Химияның негізгі түсінікткрі мен негізгі заңдары


Химиялық элемент – ядро зарядтары бірдей болатын атомдар түрі.

Атом – химиялық реакция кезінде бөлінбейтін элементтің ең кішкене бөлшегі, бірақ сол элементтің химиялық қасиеттерін көрсетеді.

Молекула – сол заттың химиялық қасиетін көрсететін заттың ең кішкене бөлшегі.

Жай заттар – құрамына тек бір элементтің атомдары ғана кіретін заттар.

Күрделі заттар – құрамына әр түрлі элементтер атомдары кіретін заттар.

Массаның атомдық бірлігі – 1/12 көміртегі -12 атомының массасы (12С),

яғни 1,6666× 10-27 кг.

Элементтің салыстырмалы атомдық массасы (Аr) – өлшемсіз шама, элементтің табиғи изотоптар құрамының орташа атомдық массасының көміртегі-12 атомының 1/12 массасына қатынасына.

Жай және күрделі заттардың салыстырмалы молекулалық массасы (Мr) – өлшемсіз шама, заттың табиғи изотоптары құрамының орташа массасының көміртегі – 12 атомының 1/12 массасына қатынасы.

Моль – заттың мөлшерінің бірлігі, көміртегі-12 атомының 0,012кг массасындағы атомдар санына тең, яғни 6,02× 1023.

Заттың эквиваленті – 1моль сутегі атомдарымен (0,5моль оттегі атомдарымен) қосыла алатын не сондай сутегі (оттегі) атомдарының мөлшерін химиялық реакцияларда ығыстырып шығара алатын мөлшері.

Эквивалент масса – заттың 1 эквивалентінің массасы.

Авогадро тұрақтысы NA – кез келген жүйенің (N) бөлшектер санының жүйе заттарының мөлшеріне қатынасы n: N/n = NA моль-1 = 6,02×1023 моль-1.

Осыдан: 1. Әр түрлі газдардың бірдей жағдайда (t,p) бірдей көлемдеріндегі молекулаларының саны бірдей болады;

2. Қалыпты жағдайда (қ.ж.) газдардың молярлық көлемі 22,4л/моль болады. Олай болса, 1моль газдың қ.ж. көлемі 22,4л.

Эквивалент көлем – заттың 1 эквиваленті алатын көлем. Сутегінің эквиваленті 1моль, оттегінің эквиваленті 0,5моль болғандықтан, сәйкесінше эквивалент көлемдері 11,2л/моль және 5,6л/моль болады.

Химияның негізгі заңдары: масса сақталу заңы; энергия сақталу заңы; құрам тұрақтылық заңы; еселік және көлемдік қатынастар заңдары; Авогадро заңы, эквиваленттер заңы.

Масса сақталу заңы – химиялық реакцияға түскен заттардың массасы реакция нәтижесінде түзілген заттар массасына тең. Масса мен энергия байланысын көрсететін А.Эйнштейн формуласын (Е = mc2) қолданып, масса және энергия сақталу заңын былай оқиды: оқшауланған жүйеде химиялық реакцияға дейінгі заттар массаларының қосындысы және энергиялар қосындысы реакциядан кейінгі заттар массаларының қосындысы және энергиялар қосындысына тең болады. Мұндағы Е энергия, m – зат массасы, с – вакуумдағы жарық жылдамдығы, 300000км/с. с2 мәні өте үлкен болғандықтан, масса өзгерісін өлшеу мүмкін болмағандықтан, масса сақталу заңында ешқандай бұзылушылық жоқ сияқты.

Авогадро заңы – бірдей температурада және шексіз аз қысымдарда газдардың бірдей көлемдерінде молекулалар саны бірдей болады.

Эквиваленттер заңы – әрекеттесетін заттардың массасы олардың эквивалент массаларына пропорционал.

Элементтердің атомдық массасын – П.Дюлонг және А.Пти ережесін қолданып анықтау: жай заттардың қатты күйдегі атомдық массаларының меншікті жылу сыйымдылығына көбейтіндісі шамамен 26Дж/моль∙К тең.

Бұл заңдар стехиометриялық заңдар деп аталады, себебі олар барлық заттардың массалары мен көлемдерін есептеуге қолданылады.

1-мысал. Мына қосылыстардағы HCI, H2S, NH3, CO, CO2 элементтердің эквивалентін, эквивалент массаларын және эквивалент көлемдерін анықтау қажет болса, заттың эквивалент және эквивалент массалары анықтамасы бойынша хлордың, күкірттің, азоттың, көміртектің эквиваленті сәйкесінше 1моль, ½ моль, 1/3 моль, ½ моль, ¼ моль және эквивалент массалары 35,5г/моль, 16г/моль, 4,67г/моль, 6моль, 4моль болады.

Элементтің эквивалентін және эквивалент массасын анықтау үшін олардың сутектік және оттектік қосылыстарына ғана қарамайды, қосылыстағы эквиваленті және эквивалент массасы белгілі басқа заттар арқылы да анықтайды.

2-мысал. Егер күкірттің эквивалент массасы 16 г/моль екені белгілі болса, 5,6г темір күкіртпен 8,8г темір сульфидін түзсе, темірдің эквиваленті және эквивалент массасы қанша болатынын есептеу керек.

Шешуі: есептің шарты бойынша 5,6г темірге 8,8 – 5,6 = 3,2г күкірт сәйкес келеді. Эквиваленттер заңы бойынша

Мэг/моль ------- 16г/моль күкіртке эквивалентті

5,6г Fe ------- 3,2г S

Осыдан, Мэ(Fe) = 28г/моль. Темірдің эквивалент массасы оның атомдық массасынан екі есе кіші болғандықтан, 1моль темірде 2 эквивалент бар, сондықтан темірдің эквиваленті ½ моль болады.

Күрделі заттардың эквивалент массасын эквивалент заңына сүйеніп мына формулалармен анықтайды:

Мэ (оксидтің) = Моксид /элемент атомдарының саны × оның валенттілігі

Мэ (қышқыл) = Мқышқыл/қышқыл негіздігі

Мэ (негіз) = Мнегіз /негіздің қышқылдығы

Мэ (тұз) = Мтұз /металл атомдар саны × металл валенттілігі,

мұндағы Мэ және М – эквиваленттің және қосылыстардың мольдік массалары.

Қышқылдардың негіздігі қышқыл негіз бен әрекеттескенде қышқыл молекуласының беретін протон санымен анықталады.

Негіздердің қышқылдығы негіз қышқылмен әрекеттескенде негіз молекуласының қосып алатын протондар санымен анықталады.

Тотықтырғыштың (тотықсыздандырғыштың) эквиваленті – тотықсызданғанда (тотыққанда) 1 моль электрондарды қосып алатын (беретін) мөлшері. Тотықсыздандырғыштың (тотықтырғыштың) эквивалент массасы реакция кезінде қосып берген (алған) электрондар санына олардың молекулалық массасын бөлгенге тең.

3-мысал. 8г NaOH күкірт қышқылымен бейтараптанғанда түзілген натрий гидросульфатының массасын анықтау керек.

Шешімі: Натрий гидроксидінің эквивалент массасы:

Мэ = МNaOH/1 = 40г/моль. Сонда, 8г: 8/40 = 0,2 натрий гидроксидінің эквивалентті массасын құрайды. Олай болса, эквивалент заңына байланысты түзілген тұздың массасы да оның 0,2 эквивалент массасын құрайды, яғни натрий гидросульфидінің массасы 120×0,2 = 24г.

4-мысал. Қалыпты жағдайда қышқылдан 0,7л сутегін эквивалент массасы 28г/моль болатын металл ығыстырған болса, оның массасы қанша болады?

Шешімі: Сутегінің эквивалент көлемі 11,2л болғандықтан пропорция бойынша

28г металл ---------- 11,2л сутегіге эквивалентті

Х,г металл ---------0,7л сутегімен әрекеттеседі

Х = 0,7×28/11,2 = 1,75г.

5-мысал. Күкіртті сутек күкірт қышқылына дейін тотықса, оның эквиваленті және эквивалентінің молярлы массасы қанша болады?

Шешуі:

H2S + 4H2O = SO42- + 10H+ + 8e, Э = 1/8моль, Мэ = 34/8 = 4,26г/моль.

6-мысал. Вольфрамның меншікті жылу сыйымдылығы 0,1465Дж/моль∙К,

ал оның эквивалент массасы 30,642г/моль болса, вольфрамның атомдық массасын анықтау керек.

Шешуі: Вольфрам атомының жуық шамамен анықталған молярлық массасының мәні 26 : 0,1465 = 177,4744г/моль; осы жуық шаманы вольфрамның эквивалент массасына бөліп, оның валенттілігін анықтайды:

177,4744 : 30,64 ≈ 6. Сонда вольфрамның молярлы массасы

30,642 ∙ 6 = 183,852г/моль.

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Массасы 0,8062 г металл оксидінен 0,4864г металл алынған болса, оның эквивалентінің молярлық массасы нешеге тең болады? Жауабы: 12,16г/моль.

2. Массасы 0,3200г мыстан 0,6770г мыс хлориді түзілген болса, мыс эквивалентінің молярлық массасын және мыстың тотығу дәрежесін анықтау керек. Мэ(СІ) = 35,5г/моль. Жауабы: 31,78г/моль, 2.

3. Егер массасы 0,1108г мырыш қышқылдан 38,08мл (қ.ж.) сутегін ығыстыратын болса, оның эквивалентінің молярлық массасы қанша?

Жауабы: 32,6г/моль.

4. Көміртегінің сутегімен бинарлы қосылысында көміртегінің массалық үлесі 75% болса, оның эквивалентінің молярлық массасы және валенттілігі қанша болады? Жауабы: 3г/моль, ІІІ.

5. Егер темірдің(ІІІ) салыстырмалы атомдық массасы 55,8 болса, оның эквивалентінің молярлы массасы қанша болады? Жауабы: 18,6г/моль.

6. Егер металдың бірдей мөлшері 0,20г оттегімен және 3,17г галогенмен әрекеттесетін болса, галоген эквивалентінің молярлы массасы нешеге тең болады? Жауабы: 127г/моль.

7. Егер 3,24г металл 3,48г оксид және 3,72г сульфид түзетін болса, металл және күкірт эквивалентінің молярлы массасы қанша болады?

Жауабы: 108г/моль, 16г/моль.

8. Егер қ.ж. 8,34г екі валентті металды 0,68л оттегі тотықтыратын болса, металдың атомдық массасы қанша болады? Жауабы: 137,4г/моль, Ва.

9. Егер 1,00г металл 8,89г броммен және 1,78г күкіртпен әрекеттесетін болса, күкірттің эквивалентінің молярлық массасы 16,0г/моль, сонда металл мен бромның эквиваленттерінің массасы қанша болады?

Жауабы: 9,0г/моль; 79,9г/моль.

10. 16,8 г металды еріту үшін 14,7г күкірт қышқылы қажет болса, металл эквивалентінің молярлық массасын және бөлінген сутегі көлемін анықтау керек Жауабы: 56г/моль, 3,36л.

11. 1,80г металл оксидін тотықсыздандыру үшін 883мл қ.ж. сутегі жұмсалатын болса, оксидтің және металдың эквивалентінің молярлық массасын анықтау керек. Жауабы: 24,2г/моль, 16,2г/моль.

12. 2,45г қышқылды бейтараптау үшін 2,00г натрий гидроксиді жұмсалса, қышқылдың эквиваленттінің молярлық массасы қанша болады?

Жауабы: 49,0г/моль.

13. 0,376г алюминий қышқылмен әрекеттескенде 0,468л сутегін ығыстырады (қ.ж.). Егер алюминий эквивалентінің молярлы массасы 9г/моль болса, бөлінген сутегінің эквивалент көлемі қанша болады?

Жауабы: 11,2л/моль.

14. Егер ион алмасу реакциясы мына теңдеулер бойынша жүрсе: Fe2(SO4)3+2NaOH=2FeOHSO4+2H2O;

KAI(SO4)2+4KOH =KAIO2 + 2 K2SO4 + 2H2O;

Cu(0H)CI + H2S = CuS + HCI + H2O;

KHSO4 + BaCI2 = BaSO4 + KCI + HCI қосылыстар эквиваленттердің молярлы массалары нешеге тең?

15. Мына реакциялардағы күкірт қышқылы эквивалентінің молярлық массасын анықтау керек: Zn+H2SO4сұйыт. = ZnSO4 + H2;

2HBr + H2SO4 конц. = Br2 + SO2 + 2H2O; 8HI + H2SO4 конц. = 2I2 + H2S + 4H2O

16. Қышқыл ортада 1моль а) K2Cr2O7; б) KMnO4 тотықсыздануы үшін неше эквивалент КІ қажет?

17. 10% (массасы бойынша) КІО3 (r = 1,052г/мл) ерітіндісінің нормальды концентрациясы қанша болады, егер ол бос йодқа дейін тотықсызданатын болса?

18. Егер элемент 8,87% сутегісі бар гидрид түзсе, элементтің эквивалентінің молярлы массасы қанша болады? Жауабы: 0,35г/моль.

19. Егер элемент 31,58% оттегісі бар оксид түзсе, элементтің эквивалентінің молярлы массасы қанша болады? Жауабы: 17,3г/моль.

20. Элемент эквивалентінің молярлы массасы 24,99г/моль болса, а) осы элементтің гидридінде неше пайыз сутегі бар екенін; б) массасы 4,95г оксидін тотықсыздандыру үшін қанша грамм сутегі қажет екенін есептеу керек. Жауабы: а) 3,88%; б) 0,1512г.

21. Мына заттардың 1г NH3 пен 1г N2 қайсысында молекула саны көп?

Күкірт диоксидінің бір молекуласының массасы неше грамм?

Жауабы: 1,06×10-22г.

22. 1,00мл сутегіде қ.ж. неше молекула болады? Жауабы: 2,69×1019.

23. 27×1021 газдар молекуласы қ.ж. қандай көлем алады? Жауабы: 1л.

24. Кез келген газдың 1м3 қ. ж. неше моль болады? Жауабы: 44,6моль.

25. 1,5кг мырыш тұз қышқылында ерігенде (17°С және 102,4кПа) қандай көлем сутегі бөлінеді? Жауабы: 0,54м3 .

26. 2,5г металл карбонаты азот қышқылымен әрекеттескенде 4,1г осы металдың нитраты түзілген. Металдың молярлық массасының эквивалентін есептеу керек. Жауабы: 20г/моль.

27. Элементтің түзілген газтәріздес қосылыстарының сутегі бойынша тығыздықтары 8, 15, 22, 29. Элементтің осы қосылыстардағы массалық үлестері сәйкесінше 75,0; 80,0; 81,81; 82,76%. Элементтің атын айтып, салыстырмалы атомдық массасын анықтау керек.

28. Қ.ж. 0,25 л газ массасы 0,1898г. Газдың салыстырмалы молекулалық массасын және осы газдың бір молекуласының орташа массасын анықтау керек. Жауабы: 17; 2,8×10-23 г.

29. 1,3г металл гидроксидінен 2,85г оның сульфаты түзілген. Металдың молярлық массасының эквивалентін есептеу керек. Жауабы: 9,0г/моль.

30. 2,7г металл оксидінен 6,3г оның нитраты түзілген. Металдың молярлық массасының эквивалентін есептеу керек. Жауабы: 32,5г/моль.

31. Эквивалентінің молярлы массасы 29,65г/моль, меншікті жылу сыйымдылығы с = 0,218Дж/моль∙К болса, металдың атомының молярлық массасын анықтау керек. Жауабы: 118,6г/моль.

32. 40г металл қышқылдан 180С және 1,013×105Па қысымда 14,6л сутегіні ығыстыратын болса және оның меншікті жылу сыйымдылығы

с = 0,39Дж/моль∙К болса, оның атомының молярлық массасы қанша болады? Жауабы: 65,4г/моль.