допущения, можем вывести формулу давления газа в идеальных условиях.

Формула выглядит так:

где P — давление газа,

n — концентрация молекул,

K — постоянная Больцмана (1,38×10-23),

Ek — кинетическая энергия молекул газа.

Существует еще один вариант формулы:

P = nkT,

где n — концентрация молекул,

T — абсолютная температура.

Формула объема газа

Объем газа — это пространство, которое занимает данное количество газа в определенных условиях. В отличие от твердых тел, имеющих постоянный объем, практически не зависящий от окружающих условий, газ может менять объем в зависимости от давления или температуры.

Формула объема газа – это уравнение Менделеева-Клапейрона, которое выглядит таким образом:

PV = nRT

где P — давление газа,

n — число молей газа,

R — универсальная газовая постоянная,

T — температура газа.

Путем простейших перестановок получаем формулу объема газа:

Важно! Согласно закону Авогадро равные объемы любых газов, помещенные в совершенно одинаковые условия — давление, температура — будут всегда содержать равное количество минимальных частиц.

Кристаллизация

Кристаллизация — это фазовый переход вещества из жидкого в твердое состояние, т.е. процесс, обратный плавлению. Процесс кристаллизации происходит с выделением теплоты, которую требуется отводить от вещества. Температура совпадает с точкой плавления, весь процесс описывается формулой:

Q = λm,

где Q — количество теплоты,

λ — теплота плавления,

Эта формула описывает как кристаллизацию, так и плавление, поскольку они, по сути, являются двумя сторонами одного процесса. Для того чтобы вещество кристаллизовалось, необходимо охладить его до температуры плавления, а затем отвести количество тепла, равное произведению массы на удельную теплоту плавления (λ). Во время кристаллизации температура не меняется.

Существует еще один вариант понимания этого термина — кристаллизация из перенасыщенных растворов. В этом случае причиной перехода становится не только достижение определенной температуры, но и степень насыщения раствора определенным веществом. На определенном этапе количество частиц растворенного вещества становится слишком большим, что вызывает образование мелких монокристалликов. Они присоединяют молекулы из раствора, производя послойный рост. В зависимости от условий роста кристаллы имеют различную форму.

Число молекул

Определить количество частиц, содержащееся в данной массе вещества, проще всего при помощи следующей формулы:

Отсюда выходит, что число молекул равняется:

То есть необходимо прежде всего определить количество вещества, приходящееся на определенную массу. Затем оно умножается на число Авогадро, в результате чего получаем количество структурных единиц. Для соединений подсчет ведется суммированием атомного веса компонентов. Рассмотрим простой пример:

Определим количество молекул воды в 3 граммах. Формула воды (H2O) содержит два атома водорода и один кислорода. Общий атомный вес минимальной частицы воды составит: 1+1+16 = 18 г/моль.

Количество вещества в 3 граммах воды:

1/6 × 6 × 1023 = 1023.

Читайте также:  Dual перевод на русский, синонимы, антонимы, произношение, примеры, транскрипция, определение,значен

Формула массы молекулы

Один моль всегда содержит одинаковое количество минимальных частиц. Следовательно, зная массу моля, можно разделить ее на количество молекул (число Авогадро), получив в результате массу системной единицы.

Следует учесть, что эта формула относится лишь к неорганическим молекулам. Размеры органических молекул намного больше, их величина или вес имеют совсем другие значения.

Молярная масса газа

Молярная масса — это масса в килограммах одного моля вещества. Поскольку в одном моле содержится одинаковое количество структурных единиц, формула молярной массы имеет такой вид:

M = κ × Mr

где k — коэффициент пропорциональности,

Mr — атомная масса вещества.

Молярная масса газа может быть рассчитана по уравнению Менделеева-Клапейрона:

pV = mRT / M,

из которой можно вывести:

M = mRT / pV

Таким образом, молярная масса газа прямо пропорциональна произведению массы газа на температуру и универсальную газовую постоянную и обратно пропорциональна произведению давления газа и его объема.

Внимание! Следует учесть, что молярная масса газа как элемента может отличаться от газа как вещества, например, молярная масса элемента кислорода (О) равна 16 г/моль, а масса кислорода как вещества (О2) равна 32 г/моль.

Основные положения МКТ.

Физика за 5 минут молекулярная физика

lt,span data-mce-type=bookmark style=display: inline-block, width: 0px, overflow: hidden, line-height: 0, >

Вывод

Формулы, которые содержат молекулярная физика и термодинамика, позволяют вычислить количественные значения всех процессов, происходящих с твердыми веществами и газами. Такие расчеты необходимы как в теоретических изысканиях, так и на практике, поскольку они способствуют решению практических задач.

Как решать задачи по химии, готовые решения

Методика решения задач по химии

При решении задач необходимо руководствоваться несколькими простыми правилами:

  1. Внимательно прочитать условие задачи;
  2. Записать, что дано;
  3. Перевести, если это необходимо, единицы физических величин в единицы системы СИ (некоторые внесистемные единицы допускаются, например литры);
  4. Записать, если это необходимо, уравнение реакции и расставить коэффициенты;
  5. Решать задачу, используя понятие о количестве вещества, а не метод составления пропорций;
  6. Записать ответ.

В целях успешной подготовки по химии следует внимательно рассмотреть решения задач, приводимых в тексте, а также самостоятельно решить достаточное число их. Именно в процессе решения задач будут закреплены основные теоретические положения курса химии. Решать задачи необходимо на протяжении всего времени изучения химии и подготовки к экзамену.

Вы можете использовать задачи на этой странице, а можете скачать хороший сборник задач и упражнений с решением типовых и усложненных задач (М. И. Лебедева, И. А. Анкудимова): скачать.

Моль, молярная масса

Молярная масса – это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е.

где М(х) – молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, ν(x) – количество вещества Х. Единица СИ молярной массы – кг/моль, однако обычно используется единица г/моль. Единица массы – г, кг. Единица СИ количества вещества – моль.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основную формулу:

где V(x) – объем вещества Х(л), Vm – молярный объем газа (л/моль), N – число частиц, NA – постоянная Авогадро.

1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Решение. Молярная масса иодида натрия составляет:

M(NaI) = M(Na) + M(I) = 23 + 127 = 150 г/моль

Определяем массу NaI:

m(NaI) = ν(NaI)•M(NaI) = 0,6 • 150 = 90 г.

2. Определите количество вещества атомного бора, содержащегося в тетраборате натрия Na2B4O7 массой 40,4 г.

Решение. Молярная масса тетрабората натрия составляет 202 г/моль. Определяем количество вещества Na2B4O7:

Вспомним, что 1 моль молекулы тетрабората натрия содержит 2 моль атомов натрия, 4 моль атомов бора и 7 моль атомов кислорода (см. формулу тетрабората натрия). Тогда количество вещества атомного бора равно: ν(B)= 4 • ν (Na2B4O7)=4 • 0,2 = 0,8 моль.

Расчеты по химическим формулам. Массовая доля.

Массовая доля вещества – отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е. ω(Х) =m(Х)/m, где ω(X)– массовая доля вещества Х, m(X) – масса вещества Х, m – масса всей системы. Массовая доля – безразмерная величина. Её выражают в долях от единицы или в процентах. Например, массовая доля атомного кислорода составляет 0,42, или 42%, т.е. ω(О)=0,42. Массовая доля атомного хлора в хлориде натрия составляет 0,607, или 60,7%, т.е. ω(Cl)=0,607.

3. Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl2 • 2H2O.

Решение: Молярная масса BaCl2 • 2H2O составляет:

М(BaCl2 • 2H2O) = 137+ 2 • 35,5 + 2 • 18 =244 г/моль

Из формулы BaCl2 • 2H2O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль Н2О. Отсюда можно определить массу воды, содержащейся в BaCl2 • 2H2O:

m(H2O) = 2 • 18 = 36 г.

Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl2 • 2H2O.

4. Из образца горной породы массой 25 г, содержащей минерал аргентит Ag2S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.

Дано: m(Ag )=5,4 г; m = 25 г.

Решение: определяем количество вещества серебра, находящегося в аргентите: ν(Ag ) =m(Ag )/M(Ag ) = 5,4/108 = 0,05 моль.

Из формулы Ag2S следует, что количество вещества аргентита в два раза меньше количества вещества серебра. Определяем количество вещества аргентита:

ν( Ag2S)= 0,5 • ν (Ag) = 0,5 • 0,05 = 0,025 моль

Рассчитываем массу аргентита:

Теперь определяем массовую долю аргентита в образце горной породы, массой 25 г.

Вывод формул соединений

5. Определите простейшую формулу соединения калия с марганцем и кислородом, если массовые доли элементов в этом веществе составляют соответственно 24,7, 34,8 и 40,5%.

Найти: формулу соединения.

Решение: для расчетов выбираем массу соединения, равную 100 г, т.е. m=100 г. Массы калия, марганца и кислорода составят:

m (К) = m ω(К); m (К) = 100 • 0,247= 24,7 г;

m (Mn) = m ω(Mn); m (Mn) =100 • 0,348=34,8 г;

m (O) = m ω(O); m (O) = 100 • 0,405 = 40,5 г.

Определяем количества веществ атомных калия, марганца и кислорода:

ν(К)= m(К)/ М( К) = 24,7/39= 0,63 моль

ν(Mn)= m(Mn)/ М( Mn) = 34,8/ 55 = 0,63 моль

ν(O)= m(O)/ М(O) = 40,5/16 = 2,5 моль

Находим отношение количеств веществ:

ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 0,63 : 0,63 : 2,5.

Разделив правую часть равенства на меньшее число (0,63) получим:

ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 1 : 1 : 4.

Следовательно, простейшая формула соединения KMnO4.

6. При сгорании 1,3 г вещества образовалось 4,4 г оксида углерода (IV) и 0,9 г воды. Найти молекулярную формулу вещества, если его плотность по водороду равна 39.

Найти: формулу вещества.

Решение: Предположим, что искомое вещество содержит углерод, водород и кислород, т.к. при его сгорании образовались СО2 и Н2О. Тогда необходимо найти количества веществ СО2 и Н2О, чтобы определить количества веществ атомарных углерода, водорода и кислорода.

Определяем количества веществ атомарных углерода и водорода:

ν(Н)= 2•ν(Н2О); ν(Н)= 2 • 0,05 = 0,1 моль.

Следовательно, массы углерода и водорода будут равны:

m(С) = ν( С) • М(С) = 0,1• 12 = 1,2 г;

m(Н) = ν( Н) • М(Н) = 0,1• 1 =0,1 г.

Определяем качественный состав вещества:

m(в-ва) = m(С) + m(Н) = 1,2 + 0,1 = 1,3 г.

Следовательно, вещество состоит только из углерода и водорода (см. условие задачи). Определим теперь его молекулярную массу, исходя из данной в условии задачи плотности вещества по водороду.

М(в-ва) = 2 • ДН2 = 2 • 39 = 78 г/моль.

Далее находим отношение количеств веществ углерода и водорода:

Разделив правую часть равенства на число 0,1, получим:

Примем число атомов углерода (или водорода) за «х», тогда, умножив «х» на атомные массы углерода и водорода и приравняв эту сумму молекулярной массе вещества, решим уравнение:

12х + х = 78. Отсюда х= 6. Следовательно, формула вещества С6Н6 – бензол.

Читайте также:  Страховка ОСАГО без ограничений 2020 - расчет стоимости, цена открытой страховки

Молярный объем газов. Законы идеальных газов. Объемная доля.

Молярный объем газа равен отношению объема газа к количеству вещества этого газа, т.е.

где Vm – молярный объем газа — постоянная величина для любого газа при данных условиях; V(X) – объем газа Х; ν(x) – количество вещества газа Х. Молярный объем газов при нормальных условиях (нормальном давлении рн= 101 325 Па ≈ 101,3 кПа и температуре Тн= 273,15 К ≈ 273 К) составляет Vm= 22,4 л/моль.

В расчетах, связанных с газами, часто приходится переходить от данных условий к нормальным или наоборот. При этом удобно пользоваться формулой, следующей из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

Где p – давление; V – объем; Т- температура в шкале Кельвина; индекс «н» указывает на нормальные условия.

Состав газовых смесей часто выражают при помощи объемной доли – отношения объема данного компонента к общему объему системы, т.е.

где φ(Х) – объемная доля компонента Х; V(X) – объем компонента Х; V — объем системы. Объемная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы или в процентах.

7. Какой объем займет при температуре 20 о С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?

Дано: m(NH3)=51 г; p=250 кПа; t=20 o C.

Решение: определяем количество вещества аммиака:

Объем аммиака при нормальных условиях составляет:

Используя формулу (3), приводим объем аммиака к данным условиям [температура Т= (273 +20)К = 293 К]:

8. Определите объем, который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.

Решение: находим количества вещества водорода и азота:

Так как при нормальных условиях эти газы не взаимодействуют между собой, то объем газовой смеси будет равен сумме объемов газов, т.е.

Расчеты по химическим уравнениям

Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. Однако в реальных химических процессах из-за неполного протекания реакции и различных потерь веществ масса образующихся продуктов часто бывает меньше той, которая должна образоваться в соответствии с законом сохранения массы веществ. Выход продукта реакции (или массовая доля выхода) – это выраженное в процентах отношение массы реально полученного продукта к его массе, которая должна образоваться в соответствии с теоретическим расчетом, т.е.

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

В тех задачах, где выход продукта не указан, предполагается, что он – количественный (теоретический), т.е. η=100%.

9. Какую массу фосфора надо сжечь для получения оксида фосфора (V) массой 7,1 г?

Решение: записываем уравнение реакции горения фосфора и расставляем стехиометрические коэффициенты.

Определяем количество вещества P2O5, получившегося в реакции.

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

Отсюда находим массу фосфора:

m(Р) = ν(Р) • М(Р) = 0,1• 31 = 3,1 г.

10. В избытке соляной кислоты растворили магний массой 6 г и цинк массой 6,5 г. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этом?

Решение: записываем уравнения реакции взаимодействия магния и цинка с соляной кислотой и расставляем стехиометрические коэффициенты.

Определяем количества веществ магния и цинка, вступивших в реакцию с соляной кислотой.

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

ν(Zn) = m(Zn)/ М(Zn) = 6,5/65 = 0,1 моль.

Из уравнений реакции следует, что количество вещества металла и водорода равны, т.е. ν(Mg) = ν(Н2); ν(Zn) = ν(Н2), определяем количество водорода, получившегося в результате двух реакций:

ν(Н2) = ν(Mg) + ν(Zn) = 0,25 + 0,1= 0,35 моль.

Рассчитываем объем водорода, выделившегося в результате реакции:

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

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

Определяем количество вещества сероводорода, участвующего в реакции.

Из уравнения реакции следует, что ν(H2S) = ν(СuS) = 0,125 моль. Значит можно найти теоретическую массу СuS.

m(СuS) = ν(СuS) • М(СuS) = 0,125 • 96 = 12 г.

Теперь определяем выход продукта, пользуясь формулой (4):

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

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

Решение: записываем уравнение реакции.

Эта задача на «избыток» и «недостаток». Рассчитываем количества вещества хлороводорода и аммиака и определяем, какой газ находится в избытке.

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

Аммиак находится в избытке, поэтому расчет ведем по недостатку, т.е. по хлороводороду. Из уравнения реакции следует, что ν(HCl) = ν(NH4Cl) = 0,2 моль. Определяем массу хлорида аммония.

Мы определили, что аммиак находится в избытке (по количеству вещества избыток составляет 0,1 моль). Рассчитаем массу избытка аммиака.

13. Технический карбид кальция массой 20 г обработали избытком воды, получив ацетилен, при пропускании которого через избыток бромной воды образовался 1,1,2,2 –тетрабромэтан массой 86,5 г. Определите массовую долю СаС2 в техническом карбиде.

Решение: записываем уравнения взаимодействия карбида кальция с водой и ацетилена с бромной водой и расставляем стехиометрические коэффициенты.

Находим количество вещества тетрабромэтана.

Из уравнений реакций следует, что ν(C2H2Br4) =ν(C2H2) = ν(СаC2) =0,25 моль. Отсюда мы можем найти массу чистого карбида кальция (без примесей).

Определяем массовую долю СаC2 в техническом карбиде.

Растворы. Массовая доля компонента раствора

14. В бензоле объемом 170 мл растворили серу массой 1,8 г. Плотность бензола равна 0,88 г/мл. Определите массовую долю серы в растворе.

Решение: для нахождения массовой доли серы в растворе необходимо рассчитать массу раствора. Определяем массу бензола.

Находим общую массу раствора.

Рассчитаем массовую долю серы.

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

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

Решение: найдем массу FeSO4 содержащегося в FeSO4•7H2O. Для этого рассчитаем количество вещества FeSO4•7H2O.

Из формулы железного купороса следует, что ν(FeSO4)= ν(FeSO4•7H2O)=0,0125 моль. Рассчитаем массу FeSO4:

Учитывая, что масса раствора складывается из массы железного купороса (3,5 г) и массы воды (40 г), рассчитаем массовую долю сульфата железа в растворе.

Задачи для самостоятельного решения

  1. На 50 г йодистого метила в гексане подействовали металлическим натрием, при этом выделилось 1,12 л газа, измеренного при нормальных условиях. Определите массовую долю йодистого метила в растворе. Ответ: 28,4%.
  2. Некоторый спирт подвергли окислению, при этом образовалась одноосновная карбоновая кислота. При сжигании 13,2 г этой кислоты получили углекислый газ, для полной нейтрализации которого потребовалось 192 мл раствора КОН с массовой долей 28%. Плотность раствора КОН равна 1,25 г/мл. Определите формулу спирта. Ответ: бутанол.
  3. Газ, полученный при взаимодействии 9,52 г меди с 50 мл 81 % раствора азотной кислоты, плотностью 1,45 г/мл, пропустили через 150 мл 20 % раствора NaOH плотностью 1,22 г/мл. Определите массовые доли растворенных веществ. Ответ: 12,5% NaOH; 6,48% NaNO3; 5,26% NaNO2.
  4. Определите объем выделившихся газов при взрыве 10 г нитроглицерина. Ответ: 7,15 л.
  5. Образец органического вещества массой 4,3 г сожгли в кислороде. Продуктами реакции являются оксид 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: С6Н14.

Рекомендуем:

Главная » ЕГЭ — химия для чайников » Как решать задачи по химии, готовые решения

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector