Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
15
Таким образом, атомной массой называется отношение массы данного атома к '/12 части массы атома '^С.
Ранее принимали за единицу атомной массы '/16 часть массы атома кислорода. Новая единица отличается от старой очень мало, и в практических расчетах по округленным атомным массам существенного различия не заметно.
Молекулярной массой называется отношение массы данной молекулы к '/|2 части массы атома !|С. Молекулярная масса равна сумме атомных масс всех атомов, входящих в данную молекулу. Удобно оперировать физико-химической единицей массы — молем.
Моль—масса вещества, содержащая число частиц, равное постоянной Авогадро, имеющих собственное тепловое движение. С другой стороны, масса моля равна молекулярной или атомной массе вещества, выраженной в граммах. В СИ обычно рассматривают величину в тысячу раз больше моля — киломоль.
Все химические расчеты удобно вести в молях и только окончательный результат переводить в единицы массы, умножая число молей на соответствующую атомную или молекулярную массу (г/моль или кг/кмоль).
Зависимость объема газа от давления и температуры. Эта зависимость может быть описана уравнением состояния идеального газа (уравнением Клапейрона):
и.т^рр.. ¦ (1.ц)
I , 1 2
Д. И. Менделеев предложил рассчитать это уравнение для одного моля газа, пользуясь общностью свойств различных газов.
Вычислим — газовую постоянную для одного кмоля газа:
1,013-Ю5 Н/м2-22,4 м3/кмоль • # =-273 ]5 ^---= 8,313-Ю3 Дж/(кмоль-К),
или
Я = 8,313 кДж/(моль-К)*.
Таким образом, уравнение состояния для одного моля идеаль-. ного газа
рі/=«Я7\ (1.12)
Для произвольной массы газа, содержащей п молей, уравнение Клапейрона —Менделеева примет вид
РУ = пЯТ = ^Т, (1.13)
где п — число молей газа, равное массе газа, деленной на молекулярную массу п = т/М.
* Употребительные значения газовой постоянной во внесистемных единицах: в тепловых единицах Я = 1,986 кал/(моль-К); в произвольных единицах, удобных для расчетов, /? = 0,082 л-ат/(моль-К).
16
Так как газовая постоянная, рассчитанная в любой системе единиц, одинакова для всех газов, то это уравнение можно применять и для любых газовых смесей, если только эти газы не реагируют между собой:
ЛЛ= 2 "<Я7", . (1.14)
где Р0 — общее давление газовой смеси; У0 — общий объем газо-вой смеси К0=.2«,-у (где, в свою очередь, и — молярный объем
А
в данных физических условиях); 2 щ — сумма всех молей компо-
I 1
центов данной смеси.
Общее давление Р0 по закону Дальтона равно сумме парциальных давлений:
-?/>/. (1.15)
где р,' — парциальное давление; оно равно давлению данного компонента смеси, если бы ему одному был предоставлен весь объем смеси при данной температуре.
Для каждого компонента газовой смеси можно написать частное уравнение состояния:
Р,У0 = пЯТ. (1.16)
Разделив почленно уравнение (1.16) на уравнение (1.14) и сократив одинаковые члены, получим
А = _А_ или р—р.-Л-^РМ (1.17)
2 «¦< 2 п'
Уравнение (1.17) дает возможность вычислять парциальное дав-
к
ление, а N1 = /г,-/,2 щ — так называемая молярная или мольная
доля — является одним из выражений концентрации.
Расчет коэффициентов уравнений химических реакций. Закон сохранения массы при химических реакциях является одновременно законом постоянства числа атомов всех элементов, вступающих в реакцию и в получающихся продуктах реакции. Если считать число атомов, вступающих в реакцию, со знаком минус (—), а число атомов в продуктах реакции со знаком плюс ( + ), то закон этот можно записать так:
— 2 /г,йч +2 «коп — 0- (1-18)
Рассмотрим пример расчета коэффициентов для уравнения химической реакции
х,2п + х2НЫО^х.Л1п (Ж)8)2 + *4ЫН<Ы03 + *ВН20
17
Кеиич'тко Взято 11< лучено
2п -*, ~|-*а
N —Л'у + 2х. + 2лг4
Н -—*2 + 4л-, 1-2*в
О —3*2 1 Сл., -|"3*4 + *г,
2 я .......А'; +9л:) -1 9л-,, Ь3*й
Записываем в таблицу коэффициенты для атомов отдельных элементов и суммарного числа атомов (2„).
Записываем полученные результаты в виде системы линейных уравнений:
7м —х{ Ь хл = 0, или *, = х;1;
N — *,, Ь 2хя + 2А,,, или *» = 2*а + 2*4:
Н —А,, + 4А4 + 2А-В = 0;
О -3*2 + 6*;, + 3*4 + *б = 0;.
2« -А, — 5А,, + 9*а + 9*4 + 3*Б = 0.
(I) (II) (Ш) (IV) (V)
Полученная система уравнений решается путем определения взаимной связи коэффициентов х,-. Решение этой системы возможно или алгебраически, принимая значение наименьшего коэффициента равным 1, или используя метод детерминантов.
В последнем случае решение можно провести с использованием вычислительной техники вплоть до выписывания уравнения реакции на дисплее со всеми коэффициентами.
В уравнении (I) х,=х3 (вообще можно было заменить х3 на х, сразу). Решив уравнение (II), х2 = 2х3 + 2х4, полученные данные подставляем в уравнение (IV):
— 6*3 — 6*4 + 6*3+ 3*4 +*В = 0, ОТСЮДа *Г, = 3*.|.
Значение х2 из уравнения (II) подставляем в уравнение (III):
—2*;1 — 2*4 + 4*4 + 2*п = 0
или
— 2*;)—2*4 + 4*4 -(- 6*4 = 0; *;, = 4*4 = *,.
Вычисляем х2:
*п = 2*3 + 2*4 = 8*4 + 2*4 = 10*4. '
Определяем коэффициенты, полагая, что х4=1:
*, = 4; *,, = 10; *3 = 4; *4 = 1; *Г) = 3 47м + \№№я-+47м{№я){ + ЫН4ЫОз + ЗН20
