Закон за запазване на масата на реагиращите вещества. Законът за запазване на масата на веществата

През 1748 г. М. В. Ломоносов (Русия) и през 1789 г. А. Лавоазие (Франция) независимо откриват закона за запазване на масата на веществата при химични реакции. Този закон е формулиран, както следва:

Масата на всички вещества, които влизат в химична реакция, е равна на масата на всички продукти на реакцията.

CH 4 + O 2 \u003d CO 2 + H 2 O

Според закона за запазване на масата:

м(CH4)+ м(O 2) = м(CO 2) + м(H 2 O),

където м(СН 4) и м(O 2) - масите на метан и кислород, които са реагирали; м(CO 2) и м(H 2 O) - маси въглероден двуокиси вода, образувана в резултат на реакцията.

Запазването на масата на веществата при химичните реакции се обяснява с факта, че броят на атомите на всеки елемент не се променя преди и след реакцията. По време на химическа реакция се случва само пренареждане на атомите. В реакция, например, в изходните материали - CH 4 и O 2 - въглеродният атом се свързва с водородни атоми и кислородни атоми един с друг; в молекулите на реакционните продукти - CO 2 и H 2 O - както въглеродният атом, така и водородните атоми се комбинират с кислородни атоми. Лесно е да се изчисли, че за да се запази броят на атомите на всеки елемент, 1 молекула CH 4 и 2 молекули O 2 трябва да влязат в тази реакция и в резултат на реакцията 1 молекула CO 2 и 2 трябва да се образуват молекули на H 2 O:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

Този израз е уравнението химическа реакция или химично уравнение.

Числата пред формулите на веществата в уравнението на реакцията се наричат коефициенти. В уравнението коефициентите пред формулите O 2 и H 2 O са равни на 2; коефициентите пред формулите CH 4 и CO 2 са равни на 1 (обикновено не се записват).

химично уравнение- това е израз на химическа реакция, в който са написани формулите на изходните вещества (реагенти) и продуктите на реакцията, както и коефициенти, показващи броя на молекулите на всяко вещество.

Ако схемата на реакцията е известна, тогава за да съставите химическо уравнение, трябва да намерите коефициентите.

Нека съставим например уравнението на реакцията, което се изразява със следната схема:

Al + HCl \u003d AlCl 3 + H 2

В лявата част на диаграмата атомите и са част от молекулата на HCl в съотношение 1:1; дясната страна на схемата съдържа 3 атома хлор в състава на молекулата AlC1 3 и 2 атома водород в състава на молекулата Н 2. Най-малкото общо кратно на 3 и 2 е 6.

Записваме коефициента "6" пред формулата HCl, коефициента "2" - пред формулата AlC1 3 и коефициента "3" - пред формулата H;

Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2

Тъй като сега има 2 атома от дясната страна, записваме коефициента "2" пред формулата Al от лявата страна на диаграмата:

2Al + 6HC1 = 2AlC1 3 + 3H 2

В резултат на това получихме уравнението за тази реакция. Коефициентите в химическото уравнение показват не само броя на молекулите, но и броя на моловете на изходните материали и продуктите на реакцията. Например, това уравнение показва, че 2 мола алуминий Al и 6 мола влизат в реакцията и в резултат на реакцията се образуват 2 мола алуминиев хлорид AlC1 3 и 3 мола водород H 2).

Цели на урока:

1. Емпирично докажете и формулирайте закона за запазване на масата на веществата.
2. Дайте концепцията за химическо уравнение като условен запис на химическа реакция, използвайки химични формули.

Тип урок: комбинирани

Оборудване: везни, чаши, хаванче и пестик, порцеланова чаша, спиртна лампа, кибрит, магнит.

Реактиви: парафин, CuSO разтвори 4 , NaOH, HCl, фенолфталеин, желязо и сяра на прах.

По време на часовете.

аз организационен етап.

II. Поставяне на цели.Съобщение за темата и целта на урока.

III. Проверка на домашните.

Въпроси за преглед:

1. По какво физическите явления се различават от химичните?

2. Какви са приложенията физични явленияти знаеш?

3. Какви са признаците, че е протекла химическа реакция?

4. Какво представляват екзотермичните и ендотермичните реакции? Какви условия са необходими за тяхното възникване?

5. Учениците докладват резултатите от своя домашен експеримент (№ 1,2 след §26)

Упражнение. Намерете съвпадение

1 вариант - химични явления, вариант 2 - физически:

1. топящ се парафин
2. Гниещи растителни остатъци
3. Коване на метал
4. Изгаряне на алкохол
5. Подкисляващ плодов сок
6. Разтваряне на захар във вода
7. почерняване Меден проводникпри калциниране
8. замръзваща вода
9. Кисело мляко
10. образуване на слана

IV. Въведение в знанията.

1. Законът за запазване на масата на веществата.

Проблемен въпрос:дали масата на реагентите ще се промени спрямо масата на реакционните продукти.

Демонстрационни експерименти:

Учителят поставя две чаши на везните:

а) един с прясно утаен Cu(OH) 2 , друг с разтвор на HCl; претегля ги, излива разтворите в една чаша, поставя другата една до друга и момчетата отбелязват, че балансът на теглата не е нарушен, въпреки че реакцията е преминала, както се вижда от разтварянето на утайката;

б) по същия начин се провежда и реакцията на неутрализация - излишък от киселина от друго стъкло се добавя към алкала, оцветен с фенолфталеин.

Видео експеримент:отоплителна мед.

Описание на експеримента:Поставете 2 грама натрошена мед в конична колба. Колбата се затваря плътно със запушалка и се претегля. Запомнете масата на колбата. Внимателно загрейте колбата за 5 минути и наблюдавайте настъпилите промени. Спрете нагряването и когато колбата се охлади, я претеглете. Сравнете масата на колбата преди нагряване с масата на колбата след нагряване.

Заключение: Масата на колбата след нагряване не се променя.

Формулировка закон за запазване на масата:масата на веществата, които са влезли в реакцията, е равна на масата на образуваните вещества(учениците записват формулировката в тетрадка).

Законът за запазване на масата е теоретично открит през 1748 г. и експериментално потвърден през 1756 г. от руския учен М.В. Ломоносов.

Френският учен Антоан Лавоазие през 1789 г. окончателно убеждава научния свят в универсалността на този закон. И Ломоносов, и Лавоазие са използвали много точни везни в своите експерименти. Те нагряват метали (олово, калай и живак) в запечатани съдове и претеглят изходните материали и реакционните продукти.

2. Химични уравнения.

Демо експеримент:Нагряване на смес от желязо и сяра.

Описание на експеримента:В хаван пригответе смес от 3,5 грама Fe и 2 грама S. Прехвърлете тази смес в порцеланова чаша и я загрейте силно на пламъка на горелката, като наблюдавате промените, които настъпват. Донесете магнита до полученото вещество.

Полученото вещество - железен (II) сулфид - е различно от първоначалната смес. Визуално в него не се открива нито желязо, нито сяра. Невъзможно е да ги разделите с магнит. Извършена е химическа трансформация.

Веществата, които участват в химични реакции, се наричатреактиви.

Новите вещества, образувани в резултат на химична реакция, се наричатпродукти.

Нека запишем реакцията под формата на диаграма:

желязо + сяра → железен(II) сулфид

химично уравнение- Това е условен запис на химична реакция чрез химични формули.

Записваме протичащата реакция под формата на химично уравнение:

Fe + S → FeS

Правила за съставяне на химични уравнения

(екранна презентация).

1. От лявата страна на уравнението запишете формулите на веществата, които влизат в реакцията (реагенти). След това поставете стрелка.

а) N 2 + H 2 →

B) Al(OH) 3 →

C) Mg + HCl →

D) CaO + HNO 3 →

2. От дясната страна (след стрелката) запишете формулите на веществата, образувани в резултат на реакцията (продукти). Всички формули са съставени в съответствие със степента на окисление.

а) N 2 + H 2 → NH 3

B) Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + H 2 O

C) Mg + HCl → MgCl 2 + H 2

D) CaO + HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + H 2 O

3. Уравнението на реакцията се съставя въз основа на закона за запазване на масата на веществата, тоест лявото и дясното трябва да имат еднакъв брой атоми. Това се постига чрез поставяне на коефициентите пред формулите на веществата.

Алгоритъм за поставяне на коефициенти в уравнението на химична реакция.

2. Определете кой елемент има променящ се брой атоми, намерете N.O.K.

3. Сплит N.O.K. върху индекси – вземете коефициенти. Поставете коефициентите пред формулите.

5. По-добре е да започнете с O атоми или всеки друг неметал (освен ако O не е в състава на няколко вещества).

A) N 2 + 3H 2 → 2NH 3 b) 2Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O

C) Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2 d) CaO + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + H 2 O

v. Домашна работа.§ 27 (до видове реакции); No1 след §27

VI. Обобщение на урока. Учениците формулират изводи за урока.

В урок 11 "" от курса " Химия за манекени» ще разберем от кого и кога е открит законът за запазване на масата на веществата; ще се запознаем с химичните уравнения и ще се научим да поставяме правилно коефициентите в тях.

Досега при разглеждане химична реакцияобърнахме им внимание качествокак и при какви условия изходните материали се превръщат в реакционни продукти. Но в химичните явления има и друга страна - количествен.

Променя ли се масата на веществата, които влизат в химична реакция? В търсене на отговор на този въпрос английският учен Р. Бойл още през 17 век. проведе много експерименти за калциниране на олово в запечатани съдове. След края на опитите той отваря съдовете и претегля продуктите от реакцията. В резултат на това Бойл стигна до извода, че масата на веществото след реакцията е по-голяма от масата на оригиналния метал. Той обясни това, като прикрепи някаква "огнена материя" към метала.

Експериментите на Р. Бойл за калциниране на метали бяха повторени от руския учен М. В. Ломоносов през 1748 г. Той извърши калцинирането на желязо в специална колба (реторта) (фиг. 56), която беше херметически затворена. За разлика от Бойл, след реакцията той остави ретортата запечатана. Претеглянето на ретортата след реакцията показа, че нейната маса не се е променила. Това показва, че въпреки че е протекла химическа реакция между метала и веществото, съдържащо се във въздуха, сумата от масите на изходните вещества е равна на масата на реакционния продукт.

М. В. Ломоносов заключава: „ Всички промени, които се случват в природата, са същността на такова състояние, че колко от това, което се отнема от едно тяло, толкова много ще се добави към друго, така че ако няколко неща намалеят някъде, то ще се умножи на друго място.».

През 1789 г. френският химик А. Лавоазие доказва, че калцинирането на металите е процес на тяхното взаимодействие с един от съставни частивъздух - кислород. Въз основа на произведенията на М. В. Ломоносов и А. Лавоазие закон за запазване на масата на веществата при химични реакции.

Масата на веществата, влезли в химическа реакция, е равна на масата на веществата, образувани в резултат на реакцията.

При химичните реакции атомите не изчезват безследно и не възникват от нищото. Броят им остава непроменен. И тъй като имат постоянна маса , то масата на образуваните от тях вещества също остава постоянна.

Законът за запазване на масата на веществата може да бъде проверен експериментално. За да направите това, използвайте устройството, показано на фигура 57, a, b. Основната му част е двукрака епруветка. В едно коляно наливаме варова вода, във второто - разтвор на меден сулфат. Балансираме устройството на везните и след това смесваме двата разтвора в едно коляно. В същото време ще видим, че се утаява синя утайка от ново вещество. Образуването на утайка потвърждава, че е протекла химическа реакция. Масата на устройството остава същата. Това означава, че в резултат на химическа реакция масата на веществата не се променя.

Законът е важен за правилното разбиране на всичко, което се случва в природата: нищо не може да изчезне безследно и да възникне от нищото.

Химичните реакции могат да бъдат представени с помощта на езика на химичните формули. Химичните елементи представляват химически символи, съставът на веществата се записва с химични формули, химичните реакции се изразяват с помощта химични уравнения, т.е. както думите са съставени от букви, така и изреченията са съставени от думи.

Уравнение на химическата реакция (химическо уравнение)- това е условен запис на реакцията с помощта на химични формулии знаци "+" и "=".

При съставянето трябва да се спазва и законът за запазване на масата на веществата при химични реакции уравнения на химичните реакции. Както в математически уравнения, в уравненията на химичните реакции има лява страна (където са написани формулите на изходните вещества) и дясна страна (където са написани формулите на реакционните продукти). Например (фиг. 58):

Когато пишете уравненията на химичните реакции, знакът "+" (плюс) свързва формулите на веществата вляво и десни частиуравнения. Тъй като масата на веществата преди реакцията е равна на масата на образуваните вещества, се използва знакът "=" (равно), който свързва лявата и дясната страна на уравнението. За изравняване на броя на атомите в лявата и дясната част на уравнението се използват числата пред формулите на веществата. Тези числа се наричат коефициенти на химичните уравненияи показват броя на молекулите или формулните единици. Тъй като 1 мол от всяко вещество се състои от същото число структурни звена(6,02 * 10 23), тогава коефициентите също така показват химичните количества на всяко от веществата:

При писане на химични уравнения се използват и специални знаци, например знакът "↓", което показва, че веществото образува утайка.

За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт в Google (акаунт) и влезте: https://accounts.google.com

Надписи на слайдове:

Преглед:

Тема на урока: " Химични уравнения. Законът за запазване на масата на веществата "

Тип урок: Откриване на нови знания

Основните цели на урока:

1) Запознайте учениците с признаците и условията на химичните реакции

2) Емпирично докажете и формулирайте закона за запазване на масата на материята

3) Дайте концепцията за химично уравнение като условен запис на химична реакция, използвайки химични формули

4) Започнете да изграждате умения за писане на химични уравнения

Демонстрационни материали и оборудване:везни, чаши, реактиви (CuSO 4, NaOH, HCl, CaCO3 , фенолфталеин, Ba Cl 2, H2SO4 ), компютър, проектор, екран, презентация)

По време на часовете

1. Самоопределяне на учебни дейности:

Цел:

Създайте мотивация за учебни дейности чрез актуализиране на вътрешни мотиви (мога и искам)

Определете съдържанието на урока с учениците

Организация учебен процесна етап 1

1. Както вече знаем, химията е наука за веществата. Какво вече знаем за веществата? Достатъчни ли са тези знания, за да отговорим на всички въпроси, които ни интересуват? Можем ли да отговорим на въпроса как стават трансформациите на веществата? Какви са законите на химичните реакции? Какво мислите за днешния урок?
2. вярно! Днес ще отидем с вас на прекрасен свят химически трансформации! И знанията, придобити по-рано в уроците по химия, ще ни помогнат в това.

2. Актуализиране на знанията и коригиране на индивидуална трудност в пробно действие:

Цел:

Прегледайте материала, разгледан в предишния урок

Организирайте независимо изпълнениепробно действие и отстраняване на възникналите затруднения

Организация на учебния процес на 2 етап

1. По-рано научихме, че всички явления в природата могат да бъдат разделени на две групи. Какви са тези групи? Нека си припомним с вас как някои явления се различават от други и да дадем примери (слайд)

Един ученик на дъската изпълнява задачата. Играта "Tic-tac-toe". Трябва да посочите печелившата пътека, която се състои само от химични явления (слайд).

Каква е другата дума за химични явления? (Химична реакция)

Всички ли знаем за химичните реакции? (Не)

1. Днес в урока ще продължим да изучаваме химичните реакции. Предлагам да започнем нашето пътуване в света на химическите трансформации.
2. Както абсолютно правилно отбелязахте, отличителен белегпротичането на химическа реакция е образуването на ново вещество -реакционен продукт- притежаващи други имоти, които не са притежавалиизходни материали.
3. Какво винаги е придружено от образуването на ново вещество? (признаци на химическа реакция)
4. Сега отново ще се нуждаем от знанията, придобити по-рано. Нека си припомним какви признаци на химични реакции вече знаем и се опитаме да ги демонстрираме.

Заедно с учениците учителят показва опити в епруветки. Учениците назовават наблюдаваните признаци, които се появяват едновременно на слайда.

Валежи (CuSO 4 и NaOH)

Разтваряне на утайката (Cu(OH) 2 и HCl)

Промяна на цвета (NaOH и фенолфталеин)

Отделяне на газ (CaCO 3 и H 2 SO 4 )

Излъчване на топлина, светлина (реакция на горене)

1. Какво заключение можем да направим от това, което виждаме? (Ходът на химичната реакция може да се съди по появата на външни признаци).
2. Предлагам ви да отразите върху лист хартия една от следните химични реакции. Опишете какво се случва в епруветката, като използвате химични формули и математически символи.
3. Нека да разгледаме вашите записи, да разгледаме получените опции. Защо има различни опции?

3. Идентифициране на мястото и причината за затруднението и поставяне на целта на дейността

Цел:

1. съпоставете пробното действие със съществуващите знания, умения и способности на учениците
2. съгласуват темата и индивидуалните цели на урока

Организация на учебния процес на 3 етап

1. 1) Нека да видим защо не всички успяха да запишат химична реакция? С какво тази задача се различава от предишните?
2. 2) И така, какви са целите на урока днес?
3. Знаете ли името на запис, който отразява същността на химическа реакция?
4. Как да формулираме темата на днешния урок?

4. Изграждане на проект за излизане от затруднение

Цел:

1. създават условия учениците да направят съзнателен избор на нов начин за получаване на знания чрез експеримент

Организация на учебния процес на 4 етап

1. Така че можем да опишем химическа реакция с химични формули и знаци, ако знаем механизма за превръщане на едно вещество в друго. За да разрешите този проблем, предлагам да научно откритие! И за това ще отидем в далечния 18 век, в лабораторията на великия руски учен М.В. Ломоносов (слайд), който, подобно на вас и мен, беше озадачен от същия въпрос: „Как едни вещества се превръщат в други и какво се случва с масата на веществата? Ще бъде ли масата на изходните материали равна на масата на продуктите от реакцията?
2. Кажете ми, как получихме нови знания по-рано? (Използвахме учебник, таблици, презентации и др.)
3. Възможно ли е да се проведе експеримент, за да се получат нови знания? (да)

5. Изпълнение на изградения проект

Цел:

Проведете експеримент, за да откриете нови знания

Обобщете наблюденията и направете предварителни заключения

Организация на учебния процес на 5 етап

1. Предлагам да проведем експеримент: (учителят кани ученика на лабораторната маса)
2. Поставяме две чаши на платформата за претегляне – едната с разтвор на BaCl 2 , друг с разтвор H 2 SO 4 . Маркирайте позицията на стрелката на скалата с маркер. Сливаме разтворите в една чаша и поставяме празната до нея.
3. Реакцията протича ли, когато двата разтвора се комбинират? (да)
4. Какво свидетелства за това? (Образуване на бяла утайка)
5. Показанията на стрелката на инструмента промениха ли се едновременно? (Не)
6. Какъв извод можем да направим? Различава ли се масата на получените продукти от реакцията от масата на изходните материали? (Не)
7. До този извод стига и Ломоносов, който от 1748 до 1756 г. свърши страхотна работа и експериментално доказва, че масата на веществата преди и след реакцията остава непроменена. Неговите експерименти се основават на реакцията на взаимодействието на металите с кислорода от въздуха по време на калциниране. Сега ще изгледаме видео, което илюстрира такъв експеримент. (слайд видео)

Момчета, какъв извод можем да направим сега? (Масата на веществата преди реакцията е равна на масата на веществата след реакцията)

Това твърдение е законът за запазване на масата на веществата. (Формулация на слайда). Сега можем да изясним как изцяло ще звучи темата на днешния ни урок? (Химични уравнения. Законът за запазване на масата на веществата)

Нека да се обърнем към учебника (стр. 139) и да прочетем формулировката на закона за запазване на масата на веществата.

Какво се случва с веществата по време на химична реакция? Образуват ли се нови атоми химически елементи? (Не, те не се образуват. Става само тяхното пренареждане!)

И ако броят на атомите преди и след реакцията остане непроменен, тогава техните общо теглосъщо е непроменена. Ще проверим валидността на това заключение, като гледаме видеото (слайд анимация)

Сега, знаейки закона за запазване на масата на веществата, можем да отразим същността на химичните реакции, използвайки химичните формули на съединенията.

Момчета, как е обичайно да се нарича условен запис на химическа реакция, използвайки химични формули и математически знаци? (Химично уравнение) (слайд)

Нека се опитаме да опишем експеримента с калциниране на мед, който беше гледан във видеото. (ученикът на дъската пише уравнението на реакцията).

От лявата страна на уравнението записваме изходните вещества (формули на веществата, които са реагирали). Какви вещества си взаимодействат? (Мед и кислород). Както си спомняме, съюзът "И" в математиката се заменя със знак "плюс" (свързваме изходните вещества със знак "плюс") От дясната страна записваме продуктите на реакцията. (Меден II оксид). Поставяме стрелка между частите:

Cu + O 2 \u003d CuO

Ето колко просто и красиво. но ... неуважение към закона за запазване на масата на веществата. Наблюдава ли се при този случай? (Не!) Равни ли са масите на веществата преди и след реакцията? (Не).

Колко кислородни атома има от лявата страна? (2) , но отдясно? (един). Следователно, преди формулата на медния оксид, трябва да поставим 2! - изравняване на кислорода.

Но .. Сега равенството за медта е нарушено. Очевидно трябва също да поставите 2 пред формулата за мед.

Изравнихме ли броя на атомите на всеки елемент от лявата и дясната страна? (Да!)

Получихте ли равенство? (да)

Как се нарича такъв запис? (по химично уравнение)

6. Първична консолидация с произношение по време на външна реч:

Цел:

Създайте условия за фиксиране на изучавания материал във външна реч

- Нека се упражним да пишем уравненията на химична реакция и да се опитаме да съставим алгоритъм на действията. (ученик на дъската съставя уравнение за химична реакция)

1. Нека напишем реакцията за образуване на амоняк от молекула водород и азот.

1. От лявата страна на уравнението записваме формулите на веществата, които са реагирали (реактиви). След това поставяме стрелка:

H 2 + N 2 →

1. От дясната страна (след стрелката) записваме формулите на веществата, образувани в резултат на реакцията (продукти).

H 2 + N 2 → NH 3

1. Уравнението на реакцията се основава на закона за запазване на масата.
2. Определете кой елемент има променящ се брой атоми? намерете най-малкото общо кратно (LCM), разделете LCM на индекси - получаваме коефициентите.
3. Поставяме коефициентите пред формулите на съединенията.
4. Преизчисляваме броя на атомите, ако е необходимо, повтаряме стъпките.

3H 2 + N 2 → 2NH 3

6. Самостоятелна работасъс самотест по стандарта:

Цел:

Насърчавайте учениците да изпълняват задачи сами нов начиндейности за самоконтрол.

Организирайте самооценка на децата за правилността на заданието (ако е необходимо, коригиране на възможни грешки)

Организация на учебния процес на 6 етап

1. Готови ли сте да опитате силите си? След това направете свое собствено уравнение за химическата реакция на образуване на вода, като поставите липсващите коефициенти в уравнението

(слайд анимация) - пример за образуване на вода.

(на екрана се показват първоначалните вещества - молекула водород и молекула кислород, след това се появява продуктът на реакцията - молекула вода)

Проверете (липсващите коефициенти се показват на екрана в уравнението на реакцията)

Кой има проблеми? Какво остава неясното?

7. Отражение на учебната дейност в урока

Цел:

Фиксирайте в речта нови термини (химическа реакция, химично уравнение) и формулирането на закона за запазване на масата

Коригирайте неразрешените трудности в урока като посока за бъдещи учебни дейности

Оценете собствената си дейност в урока

Координирайте домашното

Организация на учебния процес на 7 етап

За какво беше днешният урок? Каква беше темата на урока? Какви цели сме си поставили и постигнали ли сме ги?

Къде можем да приложим наученото днес?

Какви трудности възникнаха? Успяхте ли да ги преодолеете?Какво остана неясно?

Чия работа в урока бихте подчертали? Как оценявате работата си?

Домашна работа:

стр. 27, пр. 1, 2. Упражнения върху карти (на следващия урок учениците правят самопроверка по стандартния слайд на екрана).

Законът за запазване на масата.

Масата на веществата, влизащи в химическа реакция, е равна на масата на веществата, образувани в резултат на реакцията.

Законът за запазване на масата е частен случай на общия закон на природата - законът за запазване на материята и енергията. Въз основа на този закон химичните реакции могат да бъдат показани с химични уравнения, като се използват химичните формули на веществата и стехиометричните коефициенти, които отразяват относителните количества (брой молове) на веществата, участващи в реакцията.

Например реакцията на изгаряне на метан се записва по следния начин:

Законът за запазване на масата на веществата

(М. В. Ломоносов, 1748; А. Лавоазие, 1789)

Масата на всички вещества, участващи в химична реакция, е равна на масата на всички продукти на реакцията.

Атомно-молекулярната теория обяснява този закон по следния начин: в резултат на химични реакции атомите не изчезват и не възникват, а се пренареждат (т.е. химическата трансформация е процесът на разкъсване на някои връзки между атомите и образуването на други, в резултат на което се получават молекулите на изходните вещества, молекулите на реакционните продукти). Тъй като броят на атомите преди и след реакцията остава непроменен, тяхната обща маса също не трябва да се променя. Масата се разбира като количество, характеризиращо количеството материя.

В началото на 20 век формулировката на закона за запазване на масата е преразгледана във връзка с появата на теорията на относителността (А. Айнщайн, 1905 г.), според която масата на тялото зависи от неговата скорост и следователно характеризира не само количеството материя, но и нейното движение. Получената от тялото енергия E е свързана с нарастването на масата му m чрез съотношението E = m c 2 , където c е скоростта на светлината. Това съотношение не се използва при химични реакции, т.к 1 kJ енергия съответства на промяна на масата от ~10 -11 g и m трудно може да се измери. AT ядрени реакции, където E е ~10 6 пъти по-голямо, отколкото при химични реакции, трябва да се вземе предвид m.

Въз основа на закона за запазване на масата е възможно да се съставят уравнения за химични реакции и да се използват за извършване на изчисления. Той е в основата на количествения химичен анализ.

Закон за постоянството на състава

Закон за постоянство на състава ( J.L. Пруст, 1801 -1808 г.) - всяко специфично химически чисто съединение, независимо от метода на получаването му, се състои от същото химически елементи, и съотношенията на техните маси са постоянни, и относителни числатях атомиизразени като цели числа. Това е един от основните закони химия.

Законът за постоянството на състава не важи за бертолиди(съединения с променлив състав). Въпреки това, конвенционално, за простота, съставът на много бертолиди се записва като постоянен. Например композицията железен (II) оксидсе записва като FeO (вместо по-точната формула Fe 1-x O).

Закон за множеството съотношения

Законът за множеството съотношения е един от стехиометричензакони химия: ако две вещества (простоили труден) образуват повече от едно съединение едно с друго, тогава масите на едно вещество спрямо същата маса на друго вещество са свързани като цели числа, обикновено малки.

Примери

1) Изразява се съставът на азотните оксиди (в масови проценти). следващите числа:

Разделяйки числата на долния ред на 0,57, виждаме, че те са свързани като 1:2:3:4:5.

2) Калциев хлоридформи с вода 4 кристален хидрат, чийто състав се изразява с формулите: CaCl 2 H 2 O, CaCl 2 2H 2 O, CaCl 2 4H 2 O, CaCl 2 6H 2 O, т.е. във всички тези съединения масата на водата на CaCl молекула 2 е свързани като 1:2:4:6.

Закон за обемните отношения

(Гей-Люсак, 1808)

"Обемите на газовете, влизащи в химични реакции, и обемите на газовете, образувани в резултат на реакцията, са свързани помежду си като малки цели числа."

Последица. Стехиометричните коефициенти в уравненията на химичните реакции за молекули на газообразни вещества показват в какви обемни съотношения реагират или се получават газообразните вещества.

2CO + O 2  2CO 2

Когато два обема въглероден оксид (II) се окисляват с един обем кислород, се образуват 2 обема въглероден диоксид, т.е. обемът на първоначалната реакционна смес се намалява с 1 обем.

б) При синтеза на амоняк от елементите:

n 2 + 3h 2  2nh 3

Един обем азот реагира с три обема водород; в този случай се образуват 2 обема амоняк - обемът на първоначалната газообразна реакционна маса ще намалее 2 пъти.

Уравнение на Клайперон-Менделеев

Ако напишем закона за комбинирания газ за всяка маса от всеки газ, тогава получаваме уравнението на Клайперон-Менделеев:

където m е масата на газа; М е молекулното тегло; p - налягане; V - обем; T - абсолютна температура (°K); R е универсалната газова константа (8,314 J / (mol K) или 0,082 l atm / (mol K)).

За дадена маса на определен газ съотношението m/M е постоянно, така че законът за комбинирания газ се извлича от уравнението на Клайперон-Менделеев.

Какъв обем ще поеме при температура 17 ° C и налягане 250 kPa въглероден оксид (II) с тегло 84 g?

Броят молове CO е:

 (CO) \u003d m (CO) / M (CO) \u003d 84 / 28 \u003d 3 mol

Обем на CO при n.c. е

3 22,4 л = 67,2 л

От комбинирания газов закон на Бойл-Мариот и Гей-Лусак:

(P V) / T = (P 0 V 0) / T 2

V (CO) \u003d (P 0 T V 0) / (P T 0) \u003d (101,3 (273 + 17) 67,2) / (250 273) \u003d 28,93 l

Относителната плътност на газовете показва колко пъти 1 мол от един газ е по-тежък (или по-лек) от 1 мол от друг газ.

D A(B) = (B)  (A) = M (B) / M (A)

Средното молекулно тегло на смес от газове е равно на общата маса на сместа, разделена на общия брой молове:

M cf \u003d (m 1 + .... + m n) / ( 1 + .... +  n) \u003d (M 1 V 1 + .... M n V n) / ( 1 + .. .. +  n)

ЗАКОН ЗА ОПАЗВАНЕ НА ЕНЕРГИЯТА : в изолация. енергията на системата остава постоянна, възможни са само преходи от един вид енергия в друг. В термодинамиката на енергоспестяването законът съответства на първия закон на термодинамиката, който се изразява чрез уравнението Q \u003d DU + W, където Q е броят на топлината, предадена на системата, DU е промяната в ext. енергия на системата, W е работата, извършена от системата. Специален случай на закона за запазване на енергията е законът на Хесиан.

Концепцията за енергията е преразгледана във връзка с появата на теорията на относителността (А. Айнщайн, 1905 г.): общата енергия E е пропорционална на масата m и е свързана с нея чрез връзката E = mc2, където c е скоростта на светлината. Следователно масата може да се изрази в единици енергия и да се формулира по-общ закон за запазване на масата и енергията: в изо-лира. В една система сумата от маси и енергия е постоянна и са възможни само трансформации в строго еквивалентни съотношения на едни форми на енергия в други и еквивалентно свързани промени в масата и енергията.

Закон за еквивалентите

веществата взаимодействат едно с друго в количества, пропорционални на техните еквиваленти. При решаването на някои задачи е по-удобно да се използва различна формулировка на този закон: масите (обемите) на веществата, реагиращи помежду си, са пропорционални на техните еквивалентни маси (обеми).

еквиваленти: химичните елементи се свързват помежду си в строго определени количества, съответстващи на техните еквиваленти. Математическият израз на закона за еквивалентите има следващ изглед: където m1 и m2 са масите на реагиращите или образуваните вещества, m equiv (1) и m equiv (2) са еквивалентните маси на тези вещества.

Например: определено количество метал, чиято еквивалентна маса е 28 g / mol, измества 0,7 литра водород от киселината, измерено при нормални условия. Определете масата на метала. Решение: знаейки, че еквивалентният обем на водорода е 11,2 l / mol, това е пропорция: 28 g метал са еквивалентни на 11,2 литра водород x g метал са еквивалентни на 0,7 литра водород. Тогава x \u003d 0,7 * 28 / 11,2 \u003d 1,75 g.

За да се определи еквивалентната или еквивалентната маса, не е необходимо да се изхожда от комбинацията му с водород. Те могат да се определят от състава на съединението на даден елемент с всеки друг, чийто еквивалент е известен.

Например: когато 5,6 g желязо се комбинират със сяра, се образуват 8,8 g железен сулфид. Необходимо е да се намери еквивалентната маса на желязото и неговия еквивалент, ако е известно, че еквивалентната маса на сярата е 16 g/mol. Решение: от условията на задачата следва, че в железен сулфид 5,6 g желязо представлява 8,8-5,6 = 3,2 g сяра. Съгласно закона за еквивалентите, масите на взаимодействащите вещества са пропорционални на техните еквивалентни маси, т.е. 5,6 g желязо е еквивалентно на 3,2 g сяра meq (Fe) е еквивалентно на 16 g/mol сяра. От тук следва, че m3KB(Fe) = 5,6*16/3,2=28 g/mol. Железният еквивалент е: 3=meq(Fe)/M(Fe)=28 g/mol:56 g/mol=1/2. Следователно еквивалентът на желязото е 1/2 мол, тоест 1 мол желязо съдържа 2 еквивалента.

Закон на Авогадро

Последици от закона

Първото следствие от закона на Авогадро: един мол от всеки газ при същите условия заема същия обем.

По-специално, при нормални условия, т.е. при 0 ° C (273 K) и 101,3 kPa, обемът на 1 мол газ е 22,4 литра. Този обем се нарича моларен обем на газа V m . Можете да преизчислите тази стойност към други температури и налягания, като използвате уравнението на Менделеев-Клапейрон:

.

Второто следствие от закона на Авогадро: моларната маса на първия газ е равна на произведението на моларната маса на втория газ и относителната плътност на първия газ според втория.

Тази позиция беше от голямо значение за развитието на химията, тъй като позволява да се определи частичното тегло на телата, способни да преминат в газообразно или парообразно състояние. Ако през мобозначаваме частичното тегло на тялото и чрез де неговото специфично тегло в парообразно състояние, тогава отношението м / дтрябва да бъде постоянна за всички тела. Опитът показва, че за всички изследвани тела, преминаващи в пара без разлагане, тази константа е равна на 28,9, ако при определяне на парциалното тегло изхождаме от специфичното тегло на въздуха, взето като единица, но тази константа ще бъде равна 2, ако вземем специфичното тегло на водорода като единица. Означавайки тази константа или, което е същото, частичния обем, общ за всички пари и газове чрез ОТ, имаме от формулата от друга страна m = dC. Тъй като специфичното тегло на парата се определя лесно, тогава, замествайки стойността двъв формулата се показва и неизвестното частично тегло на даденото тяло.

Термохимия

Топлинен ефект на химическа реакция

От Уикипедия, свободната енциклопедия

Топлинен ефект от химическа реакция или промяна енталпиясистема, дължаща се на протичане на химическа реакция - количеството топлина, свързано с промяната в химическата променлива, получена от системата, в която е протекла химическата реакция и реакционните продукти са взели температурата на реагентите.

За да бъде топлинният ефект величина, която зависи само от характера на протичащата химическа реакция, трябва да са изпълнени следните условия:

Реакцията трябва да протича или при постоянен обем Q v (изохорен процес), или при постоянно налягане Q p( изобарен процес).

В системата не се извършва никаква работа, освен работата по разширяването, която е възможна при P = const.

Ако реакцията се провежда при стандартни условия при T \u003d 298,15 K \u003d 25 ° C и P \u003d 1 atm \u003d 101325 Pa, топлинният ефект се нарича стандартен термичен ефект на реакцията или стандартна енталпия на реакция з r O . В термохимията стандартният топлинен ефект на реакцията се изчислява с помощта на стандартните енталпии на образуване.

Стандартна енталпия на образуване (стандартна топлина на образуване)

Стандартната топлина на образуване се разбира като топлинния ефект от реакцията на образуване на един мол вещество от прости вещества, неговите компоненти, които са в стабилен стандартни състояния.

Например, стандартната енталпия на образуване е 1 mol метанот въглероди водородравна на топлината на реакцията:

C (tv) + 2H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + 76 kJ / mol.

Стандартната енталпия на образуване се обозначава с Δ з fO . Тук индексът f означава образуване (образование), а зачеркнатият кръг, наподобяващ диска на Плимсол - за което се отнася стойността стандартно състояниевещества. В литературата често се среща друго обозначение за стандартната енталпия - ΔH 298,15 0 , където 0 показва, че налягането е равно на една атмосфера (или по-точно към стандартните условия ), а 298,15 е температурата. Понякога индекс 0 се използва за количества, свързани с чисто вещество, като се посочва, че е възможно да се обозначават стандартни термодинамични величини с него само когато е чисто вещество, което е избрано като стандартно състояние . За стандарт може да се вземе и например състоянието на материята изключително разреденрешение. „Plimsol disk“ в случая означава действителното стандартно състояние на материята, независимо от избора му.

Енталпията на образуване на прости вещества се приема равна на нула, а нулевата стойност на енталпията на образуване се отнася до състоянието на агрегиране, което е стабилно при T = 298 K. Например, за йодв кристално състояние Δ з I2(tv) 0 = 0 kJ/mol, а за течност йод Δ з I2(l) 0 = 22 kJ/mol. Енталпиите на образуване на прости вещества при стандартни условия са техните основни енергийни характеристики.

Топлинният ефект на всяка реакция се намира като разликата между сумата от топлините на образуване на всички продукти и сумата от топлините на образуване на всички реагенти в тази реакция (следствие Законът на Хес):

Δ зреакции O = ΣΔ з f O (продукти) - ΣΔ з f O (реагенти)

Термохимичните ефекти могат да бъдат включени в химичните реакции. Химичните уравнения, в които е посочено количеството отделена или погълната топлина, се наричат ​​термохимични уравнения. Реакциите, придружени от отделяне на топлина в околната среда, имат отрицателен топлинен ефект и се наричат екзотермичен. Реакциите, придружени от поглъщане на топлина, имат положителен топлинен ефект и се наричат ендотермичен. Топлинният ефект обикновено се отнася за един мол от реагиралия изходен материал, чийто стехиометричен коефициент е максимален.

Температурна зависимост топлинен ефект(енталпии) на реакцията

За да се изчисли температурната зависимост на енталпията на реакцията, е необходимо да се знае моларната топлинен капацитетвещества, участващи в реакцията. Промяната в енталпията на реакцията с повишаване на температурата от T 1 до T 2 се изчислява съгласно закона на Кирхоф (приема се, че в този температурен диапазон моларните топлинни мощности не зависят от температурата и няма фазови трансформации):

Ако се появят фазови трансформации в даден температурен диапазон, тогава при изчислението е необходимо да се вземат предвид топлината на съответните трансформации, както и промяната в температурната зависимост на топлинния капацитет на веществата, които са претърпели такива трансформации:

където ΔC p (T 1 ,T f) е промяната в топлинния капацитет в температурния диапазон от T 1 до температурата на фазов преход; ΔC p (T f ,T 2 ) е промяната в топлинния капацитет в температурния диапазон от температурата на фазовия преход до крайната температура, а T f е температурата на фазовия преход.

Стандартна енталпия на горене

Стандартна енталпия на горене - Δ з Gor o, топлинният ефект от реакцията на изгаряне на един мол вещество в кислород до образуването на оксиди в най-високата степенокисляване. Топлината на изгаряне на незапалими вещества се приема за нула.

Стандартна енталпия на разтваряне

Стандартна енталпия на разтваряне - Δ зразтвор, топлинният ефект от процеса на разтваряне на 1 мол вещество в безкрайно голямо количество разтворител. Съставен от топлината на разрушението кристална решеткаи топлина хидратация(или топлина хидратацияза неводни разтвори), освободени в резултат на взаимодействието на молекулите на разтворителя с молекули или йони на разтвореното вещество с образуването на съединения с променлив състав - хидрати (солвати). Разрушаването на кристалната решетка, като правило, е ендотермичен процес - Δ з resh > 0 и йонната хидратация е екзотермична, Δ зхидра< 0. В зависимости от соотношения значений Δз resh и Δ зхидроенталпията на разтваряне може да има както положителна, така и отрицателно значение. Така че разтварянето на кристала калиев хидроксидпридружен от отделяне на топлина

Δ зразтвор KOH o \u003d Δ з resh o + Δ з hydrK + o + Δ з hydroOH -o = -59 kJ/mol

Под енталпията на хидратация - Δ з hydr, се отнася до топлината, която се отделя по време на прехода на 1 мол йони от вакуум към разтвор.

Стандартна енталпия на неутрализация

Стандартна енталпия на неутрализация - Δ знеутрален относно енталпията на реакцията на взаимодействие на силни киселини и основи с образуването на 1 мол вода при стандартни условия:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

H + + OH - \u003d H 2 O, ΔH неутрален ° \u003d -55,9 kJ / mol

Стандартна енталпия на неутрализация за концентрирани разтвори силни електролитизависи от концентрацията на йони, поради промяната в стойността на ΔH хидратация ° йони при разреждане.

Енталпия

Енталпияе свойство на материята, което показва количеството енергия, което може да се преобразува в топлина.

Енталпияе термодинамично свойство на вещество, което показва нивото на енергия, съхранявана в неговата молекулярна структура. Това означава, че докато материята може да има енергия въз основа на температура и налягане, не цялата от нея може да се преобразува в топлина. Част от вътрешната енергия винаги остава в веществото и поддържа неговата молекулна структура. Част кинетична енергиявеществото не е налично, когато температурата му се доближи до температурата на околната среда. Следователно енталпията е количеството енергия, което е налично за преобразуване в топлина при определена температура и налягане. Единици за енталпия- британски термична единицаили джаул за енергия и Btu/lbm или J/kg за специфична енергия.

Количество на енталпията

Количество енталпиявещество въз основа на зададената му температура. Дадена температурае стойността, избрана от учени и инженери като основа за изчисления. Това е температурата, при която енталпията на дадено вещество е нула J. С други думи, веществото няма налична енергия, която може да се преобразува в топлина. Тази температура при различни веществаразлично. Например, тази температура на водата е тройната точка (0°C), азотът е -150°C, а хладилните агенти на базата на метан и етан са -40°C.

Ако температурата на дадено вещество е над зададената му температура или промени състоянието си в газообразно при дадена температура, енталпията се изразява като положително число. Обратно, при температура под дадена енталпия на дадено вещество се изразява като отрицателно число. Енталпията се използва в изчисленията за определяне на разликата в енергийните нива между две състояния. Това е необходимо за настройка на оборудването и определяне коефициентполезността на процеса.

Енталпията често се определя като общата енергия на материята, тъй като е равна на сумата от неговата вътрешна енергия (u) в дадено състояниезаедно със способността му да свърши работата (pv). Но в действителност енталпията не показва пълна енергиявещества при дадена температура над абсолютната нула (-273°C). Следователно, вместо да дефинираме енталпията като обща топлина на вещество, по-точно е да я дефинираме като общото количество налична енергия на вещество, което може да се преобразува в топлина. H=U+pV

Вътрешна енергия

Вътрешната енергия на тялото (означена като E или U) е сумата от енергиите на молекулните взаимодействия и топлинните движения на молекулата. Вътрешната енергия е еднозначна функция на състоянието на системата. Това означава, че когато системата е в дадено състояние, тя вътрешна енергияпридобива стойността, присъща на това състояние, независимо от историята на системата. Следователно промяната във вътрешната енергия по време на прехода от едно състояние към друго винаги ще бъде равна на разликата между нейните стойности в крайното и началното състояние, независимо от пътя, по който е направен преходът.

Вътрешната енергия на тялото не може да бъде измерена директно. Може да се определи само промяната на вътрешната енергия:

Прикрепен към тялото топлина, измерено в джаули

- работа, извършвани от тялото срещу външни сили, измерени в джаули

Тази формула е математически израз първи закон на термодинамиката

За квазистатични процесиважи следната връзка:

-температура, измерено в келвини

-ентропия, измерено в джаули/келвин

-налягане, измерено в паскали

-химичен потенциал

Броят на частиците в системата

Идеални газове

Според закона на Джаул, получен емпирично, вътрешната енергия идеален газнезависимо от налягането или обема. Въз основа на този факт може да се получи израз за промяната на вътрешната енергия на идеален газ. По дефиниция моларен топлинен капацитетпри постоянен обем . Тъй като вътрешната енергия на идеален газ е функция само на температурата, тогава

.

Същата формула е вярна и за изчисляване на изменението на вътрешната енергия на всяко тяло, но само в процеси с постоянен обем ( изохорни процеси); в общ случай ° С V (T,V) е функция както на температурата, така и на обема.

Ако пренебрегнем промяната на моларния топлинен капацитет с промяна на температурата, получаваме:

Δ U = ν ° С V Δ T,

където ν е количеството вещество, Δ T- промяна на температурата.

ВЪТРЕШНА ЕНЕРГИЯ НА ВЕЩЕСТВО, ТЯЛО, СИСТЕМА

(на гръцки: ένέργια - дейност, енергия). Вътрешната енергия е част обща телесна енергия (системи тел): д = д к + д стр + U, където д к - кинетична енергиямакроскопичен движениясистеми, д стр - потенциална енергия, поради наличието на външна сила полета(гравитационни, електрически и др.), U- вътрешна енергия. Вътрешна енергия вещества, тела, системи от тела - функция държави, дефиниран като общия енергиен резерв на вътрешното състояние на вещество, тяло, система, променящ се (освободен) в процес химически реакции, пренос на топлина и производителност работа. Компоненти на вътрешната енергия: а) кинетична енергия на топлинна вероятностендвижение на частици (атоми, молекули, йонии т.н.), съставляващи вещество (тяло, система); (б) потенциална енергия на частиците, дължаща се на тяхната междумолекулна взаимодействие; в) енергия на електрони в електронни обвивки, атоми и йони; г) вътрешноядрена енергия. Вътрешната енергия не е свързана с процеса на промяна на състоянието на системата. При всякакви промени в системата вътрешната енергия на системата, заедно с нейната среда, остава постоянна. Тоест вътрешната енергия нито се губи, нито се получава. В същото време енергията може да се движи от една част на системата в друга или да се трансформира от една формина друг. Това е един от изразите законзапазване на енергията - първият закон на термодинамиката. Част от вътрешната енергия може да се преобразува в работа. Тази част от вътрешната енергия се нарича безплатна енергия - Ж. (AT химични съединениянаричат ​​го химикал потенциал). Останалата част от вътрешната енергия, която не може да се превърне в работа, се нарича свързана енергия - У b .

Ентропия

Ентропия (от Гръцкиἐντροπία - обръщане, трансформация) в природни науки- мярка за разстройство системи, състоящ се от мн елементи. По-специално, в статистическа физика - мярка вероятностиреализация на всяко макроскопично състояние; в теория на информацията- мярка за несигурността на всеки опит (тест), който може да има различни резултати, а оттам и броя информация; в историческа наука, за обяснения явлениеалтернативна история (инвариантност и променливостисторически процес).