Состав соединений молекулярной структуры является постоянным независимо от способа получения

Закон постоянства состава.

Закон постоянства состава впервые сформулировал в 1808г. французский учёный-химик Жозеф Луи Пруст.

Закон постоянства состава формулируется так:

Вещество, независимо от способа его получения, всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Вещества с постоянным составом названы дальтонидами в честь английского химика Джона Дальтона.

Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного вещества элементы простых веществ соединяются друг с другом в строго определенных массовых долях.

Массовая доля элемента ω_Э показывает, какую часть составляет масса данного элемента от массы всего вещества, где

n – число атомов;

Ar_Э – относительная атомная масса элемента;

Mr – относительная молекулярная масса вещества.

.

Развитие химии показало, что наряду с веществами, имеющими постоянный состав, существуют вещества с переменным составом, который зависит от способа получения. Такие вещества назвали в честь французского химика Клода Бертолле – бертоллидами.

Бертоллиды не подчиняются законам стехиометрии. Примеры бертоллидов есть в классах оксидов, сульфидов, карбидов, гидридов и пр.

Исходя из вышеизложенного, уточним формулировку закона постоянства состава:

Состав соединений с молекулярной структурой является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

Источник

Урок №11. Закон постоянства состава веществ

I. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ

К основным законам химии относится закон постоянства состава:

Всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Поскольку атомы имеют постоянную массу, то и массовый состав вещества в целом постоянен.

Закон постоянства состава впервые сформулировал французский ученый-химик Ж.Пруст в 1808 г

Он писал: «От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании. Во всем мире есть лишь одна киноварь».

В этой формулировке закона, как и в приведенной выше, подчеркивается постоянство состава соединения независимо от способа получения и места нахождения.

Чтобы получить сульфид железа(II), мы смешивали железо и серу в соотношении 7:4. Посмотрите видео-эксперимент . Если смешать их в другой пропорции, например 10:4, то химическая реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступит. Почему наблюдается такая закономерность? Известно, что в сульфиде железа(II) на каждый один атом железа приходится один атом серы (демонстрация кристаллической решетки, рис.). Следовательно, для реакции нужно брать вещества в таких массовых соотношениях, чтобы сохранялось соотношение атомов железа и серы (1:1). Поскольку численные значения атомных масс Fe, S и их относительных атомных масс A r (Fe), A r (S) совпадают, можно записать:A r (Fe): A r (S) = 56:32 = 7:4.

Отношение 7:4 сохраняется постоянно, в каких бы единицах массы ни выражать массу веществ (г, кг, т, а.е.м.). Большинство химических веществ обладает постоянным составом.

Рис. Кристаллическая решетка сульфида железа(II)

Развитие химии показало, что наряду с соединениями постоянного состава существуют соединения переменного состава. По предложению Н.С. Курнакова первые названы дальтонидами (в память английского химика и физика Дальтона), вторые — бертоллидами (в память французского химика Бертолле, предвидевшего такие соединения). Состав дальтонидов выражается простыми формулами с целочисленными стехиометрическими индексами, например Н 2 О, НCl, ССl 4 , СO 2 . Состав бертоллидов изменяется и не отвечает стехиометрическим отношениям.

В связи с наличием соединений переменного состава в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение.

Cостав соединений молекулярной структуры, т.е. состоящих из молекул, — является постоянным независимо от способа получения. Состав же соединений с немолекулярной структурой (с атомной, ионной и металлической решеткой) не является постоянным и зависит от условий получения.

II. На основе закона постоянства состава можно производить различные расчёты.

Задача №1

В каких массовых отношениях соединяются химические элементы в серной кислоте, химическая формула которой H 2 SO 4 ?

Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:

Определим массовые отношения этих элементов в формуле H 2 SO 4

m(H) : m(S) : m(O) = 2Ar(H) : Ar(S) : 4Ar(O) = 2 : 32 : 64 = 1 : 16 : 32

Таким образом, чтобы получить 49 г серной кислоты (1+16+32=49), необходимо взять 1 г — Н, 16 г — S и 32 г — О.

Задача №2

Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1 : 16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.

Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:

Обозначим количество атомов водорода в формуле — х, а серы — у: Н х S у

m(H) : m(S) = хAr(H) : уAr(S)= х1 : у32 = (2*1) : (1*32) = 2 : 32 = 1 : 16

Следовательно, формула сероводорода Н 2 S

Задача №3

Выведите формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны 2:1:2?

Используя ПСХЭ найдём относительные атомные массы химических элементов:

Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16.

Обозначим количество атомов меди в формуле — х, серы — у, а кислорода — z: Cu x S y O z

m(Cu) : m(S) : m(O) = хAr(Cu) : уAr(S) : zAr(O) = x64 : y32 : z16 = (1*64) : (1*32) : (4*16) = 64:32:64 = 2:1:2

III. РЕШИТЕ ЗАДАЧИ

№1. Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, вычислите массовые отношения элементов в угольной кислоте, химическая формула которой H 2 CO 3 .

№2. Определите массу кислорода, реагирующего без остатка с 3 г водорода, если водород и кислород в данном случае соединяются соответственно в соотношении 1 : 8?

№3. Углерод и кислород в углекислом газе соединяются в массовых отношениях 3 : 8.

Выведите химическую формулу углекислого газа

№4. Определите массу водорода, реагирующего без остатка с 48 г кислорода, если водород и кислород в данном случае соединяются в соотношеннии 1:8.

Источник

Закон постоянства состава вещества

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 355.

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 355.

Закон постоянства состава вещества является одним из главных законов химии. Он вытекает из атомно-молекулярного учения. Его суть заключается в том, что вещества состоят из одних и тех же молекул, потому и состав таких веществ постоянен.

Общие сведения

Француз Ж. Пруст – ученый, открывший закон постоянства состава химического соединения. Произошло это в 1808 году.

Рис. 1. Портрет Жозефа Луи Пруста

Современная формулировка закона заключается в следующем: всякое чистое вещество независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

Чистое вещество в данном случае – вещество, в котором отсутствует даже малое количество примеси.

Данный закон правдив лишь для элементов с молекулярной структурой.

При образовании из двух элементов нескольких соединений атомы этих элементов соединяются друг с другом в молекулы различного, но определенного состава. Например, азот с кислородом образует шесть соединений.

Закон постоянства состава вещества имеет значимое практическое значение. Он позволяет выводить химические формулы.

Соединения постоянного и переменного состава

Русский ученый Н.С. Курнаков в начале XX века обнаружил соединения переменного состава при изучении сплавов металлов. В них на одну единицу массы элемента может приходиться различная масса другого элемента. При рассмотрении соединения висмута с таллием на 1 единицу массы таллия приходится от 1,24 до 1,82 единиц массы висмута.

Курнаков предложил соединения постоянного состава назвать дальтонидами, а соединения переменного состава – бертоллидами.

Дальтониды были названы в честь английского ученого Дальтона, а бертоллиды – в честь французского химика Бертолле, который предвидел такие соединения.

Во второй четверти 20 века обнаружилось, что соединения переменного состава могут встретиться не только среди соединений металлов друг с другом, но и среди других твердых тел, например оксидов, сульфидов, карбидов и т.д.

Уточненная формулировка закона постоянства вещества

Для многих бертоллидов существуют границы, в пределах которых может изменяться их состав. Например,

Таким образом, имеет смысл внести уточнения в существующую формулировку закона постоянства состава:

Состав соединений молекулярной структуры, т.е. состоящих из молекул, является постоянным независимо от способа получения. Если состав соединений имеет немолекулярную структуру ( а, например, атомную, ионную), то он не является постоянным и зависит от условий получения.

Что мы узнали?

В учебнике химии 8 класса кратко раскрывается определение закона постоянства состава вещества, дается его четкая формулировка, а также рассматриваются соединения переменного и постоянного состава. В данной теме раскрываются все эти аспекты, а также дается определение дальтонидам и бертоллидам.

Источник

Конспект по химии для 8 класса «Основные понятия химии»

Предварительный просмотр:

8 класс Первоначальные химические понятия

Химия – наука о веществах, составе и свойствах веществ, а также превращениях между ними.

Вещество — материя, из которой состоит физическое тело.

Химический элемент –определенный вид атомов, имеющих одинаковый размер, массу и свойства.

Атом- наименьшая частица вещества, являющаяся носителем его свойств.

Молекула – частица, образованная из двух или большего числа атомов и способная к самостоятельному существованию.

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента.

Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов.

Относительная атомная масса (Ar) — величина, которая показывает, во сколько раз масса атома химического элемента больше атомной единицы массы (1/12 массы атома углерода).

Относительная молекулярная масса(Mr) – величина, которая показывает, во сколько раз масса молекулы больше атомной единицы массы (1/12 массы атома углерода).

Ион — это положительно или отрицательно заряженная частица, образованная из атома химического элемента в результате отдачи или присоединения электронов. Положительно заряженный ион- катион , отрицательно заряженный ион – анион.

Химическая связь — такое взаимодействие между атомами, которое связывает их в молекулы, ионы, кристаллы.

• Ионная связь — связь, возникающая между ионами. (за счет перехода электронов от атома металла к атому неметалла):NaCl, CaBr 2 , K 2 O и др.
• Ковалентная неполярная связь — связь, возникающая между атомами одного и того же химического элемента – неметалла (О 2 , N 2 , Cl 2, Br 2 , O 3 и т.п.)
• Ковалентная полярная связь — связь, возникающая между атомами разных неметаллов (СО 2 , H 2 O, NH 3 ).
• Металлическая связь — связь, возникающая между атомами и ионами металлов за счет обобществленных электронов (Сu, Al, Na, K и др.).

Электроотрицательность — способность атома химического элемента притягивать к себе общие электронные пары от атомов других химических элементов.

Степень окисления – условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный на основе предположения, что соединения состоят только из ионов.

— простые (металлы и неметаллы)

— сложные (оксиды, основания, кислоты, соли).

• Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород со степенью окисления -2. ( Э х О у -2 )
• Основания — сложные вещества, состоящие из катионов металла и гидроксид-ионов ОН. (Me +x (OH) x )
• Кислоты — сложные вещества, состоящие из катионов водорода Н + и анионов кислотных остатков.
• Соли — сложные вещества, состоящие из катионов металла и анионов кислотных остатков.

Моль — такое количество вещества, в котором содержится 6∙10 23 частиц этого вещества (атомов, молекул или ионов)

Молярная масса(M)- масса 1 моль вещества, численно равна относительной молекулярной массе, но в отличие от нее имеет единицы измерения. [M]=[г/моль].

Молярный объем (Vm)- объем газа количеством вещества 1 моль, измеренный при нормальных условиях ( t= 0 o C или 273К, р=101,3 кПа, 1 атм или 760мм рт. ст.). Vm= 22,4 л/моль

Химическая реакция — явление, в результате которого из одних веществ образуются другие вещества, при этом изменяется состав и свойства веществ.

• Реакции разложения — реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуются нескольно простых или сложных веществ( АВ= А+В)
• Реакции соединения — реакции, в результате которых из нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное. (А+В=АВ).
• Реакции замещения – реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают один или несколько атомов в сложного вещества ( А +ВС= А С +В)
• Реакции обмена — реакции, в результате которых атомы сложных веществ обмениваются своими составными частями ( А В+ C D= A D + C B)

Физические явления — явления, при которых могут изменяться размеры, форма тел и агрегатное состояние веществ, при этом состав их остается постоянным.

Химическое уравнение – условная запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков.

Закон сохранения массы веществ (1748г М.В. Ломоносов, 1789г А.Лавуазье): масса веществ , вступивших в химическую реакцию, равна массе образовавшихся веществ.

Закон постоянства состава (1808г Ж. Пруст)- вещества молекулярного строения имеют постоянный количественный и качественный состав, не зависящий от способа их получения.

Периодический закон (1861 г Д.И.Менделеев ) –свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.

Основные законы химии

Закон сохранения массы веществ

Закон постоянства состава

Периодический закон

Закон сохранения массы

Состояние 3 — это состояние перед самой остановкой. Тело как бы только-только дотронулось до земли, при этом скорость максимальная. Тело обладает максимальной кинетической энергией. Потенциальная энергия равна нулю (тело находится на земле).

Полные механические энергии равны между собой , если пренебрегать силой сопротивления воздуха. Например, максимальная потенциальная энергия в состоянии 1 равна максимальной кинетической энергии в состоянии 3.

А куда потом исчезает кинетическая энергия? Исчезает бесследно? Опыт показывает, что механическое движение никогда не исчезает бесследно и никогда оно не возникает само собой. Во время торможения тела произошло нагревание поверхностей. В результате действия сил трения кинетическая энергия не исчезла, а превратилась во внутреннюю энергию теплового движения молекул.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Общая форма закона сохранения и превращения энергии имеет вид:

Изучая тепловые процессы, мы будем рассматривать формулу

При исследовании тепловых процессов не рассматривается изменение механической энергии, то есть

Закон эквивалентов

Эквивалент (Э) – реальная или условная частица вещества, кото­рая может присоединить, заместить в кислотно-основных реакциях один ион водорода (или другого одновалентного элемента), а в окис­лительно-восстановительных реакциях – присоединить или высвободить один электрон.

Под условной частицей вещества подразумевается реально су­ществующие частицы (молекулы, ионы, электроны и т.д.), доли этих частиц (например, 1 /₂ иона) или их группы.

Фактор эквивалентности f_э (х) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества X эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в реакции окисления-восстановления.

Фактор эквивалентности – величина безразмерная. Принимает значения 1 или меньше единицы.

Для простых веществ и элементов в соединении f_э(х) = 1/В, где В – валентность элемента.

Например, для водорода или натрия f_э= 1/1 = 1. Для магния или кислорода f_э = 1/2.

Молярная масса эквивалента вещества М_э(х) – масса одного моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности f_э(х) на молярную массу вещества Мх.

Например, молярные массы эквивалентов простых веществ:

М_э(Na) = 1· 23 = 23 г/моль;

М_э(Mg) = ½ · 24 = 12 г/моль;

Если одно из реагирующих веществ – газ, то для него вводится понятие объема эквивалента вещества – V_э(х), который рассчитывается на основании следствия из закона Авогадро:

1 моль газа массой М занимает объем 22,4 л, при нормальных условиях (н.у.):

Р o = 1 атм.; Т о = 273 К

1 эквивалент газа массой М_э занимает объем V_э при н.у.

Например, при нормальных условиях 1 моль эквивалентов водорода занимает объем, равный:

Для кислорода эта величина составляет

Закон эквивалентов: массы (или объемы) реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов (или эквивалентным объемам) этих веществ.

Если одно из этих веществ представляет собой газ, то закон эквивалентов записывается в виде

Закон кратных отношений

Относительные атомные и молекулярные массы являются мерой масс атомов и молекул, поэтому они позволяют сделать вывод о соотношении масс атомов различных элементов в молекуле сложного вещества.

Пример: Относительная атомная масса водорода и кислорода соответственно равна 1,00794 и 15,9994, откуда следует, что соотношение масс атомов водорода и кислорода составляет 1 : 16. В молекуле воды H₂O содержится два атома водорода и один атом кислорода, следовательно, массовое отношение водорода и кислорода в воде равно 2 : 16 или 1 : 8. Соотношение атомных масс элементов в соединениях устанавливает закон постоянства состава, вывел его в начале XIX в. французский химик Жозеф Луи Пруст (1754-1826) на основании анализа химических соединений.

Его современная формулировка такова:

Каким бы способом ни было получено вещество, его химический состав остается постоянным

В каждом сложном веществе (независимо от способа его получения) сохраняются неизменными соотношения чисел атомов и масс атомов входящих в его состав элементов. При этом, отношение чисел атомов различных элементов выражается небольшими целыми числами. Так, для воды H₂O они составляют 2 : 1, для диоксида углерода CO₂ — 1 : 2, для оксида азота (III) N₂O₃ — 2 : 3. Эти числа и определяют состав указанных сложных веществ.

Отсюда следует, что если два или несколько простых веществ соединяются с образованием некоторого сложного вещества, то и массовое отношение реагирующих веществ постоянно для данного продукта. Так, при взаимодействии водорода и кислорода могут быть получены вода H₂O и пероксид водорода H₂O₂; очевидно, что не только в самих продуктах массовое отношение водорода и кислорода равно соответственно 1 : 8 и 1 : 16, но и массовые отношения реагентов будут такими же.

На основании закона постоянства состава и закона кратных отношений английский исследователь Джон Дальтон (John Dalton, 1766-1844) в 1807 г. высказал атомную гипотезу (основу атомно-молекулярного учения о строении вещества):

Любое вещество составлено из мельчайших химических частиц — атомов; простое вещество состоит из атомов одного элемента, сложное вещество — из атомов различных элементов.

Из атомной гипотезы вытекает, что закон постоянства состава отражает именно атомный состав вещества: в молекулу вещества объединяется определенное число именно атомов одного или различных элементов. Закон кратных отношений, открытый Дальтоном, гласит:

Если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массы атомов одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу атомов другого элемента, соотносятся между собой как небольшие целые числа.

Пример: Сера образует два оксида — диоксид SO₂ и триоксид SO₃. Относительная атомная масса серы и кислорода равна 32 и 16 (округлено). Массовое отношение серы и кислорода в SO₂ равно 32 : (2·16) = 32 : 32, в SO₃ 32 : (3·16) = 32 : 48. Отсюда следует, что на каждые 32 массовые части серы в этих соединениях приходится 32 и 48 массовых частей кислорода соответственно, т.е. а после сокращения в соответствии с математическими законами, соотношение массовых частей кислорода 32 : 48 = 2 : 3, что и является отношением небольших кратных чисел.

Закон объемных отношений (закон Гей-Люссака)

Закон Авогадро

Из закона Авогадро вытекает важное следствие: моль любого газа при нормальных условиях (0С (273 К) и давлении 101,3 кПа) занимает объем, равный 22,4 л. В этом объеме содержится 6,02 10 23 молекул газа (число Авогадро).

Из закона Авогадро также следует, что массы равных объемов различных газов при одинаковых температуре и давлении относятся друг к другу как молярные массы этих газов:

М₁ и М₂ – молекулярные массы первого и второго газов.

Поскольку масса вещества определяется по формуле

где ρ – плотность г аза,

то плотности различных газов при одинаковых условиях пропорциональны их молярным массам. На этом следствии из закона Авогадро основан простейший метод определения молярной массы веществ, находящихся в газообразном состоянии.

Закон Авогадро позволяет рассчитать плотность газа при нормальных условиях, на основании отношения молярной массы М к объему моля:

.

Из этого уравнения можно определить молярную массу газа:

.

Объединенный газовый закон

Идеальный газ — это такой гипотетический газ, молекулы которого не взаимодействуют друг с другом и занимают нулевой объем. Соотношения между давлением, объемом и температурой газов устанавливают законы идеальных газов: объединенный газовый закон, законы для изобарическо­го, изохорического и изотермического процессов.

Реальные газы обычно хорошо подчиняются законам идеальных газов при давлениях, менее или несущественно превышающих атмосферное, и при температурах близких к температуре окружающей среды или более высоких. Поэтому законы идеальных газов находят широкое применение в природопользовании, в частности при расчетах количества, состава газов, выделяющихся при горении, и в других технологических процессах, со­провождаемых их образованием.

Объединенный газовый закон можно также записать в другой форме:

Точное значение постоянной в правой части этого уравнения зависит от количества газа. Если количество газа равно одному молю (см. гл. 4), то соответствующая постоянная обозначается буквой R и называется молярная газовая постоянная, или просто газовая постоянная. Если давление выражено в атмосферах, постоянная R имеет значение

R = 8,314 Дж*К* моль-1

Объединенный газовый закон для одного моля газа приобретает вид:

где Vm- объем одного моля газа. Для п молей газа получается уравнение:

В такой форме объединенный газовый закон называется уравнением состояния идеального газа. Уравнение состояния это уравнение, связывающее между собой параметры состояния газа-давление, объем и температуру.

Газ, который полностью подчиняется уравнению состояния идеального газа, называется идеальный газ. Такой газ не существует в действительности. Реальные газы хорошо подчиняются уравнению состояния идеального газа при низких давлениях и высоких температурах. Отклонения в поведении реальных газов от предписываемш уравнением состояния идеального газа подробно обсуждаются ниже.

Вычисление относительной молекулярной массы с помощью уравнения состояние идеального газа. Уравнение состояния идеального газа позволяет проводить прямые вычисления относительной молекулярной массы газа M1. Введем понятие относительной молекулярной массы, основываясь на уже знакомом нам (из гл. 1) определении относительной атомной массы A1. Для газа, состоящего из простых молекул, относительная молекулярная масса представляет собой сумму относительных атомных масс всех атомов, входящих в молекулу. Например, для диоксида углерода.

Относительная молекулярная масса, выраженная в граммах на моль, называется молярной массой (см. гл. 4). Следовательно, молярная масса CO2 равна 44 г/моль. Два моля CO2 имеют массу 88 г, а и молей-массу п -44 г. В общем случае можно записать:

где n-количество вещества в молях (т.е. число молей данного вещества), т-масса вещества в граммах, a M-его молярная масса.

Подстановка полученного выражения для п в уравнение состояния идеального газа (4) дает:

Это уравнение позволяет, зная массу и объем газа при определенных температуре и давлении, вычислить его молярную массу М. А поскольку

M = M (г/моль), то полученный результат непосредственно дает относительную молекулярную массу М.

Уравнение Клайперона—Менделеева (для идеального газа)

n – число молей газа;

P – давление газа, Па;

V – объем газа, м 3 ;

T – абсолютная температура газа, К;

R – универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/моль×K.

Если объём газа выражен в литрах, то уравнение Клапейрона-Менделеева записывается в виде:

Источник