ЧАСТЬ IV. КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА. МОЛЯРНАЯ МАССА.
В соответствии с Международной системой измерений (СИ) единицей количества вещества служит 1 моль. Эта единица условная, служит для перехода от микромира атомов и молекул в макромир человека, который может оперировать веществами, используя такие величины как масса, объем или вес. Для этого перехода необходимо иметь достаточное число структурных единиц вещества, которое дает возможность оценить его органолептические свойства, плотность и химическую активность. Поэтому МОЛЬ – ЭТО ОПРЕДЕЛЕННОЕ КОЛИЧЕСТВО СТРУКТУРНЫХ ЕДИНИЦ ВЕЩЕСТВА (АТОМОВ, МОЛЕКУЛ, ЧАСТЕЙ МОЛЕКУЛ), РАВНОЕ 6,02*1023.
Это количество соответствует числу атомов углерода в его 12 граммах. Оно было определено простым математическим расчетом, исходя из знания массы 1 атома углерода, равное 1,993*10-23 грамм.
12 ГРАММ
1 МОЛЬ = 1,993*10-23ГРАММ = 6,02*1023 АТОМОВ (СТР. ЕДИНИЦ/МОЛЬ)
Это число носит название итальянского ученого, впервые его определившего, АМЕДЕО АВОГАДРО.
Говоря о количестве вещества надо помнить, из каких структурных единиц состоит то или иное вещество, например:
1 моль железа Fe - 6,02*1023 атомов
1 моль водорода H2 – 6,02*1023 молекул
1 моль медного купороса CuSO4*5H2O – 6.02*1023 структурных единиц, каждая из которых состоит 1 молекулы CuSO4 и 5 молекул воды.
Таким образом, приняв эту условную единицу за эталон количества вещества, очень просто можно перейти к обычным физическим величинам, например, массе вещества.
Мы знаем, что каждая структурная единица вещества имеет свою собственную относительную атомную массу, кратную 1 атомной единице массы. За исходное вещество был принят углерод, массой 12 грамм. Эта масса численно совпадает с относительной атомной массой углерода. Поэтому одно и то же число структурных единиц вещества по массе численно будет совпадать либо с относительной атомной массой элемента (при его атомной структуре) либо с относительной молекулярной массой (при его молекулярной структуре), например, масса:
1 моль железа – 56 г/моль
1 моль водорода – 2 г/моль
1 моль медного купороса – 240 г/моль (160 +90)
Масса одного моль любого вещества называется его молярной массой (размерность этой величины г/моль).
Для лучшего понимания данного материала необходимо дать учащимся задание, по определению молярной массы различных веществ, акцентируя внимание на 3 положениях:
- Какова структура данного вещества (что является структурной единице – атом или молекула)?
- С какой величиной численно совпадает молярная масса вещества?
- Сколько структурных единиц содержится в молярной массе?
НАПРИМЕР:
Алюминий. Металл, простое вещество, химическая формула – Al, атомная структура; молярная масса численно совпадает с относительной атомной массой элемента алюминия – 27 г/моль; в 27 граммах алюминия содержится 6,02*1023 атомов данного элемента.
Поваренная соль. Сложное вещество, химическая формула NaCl, молекулярная структура; молярная масса численно совпадает с относительной молекулярной массой вещества 23+35,5 = 58,5 г/моль; в 58,5 граммах этого вещества содержится 6,02*1023 его молекул.
Молярная масса любого вещества является его “личной” характеристикой, которая зависит лишь от того атомы каких элементов и в каком соотношении входят в состав его структурной единицы. Иногда молярные массы разных веществ могут численно совпадать (например, молярные массы фосфорной Н3РО4 и серной Н2SО4 кислот – 98 г/моль), но это совпадение указывает на то, что в этой массе содержится 6,02*1023 молекул как того так и другого вещества.
МОЛЯРНАЯ МАССА ВЕЩЕСТВА РАВНА ОТНОШЕНИЮ МАССЫ ВЕШЕСТВА К СООТВЕТСТВУЮЩЕМУ КОЛИЧЕСТВУ ЭТОГО ВЕЩЕСТВА
где
М – молярная масса вешества, г/моль
m - масса вещества, г
- количество вещества,
моль
Количество вещества можно определить, используя простую пропорцию:
1 моль содержит 6,02*1023 стр.единиц вещества (NА),
моль вещества содержит N
стр.единиц. Следовательно:
Для закрепления пройденного материала необходимо предложить учащимся выполнить индивидуальное задание (Приложение 1), а также предложить учащимся для обсуждения вопрос: “Что больше: 1 моль или 1 грамм вещества?”
Если для твердых и жидких веществ при расчетах удобно использовать такую физическую величину как масса, то для газообразных веществ целесообразнее использовать такую меру измерения как объем. В ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВАХ (ГАЗАХ) при одних и тех же внешних условиях (температура и давление) скорость движения молекул (или атомов) есть величина постоянная вне зависимости, какой это газ. Определяющим является не размер структурной единицы газа, а расстояние между ними. Это предположение впервые было высказано А.Авогадро, который сформулировал закон, получивший его имя:
В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул (структурных единиц).
Отсюда легко сделать вывод, который получил название СЛЕДСТВИЕ ЗАКОНА АВОГАДРО: массы различных газов, в которых содержится одинаковое число молекул (структурных единиц) занимают одинаковый объем.
Так как 1 моль любого газа содержит 6,02*1023 структурных единиц, следовательно, он будет иметь постоянный объем при нормальных условиях. Его называют МОЛЯРНЫМ ОБЪЕМОМ ГАЗА, КОТОРЫЙ ПРИ Н.У. РАВЕН ОТНОШЕНИЮ ОБЪЕМА ГАЗА К СООТВЕТСТВУЮЩЕМУ КОЛИЧЕСТВУ ВЕЩЕСТВА И СОСТАВЛЯЕТ 22.4 Л/МОЛЬ.
где
VА - молярный объем газа, равный 22.4 л/моль
V - объем газа, л
- количество
вещества, моль
Таким образом, мы получаем триединую формулу вычисления количества вещества:
Для усвоения данного материала необходимо провести 2-3 урока, посвященных повторению теоретических вопросов, решению соответствующих задач, выполнению индивидуального задания (Приложение 2), а затем провести самостоятельную работу (Приложение 3).
ЧАСТЬ V. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. ХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ
ЯВЛЕНИЯ, ПРИ КОТОРЫХ ПРОИСХОДИТ ПРЕВРАЩЕНИЕ ОДНИХ ВЕЩСТВ В ДРУГИЕ, ОТЛИЧАЮЩИЕСЯ ОТ ИСХОДНЫХ СОСТАВОМ И СВОЙСТВАМИ БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ЯДЕР АТОМОВ, НАЗЫВАЮТСЯ ХИМИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ.
Условная запись химической реакции посредством химических символов и формул называется химическим уравнением.
Например, вещество АВ вступает в реакцию с веществом СД, в результате чего получают два новых вещества АД и СВ.
Стрелка —>, размещенная между правой и левой частью уравнений, показывает направление реакции. Ее нельзя заменять знаком равенства: химические процессы массово-энергетические явления, поэтому знак равенства ставят только в случае термохимических реакций, в которых учитывается и энергетика процесса.
Для того чтобы правильно записать химическое уравнение, необходимо помнить два закона:
-
Закон постоянства состава вещества:
Вещества имеют постоянный состав независимо от
способов их получения.
- Закон сохранения массы веществ: Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.
Закон сохранения массы веществ объясняется очень просто: количество атомов в процессе реакции остается неизменным, происходит лишь их рекомбинация, что не влияет на общую массу продуктов. Поэтому уравнивание химических уравнений сводится к подбору коэффициентов (множителей) перед химическими формулами веществ таким образом, чтобы количество атомов одного элемента в левой части уравнения было равно количеству атомов этого элемента в правой части.
Итак, попробуем записать в виде химического уравнения процесс горения алюминия в кислороде. Для правильной записи необходимо соблюдать следующий алгоритм действий:
- Выписать химические формулы реагентов в левой части и проставить стрелку (направление процесса): Al + O2 —>
- Составить формулу продукта, пользуясь знаниями о валентности элементов и записать ее в правую часть уравнения (ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА ВЕЩЕСТВА): Al + O2 —> Al2O3
- Найти НОК атомов кислорода (2*3=6) и расставить соответствующие коэффициенты сначала перед кислородом: Al + 3O2 —> 2 Al2O3 (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВ):
- А затем и перед алюминием (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВ): 4Al + 3O2 —>2Al2O3
Классификация химических реакций
Всего существует 7 видов классификации реакций по определенным признакам. В начальной стадии изучения химии достаточно предоставить учащимся классификацию химических реакций по признаку изменения числа реагентов и продуктов в результате данного химического процесса. Различают 4 типа реакций:
Реакции соединения – их двух или более веществ образуется одно сложное вещество (в правой части уравнения записывается одна формула продукта):
4AL + 3O2 —> 2Al2O3
Реакции разложения – из одного сложного вещества образуется два или несколько веществ (в левой части уравнения записывается одна формула реагента):
4HNO3 —> 4NO2+O2 +2H2O
Реакции замещения – взаимодействие одного простого и одного сложного веществ приводит к получению нового простого и нового сложного вещества путем замещения атомов одного элемента атомами другого
Fe + CuSO4 —> FeSO4 +Cu
Реакции обмена – взаимодействие двух сложных веществ приводит к образованию двух новых сложных веществ путем обмена частями молекул
NaOH + HCl —> NaCl +H2O
Для закрепления данного материала необходимо провести фронтальный опрос (Приложение 4).
ЧАСТЬ VI. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ
определение количества или массы продуктов (реагентов) по известной массе или количеству реагентов (продуктов).
Решение любых задач по химии имеют базовый алгоритм, который необходимо предоставить учащимся на примере реальной задачи. При решениях последующих задач ученики обязаны проговаривать весь алгоритм решения.
Алгоритм решения. (Приложение)
Для закрепления алгоритма решения достаточно 1-2 уроков; после этого необходимо провести фронтальный опрос (Приложение 5).
Источники информации
Габриелян О.С., Казанцев Ю.Н. Химия для всех и каждого (комплект индивидуальных заданий для работы дома и на уроках): дидактическое пособие к учебникам О.С.Габриеляна “Химия-8” и “Химия-9” для учащихся и учителей. - Москва: “Сиринъ према”, 2006. -104 с.