Конспект урока по теме "Атомная и молекулярная масса"

ОТНОСИТЕЛНЫЕ АТОМНЫЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАССЫ.МОЛЬ. ЧИСЛО АВОГАДРО.МОЛЯРНАЯ МАССА.МОЛЯРНЫЙ ОБЪЁМ.

В этом разделе познакомимся с величинами, которыми вы часто будете пользоваться при решении задач, выполнении упражнений.
Современные методы исследования позволяют определить чрезвычайно малые массы атомов с большой точностью. Так, например, масса атома углерода равна 1,993·10^-26 кг. Это очень маленька величина.Поэтому в химии используются не абсолютные значения атомных масс, а относительные. За единицу атомной массы принята атомная единица массы, равная 1/12 части массы атома углерода.
Относительной атомной массой химического элемента называется величина, показывающая во сколько раз масса данного атома больше 1/12 массы атома углерода. Она обозначается буквой А_r. Относительные атомные массы указаны в периодической таблице. Например А_r(Н)=1, А_r(Р)=31. Атомные массы округляем до целых величин, исключая атом хлора- А_r(Cl)=35,5.
Относительной молекулярной массой вещества называется величина, покаывающая во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Она обозначается М_r. Вы знаете, что молекулы состоят из атомов, поэтому относительная молекулярная масса складывается из суммы атомных масс атомов, составляющих молекулу,с учётом числа атомов. Например М_r(H₂SO₄₎=1·2+32+16·4=98.
Введём ещё одну величину - количество вещества, которое измеряется в молях.
Моль-это количество вещества, содержащее столько структурных единиц(атомов, молекул, ионов), сколько атомов содержится в 12 г углерода. Обозначается буквой ν(ню)
Зная массу атома углерода 1,993·10^-26 кг можно вычислить число атомов в 0,012 кг углерода:

N_A=0,012/1,993·10^-26=6,02·10²³

Это число называется постоянной Авогодро и обозначается N_A, размерность 1/моль или моль ^-1,и показывает число структурных единиц в моле любого вещества. Т.е. 1 моль любого вещества содержит одинаковое число структурных единиц 6,02·10²³. Используя эту величину можноопределить количество вещества по формуле:

С числом частиц работать трудно, поэтому вводится понятие молярная масса, которая показывает чему равна масса 1 моль конкретного вещества. Молярная масса равна отношению массы вещества к количеству вещества, обозначается буквой М.

Молярная масса рассчитывается так же как и относительная молекулярная масса, но в отличии от неё имеет размерность г/моль. Например М(H₂SO₄)=1·2+32+16·4=98г/моль.Это означает, что масса 1 моль серной кислоты равна 98 г. 
Ещё интересно то, что один моль любого газообразного вещества занимает объём 22,4 литра. Эта закономерность была установлена итальянским учёным Амадео Авргадро. Для газов можно использовать величину молярный объём, который обозначается буквой V_m, V_m=22.4 моль/л.

где V-объём газа в л.

Эти формулы мы будем использовать при решении различных задач. С некоторыми из типов задач познакомимся на следующей странице.

Относительная атомная и молекулярные массы. Типовые задачи и решения.

1-53. Пользуясь периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева, укажите относительные атомные массы алюминия, хлора, натрия, кислорода, азота.

Решение.

Аг(Аl) = 27,

Аг(Сl) = 35,5,

Ar(Na) = 23,

Ar(O) = 16,

Ar(N) =14.

1-54, Вычислите относительную молекулярную массу карбоната кальция, имеющего формулу 

Решение.

Относительные молекулярные массы кальция, углерода и кислорода соответственно равны 40, 12 и 16. Учитывая, что молекула карбоната кальция состоит из одного атома кальция, одного атома углерода и трех атомов кислорода, найдем сумму их относительных атомных масс.

1-55. Вычислите относительную молекулярную массу сульфата алюминия, формула которого 

Решение.

1-56. Вычислите относительную молекулярную массу ортофосфорной кислоты, если известно, что соотношение атомов водорода, фосфора и кислорода в молекуле равно соответственно 3:1:4.

Решение.

Расчеты по химическим формулам - нахождение отношения масс элементов по химической формуле в сложном веществе. Типовые задачи и решения.

1-57, Вычислите массовое отношение химических элементов в гидроксиде кальция.

Решение,

1. Находим относительную молекулярную массу гидроксида кальция:

2. Находим отношение масс атомов кальция, кислорода, водорода:

Са : О : Н = 40 : 32 : 2 = 20 : 16 : 1.

Ответ. Отношение масс кальция, кислорода и водорода равно 20 : 16 : 1.

1-58. Вычислите массовое отношение химических элементов в карбонате кальция.

Решение.

1. Находим относительную молекулярную массу карбоната кальция:

2. Находим отношение масс атомов кальция, углерода и кислорода:

Са : С : О = 40 : 12 : 48 = 10 : 3 : 12.

Ответ. Отношение масс кальция, углерода и кислорода равно 10 : 3 : 12.

Нахождение содержания массовых долей элементов в сложном веществе. Типовые задачи и решения.

1-59. Вычислите массовые доли элементов в молекуле серной кислоты.

Решение.

1. Находим относительную молекулярную массу серной кислоты:

2. Вычислим массовую долю водорода:

3. Вычислим массовую долю серы:

4. Вычислим массовую долю кислорода:

Примечание. Содержание кислорода можно также вычислить по разности:

Ответ. Элементный состав  следующий:

массовая доля Н - 2,04%, массовая доля S - 32,65 % и массовая доля О - 65,31 %.

1-60. Вычислите массовые доли элементов в молекуле оксида железа (III).

Решение.

1. Находим относительную молекулярную массу оксида железа (III):

2. Вычислим массовую долю железа:

3) Вычислим массовую долю кислорода

Ответ. Элементный состав  следующий:

массовая доля Fe - 70%, массовая доля О - 30%.

Пример 11. Рассчитайте массовую долю марганца в оксиде марганца (VII).

Решение. Молярные массы веществ равны: М(Mn) = 55 г/моль, М(О) = 16 г/моль, M(Mn₂O₇)=2М(Mn)+7М(О)= 222 г/моль. Следовательно, масса Mn₂O₇ количеством вещества 1 моль составляет:

m(Mn₂O₇) = M(Mn₂O₇)·n(Mn₂O₇) = 222·1= 222 г.

Из формулы Mn₂O₇следует, что количество вещества атомов марганца в два раза больше количества вещества оксида марганца (VII). Значит,

n(Mn) = 2n(Mn₂O₇) = 2 моль,

m(Mn)= n(Mn)·M(Mn) = 2·55 = 110 г.

Таким образом, массовая доля марганца в оксиде марганца(VII) равна:

ω(X)=m(Mn) : m(Mn₂O₇) = 110:222 = 0,495 или 49,5%.

В этой статье рассмотрим способы и поймем, как определить валентность элементов таблицы Менделеева.

В химии принято, что валентность химических элементов можно узнать по группе (колонке) в таблице Менделеева. В действительности не всегда валентность элемента соответствует номеру группы, но в большинстве случаев определенная валентность по такому методу даст правильный результат часто элементы, в зависимости от разных факторов, имеют не одну валентность.

За единицу валентности принята валентность атома водорода, равная 1, то есть водород одновалентен. Поэтому валентность элемента указывает на то, со сколькими атомами водорода соединён один атом рассматриваемого элемента. Например, HCl, где хлор – одновалентен; H2O, где кислород – двухвалентен; NH3, где азот – трёхвалентен.

Как определить валентность по таблице Менделеева.

Таблица Менделеева содержит в себе химические элементы, которые размещены в ней по определенным принципам и законам. Каждый элемент стоит на месте, который определяется его характеристиками и свойствами и каждый элемент имеет свой номер. Горизонтальные линии называются периодами, которые возрастают от первой строки вниз. Если период состоит из двух рядов (что указано сбоку нумерацией), то такой период называется большим. Если он имеет только один ряд, то называется малым.

Кроме того, в таблице есть группы, которых всего восемь. Элементы размещаются в столбцах по вертикали. Здесь их размещение неравномерно – с одной стороны больше элементов (главная группа), с другой - меньше (побочная группа).

Валентностью называют способность атома образовывать некоторое количество химических связей с атомами других элементов. Как определить валентность по таблице Менделеева поможет понять знание видов валентности.

Виды валентности
Постоянная (у металлов главных подгрупп)	Переменная (у неметаллов  и металлов побочных подгрупп)
	Высшая (равна номеру группы)	Низшая (равна разности между числом 8 и номером группы)

Для элементов побочных подгрупп (а к ним относятся только металлы) валентность нужно запоминать, тем более что в большинстве случае она равна I, II, реже III. Также придется заучить валентности химических элементов, которые имеют более двух значений. Или постоянно держать под рукой таблицу валентности элементов.

Алгоритм определения валентности по формулам химических элементов.

1. Записать формулу химического соединения.

2. Обозначить известную валентность элементов.

3. Найти наименьшее общее кратное валентности и индекса.

4. Найти соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов второго элемента. Это и есть искомая валентность.

5. Сделать проверку путём перемножения валентности и индекса каждого элемента. Их произведения должны быть равны.

Пример: определим валентность элементов сульфида водорода.

1. Запишем формулу:

H₂S

2. Обозначим известную валентность:

I

H₂S

3. Найдём наименьшее общее кратное:

2

I

H₂S

4. Найдём соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов серы:

2

I II

H₂S

5. Сделаем проверку:

I II

H₂S

(2=2)

Таблица характерных значений валентностей некоторых атомов химических соединений.

Элементы	Валентность	Примеры соединений
H, F, Li, Na, K	I	H2, HF, Li2O, NaCl, KBr
O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn	II	H2O, MgCl2, CaH2, SrBr2, BaO, ZnCl2
B, Al	III	BCl3, AlBr3
C, Si	IV	CO2, CH4, SiO2, SiCl4
Cu	I, II	Cu2O, CuO
Fe	II, III	FeCl2, FeCl3
Cr	II, III, VI	CrCl2, CrCl3, CrO3
S	II, IV, VI	H2S, SO2, SO3
N	III, IV	NH3, NH4Cl, HNO3
P	III, V	PH3, P2O5, H3PO4
Sn, Pb	II, IV	SnCl2, SnCl4, PbO, PbO2
Cl, Br, I	I, III, V, VII	HCl, ClF3, BrF5, IF7

Валентность и химический анализ

Валентность – способность атомов химических элементов вступать в химические соединения с атомами других элементов. Другими словами, это способность атома образовывать определенное число химических связей с другими атомами.

С латыни слово «валентность» переводится как «сила, способность». Очень верное название, правда?

Понятие «валентность» - одно из основных в химии. Было введено еще до того, как ученым стало известно строение атома (в далеком 1853 году). Поэтому по мере изучения строения атома пережило некоторые изменения.

Так, с точки зрения электронной теории валентность напрямую связана с числом внешних электронов атома элемента. Это значит, что под «валентностью» подразумевают число электронных пар, которыми атом связан с другими атомами.

Зная это, ученые смогли описать природу химической связи. Она заключается в том, что пара атомов вещества делит между собой пару валентных электронов.

Вы спросите, как же химики 19 века смогли описать валентность еще тогда, когда считали, что мельче атома частиц не бывает? Нельзя сказать, что это было так уж просто – они опирались на химический анализ.

Путем химического анализа ученые прошлого определяли состав химического соединения: сколько атомов различных элементов содержится в молекуле рассматриваемого вещества. Для этого нужно было определить, какова точная масса каждого элемента в образце чистого (без примесей) вещества.

Правда, метод этот не без изъянов. Потому что определить подобным образом валентность элемента можно только в его простом соединении со всегда одновалентным водородом (гидрид) или всегда двухвалентным кислородом (оксид). К примеру, валентность азота в NH₃ – III, поскольку один атом водорода связан с тремя атомами азота. А валентность углерода в метане (СН₄), по тому же принципу, – IV.

Этот метод для определения валентности годится только для простых веществ. А вот в кислотах таким образом мы можем только определить валентность соединений вроде кислотных остатков, но не всех элементов (кроме известной нам валентности водорода) по отдельности.

Как вы уже обратили внимание, обозначается валентность римскими цифрами.

Валентность и кислоты

Поскольку валентность водорода остается неизменной и хорошо вам известна, вы легко сможете определить и валентность кислотного остатка. Так, к примеру, в H₂SO₃ валентность SO₃ – I, в HСlO₃валентность СlO₃ – I.

Аналогчиным образом, если известна валентность кислотного остатка, несложно записать правильную формулу кислоты: NO₂(I) – HNO₂, S₄O₆ (II) – H₂ S₄O₆.

Валентность и формулы

Понятие валентности имеет смысл только для веществ молекулярной природы и не слишком подходит для описания химических связей в соединениях кластерной, ионной, кристаллической природы и т.п.

Индексы в молекулярных формулах веществ отражают количество атомов элементов, которые входят в их состав. Правильно расставить индексы помогает знание валентности элементов. Таким же образом, глядя на молекулярную формулу и индексы, вы можете назвать валентности входящих в состав элементов.

Вы выполняете такие задания на уроках химии в школе. Например, имея химическую формулу вещества, в котором известна валентность одного из элементов, можно легко определить валентность другого элемента.

Для этого нужно только запомнить, что в веществе молекулярной природы число валентностей обоих элементов равны. Поэтому используйте наименьшее общее кратное (соответсвует числу свободных валентностей, необходимых для соединения), чтобы определить неизвестную вам валентность элемента.

Чтобы было понятно, возьмем формулу оксида железа Fe₂O₃. Здесь в образовании химической связи участвуют два атома железа с валентностью III и 3 атома кислорода с валентностью II. Наименьшим общим кратным для них является 6.

·         Пример: у вас есть формулы Mn₂O₇. Вам известна валентность кислорода, легко вычислить, что наименьше общее кратное – 14, откуда валентность Mn – VII.

Аналогичным образом можно поступить и наоборот: записать правильную химическую формулу вещества, зная валентности входящих в него элементов.

·         Пример: чтобы правильно записать формулу оксида фосфора, учтем валентность кислорода (II) и фосфора (V). Значит, наименьшее общее кратное для Р и О – 10. Следовательно, формула имеет следующий вид: Р₂О₅.

Хорошо зная свойства элементов, которые они проявляют в различных соединениях, можно определить их валентность даже по внешнему виду таких соединений.

Например: оксиды меди имеют красную (Cu₂O) и черную (CuО) окраску. Гидроксиды меди окрашены в желтый (CuОН) и синий (Cu(ОН)₂) цвета.

А чтобы ковалентные связи в веществах стали для вас более наглядными и понятными, напишите их структурные формулы. Черточки между элементами изображают возникающие между их атомами связи (валентности):

Характеристики валентности

Сегодня определение валентности элементов базируется на знаниях о строении внешних электронных оболочек их атомов.

Валентность может быть:

·         постоянной (металлы главных подгрупп);

·         переменной (неметаллы и металлы побочных групп):

·         высшая валентность;

·         низшая валентность.

Постоянной в различных химических соединениях остается:

·         валентность водорода, натрия, калия, фтора (I);

·         валентность кислорода, магния, кальция, цинка (II);

·         валентность алюминия (III).

А вот валентность железа и меди, брома и хлора, а также многих других элементов изменяется, когда они образуют различные химические соедения.

Валентность и электронная теория

В рамках электронной теории валентность атома определеяется на основании числа непарных электронов, которые участвуют в образовании электронных пар с электронами других атомов.

В образовании химических связей участвуют только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома. Поэтому максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома.

Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом, открытым Д. И. Менделеевым. Если вы внимательно посмотрите на таблицу Менделеева, легко сможете заметить: положение элемента в перодической системе и его валентность неравзрывно связаны. Высшая валентность элементов, которые относятся к одной и тоже группе,  соответсвует порядковому номеру группы в периодичнеской системе.

Низшую валентность вы узнаете, когда от числа групп в таблице Менделеева (их восемь) отнимете номер группы элемента, который вас интересует.

Например, валентность многих металлов совпадает с номерами групп в таблице периодических элементов, к которым они относятся.

Таблица валентности химических элементов

Порядковый номер хим. элемента (атомный номер)	Наименование	Химический символ	Валентность
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92	Водород / Hydrogen Гелий / Helium Литий / Lithium Бериллий / Beryllium Бор / Boron Углерод / Carbon Азот / Nitrogen Кислород / Oxygen Фтор / Fluorine Неон / Neon Натрий / Sodium Магний / Magnesium Алюминий / Aluminum Кремний / Silicon Фосфор / Phosphorus Сера / Sulfur Хлор / Chlorine Аргон / Argon Калий / Potassium Кальций / Calcium Скандий / Scandium Титан / Titanium Ванадий / Vanadium Хром / Chromium Марганец / Manganese Железо / Iron Кобальт / Cobalt Никель / Nickel Медь / Copper Цинк / Zinc Галлий / Gallium Германий /Germanium Мышьяк / Arsenic Селен / Selenium Бром / Bromine Криптон / Krypton Рубидий / Rubidium Стронций / Strontium Иттрий / Yttrium Цирконий / Zirconium Ниобий / Niobium Молибден / Molybdenum Технеций / Technetium Рутений / Ruthenium Родий / Rhodium Палладий / Palladium Серебро / Silver Кадмий / Cadmium Индий / Indium Олово / Tin Сурьма / Antimony Теллур / Tellurium Иод / Iodine Ксенон / Xenon Цезий / Cesium Барий / Barium Лантан / Lanthanum Церий / Cerium Празеодим / Praseodymium Неодим / Neodymium Прометий / Promethium Самарий / Samarium Европий / Europium Гадолиний / Gadolinium Тербий / Terbium Диспрозий / Dysprosium Гольмий / Holmium Эрбий / Erbium Тулий / Thulium Иттербий / Ytterbium Лютеций / Lutetium Гафний / Hafnium Тантал / Tantalum Вольфрам / Tungsten Рений / Rhenium Осмий / Osmium Иридий / Iridium Платина / Platinum Золото / Gold Ртуть / Mercury Талий / Thallium Свинец / Lead Висмут / Bismuth Полоний / Polonium Астат / Astatine Радон / Radon Франций / Francium Радий / Radium Актиний / Actinium Торий / Thorium Проактиний / Protactinium Уран / Uranium	H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Сu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U	I 0 I II III (II), IV (I), II, III, IV, V II I 0 I II III (II), IV I, III, V II, IV, VI I, (II), III, (IV), V, VII 0 I II III II, III, IV II, III, IV, V II, III, VI II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI II, III, (IV) (I), II, (III), (IV) I, II, (III) II (II), III II, IV (II), III, V (II), IV, VI I, (III), (IV), V 0 I II III (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) II, IV, (VI) I, (II), (III) (I), II (I), (II), III II, IV III, (IV), V (II), IV, VI I, (III), (IV), V, VII 0 I II III III, IV III III, IV III (II), III (II), III III III, IV III III III (II), III (II), III III IV (III), (IV), V (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI I, (II), III I, II I, (II), III II, IV (II), III, (IV), (V) II, IV, (VI) нет данных 0 нет данных II III IV V (II), III, IV, (V), VI

В скобках даны те валентности, которые обладающие ими элементы проявляют редко.

Валентность и степень окисления

Понятие валентности можно считать родственным такой характеристике, как степень окисления. Тем не менее, обе эти характеристики не тождественным друг другу.

Так, говоря о степени окисления, подразумевают, что атом в веществе ионной (что важно) природы имеет некий условный заряд. И если валентность – это нейтральная характеристика, то степень окисления может быть отрицательной, положительной или равной нулю.

Интересно, что для атома одного и того же элемента, в зависимости от элементов, с которыми он образует химическое соединение, валентность и степень окисления могут совпадать (Н₂О, СН₄ и др.) и различаться (Н₂О₂, HNO₃).

Заключение

Углубляя свои знания о строении атомов, вы глубже и подробнее узнаете и валентность. Эта характеристика химических элементов не является исчерпывающей. Но у нее большое прикладное значение. В чем вы сами не раз убедились, решая задачи и проводя химические опыты на уроках.

Эта статья создана, чтобы помочь вам систематизировать свои знания о валентности. А также напомнить, как можно ее определить и где валентность находит применение.

Надеемся, этот материал окажется для вас полезным при подготовке домашних заданий и самоподготовке к контрольным и экзаменам.

Не забудьте поделиться ссылкой с друзьями в социальных сетях, чтобы они тоже могли воспользоваться этой полезной информацией.