Для начала, изомеры - это вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разные по строению. 1) Изомерия углеродного скелета обусловлена различным порядком связи атомов углерода. Так скажем, это вещества одного класса, наглядно отличающиеся друг от друга. На 1 фото. Они имеют одну молекулярную формулу. С5H12.
2) Межклассовая изомерия - вещества относятся к разным классам. Пример на 2 фото. Бутен-1 относится к алкенам, а циклобутан к циклоалканам. Они имеют одну молекулярную формулу. С6H12.
3) Изомерия положения может быть кратной связи, или функциональной группы. Или заместителя. Они меняют свои местоположения. 3 фото.
1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС ВЕЩЕСТВ В ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ
Чтобы определить молекулярную массу вещества (а.е.м.), обычно находят численно равную ей мольную массу вещества (г/моль).
А Определение молекулярной массы по плотности газа
П р и м е р 4 Плотность газа по воздуху равна 1,17. Определите молекулярную массу газа.
Решение Из закона Авогадро следует, что при одном и том же давлении и одинаковых температурах массы (m) равных объемов газов относятся как их мольные массы (М):
m1 / m2 = M1 / M2 = D, (1.2.1)
где D - относительная плотность первого газа по второму. Следовательно, по условию задачи:
D = М1 / М2 = 1,17. Средняя мольная масса воздуха М2 равна 29,0 г/моль. Тогда:
М1 = 1,17-29,0 = 33,9 г/моль,
что соответствует молекулярной массе, равной 33,9 а.е.м.
П р и м е р 5 Найдите плотность по азоту воздуха, имеющего следующий объемный состав: 20,0 % О2; 79,0 % N2; 1,0 % Ar.
Решение Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю мольную массу смеси можно выразить не только через моли, но и через объемы:
Возьмем 100 дм3 смеси, тогда V(O2) = 20 дм3, V(N2) = 79 дм3, V(Ar) = = 1 дм3. Подставляя эти значения в формулу (1.2.2) получим:
Мср = (32-20 + 28-79 + 40-1) / (20 + 79 + 1),
Мср = 28,9 г/моль.
Плотность по азоту получается делением средней мольной массы смеси на мольную массу азота:
DN2 = 28,9/28 = 1,03.
Б Определение молекулярной массы газа по мольному объему
П р и м е р 6 Определите молекулярную массу газа, если при нормальных условиях газ массой 0,824 г занимает объем 0,260 дм3.
Решение При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 дм3, тогда = 0,26/22,4 = 0,0116 моль, а мольная масса равна 0,824/0,0116 = 71 г/моль.
Следовательно, мольная масса газа равна 71,0 г/моль, а его молекулярная масса 71,0 а.е.м.
В Определение молекулярной массы по уравнению Менделеева-Клапейрона
Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) устанавливает соотношение массы (m, кг), температуры (Т, К), давления (Р, Па) и объема (V, м3) газа с его мольной массой (М, кг/моль):
PV = тЯТ / M, (1.2.3)
где Я - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль-К). Пользуясь этим уравнением, можно вычислить любую из входящих в него величин, если известны остальные.
П р и м е р 7 Вычислите молекулярную массу бензола, зная, что масса 600 см3 его паров при 87 °С и давлении 83,2 кПа равна 1,30 г.
Решение Выразив данные задачи в единицах СИ (Р = 8,32-104 Па; V = 6-10-4 м3; т = 1,30-103 кг; Т = 360 К) и, подставив их в уравнение (1.2.3), найдем:
М = 1,30-10-3-8,31-360 / 8,32-104-6-10^ = 78,0-10-3 кг/моль = 78,0 г/моль. Молекулярная масса бензола равна 78,0 а.е.м.
П р и м е р 8 Относительная плотность смеси метана и этана по кислороду равна 0,7625. Вычислите объем (дм3, н.у.) кислорода, который потребуется для сжигания данной смеси объемом 2,8 дм3 (н.у.).
Решение Найдем молярную массу смеси метана и этана:
Мсмеси = 32-0,7625 = 24,4 г/моль.
Пусть имеется 1 моль смеси, мольная (объемная) доля метана в которой х (х - число молей метана), тогда соответственно число молей этана равна (1 - х). Молярная масса метана 16 г/моль, этана - 30 г/моль. Запишем уравнение для массы 1 моль газовой смеси: 16х + 30(1 - х) = = 24,4. Тогда х
= 0,4.
Газовая смесь, таким образом, содержит 40 мольных (объемных) % метана и 60 мольных (объемных) % этана. Следовательно, 2,8 дм3 (н.у.) этой газовой смеси содержат соответственно:
Число молей кислорода, необходимого для сжигания газовой смеси объемом 2,8 дм3 (н.у.), равно: n (О2) = 0,05-2 + 0,075-3,5 = 0,3625 моль. При н.у. такое количество кислорода будет иметь объем: V(O2) = = 22,4-0,3625 = 8,12 дм3.
1) Изомерия углеродного скелета обусловлена различным порядком связи атомов углерода. Так скажем, это вещества одного класса, наглядно отличающиеся друг от друга. На 1 фото. Они имеют одну молекулярную формулу. С5H12.
2) Межклассовая изомерия - вещества относятся к разным классам. Пример на 2 фото. Бутен-1 относится к алкенам, а циклобутан к циклоалканам. Они имеют одну молекулярную формулу. С6H12.
3) Изомерия положения может быть кратной связи, или функциональной группы. Или заместителя. Они меняют свои местоположения. 3 фото.
оксида калия;
ж) одной молекулы оксида азота(У);
з) порции гидроксида железа(Ш), содержащей 4,2-1023 атомов ки-
слорода;
и) одной молекулы метана.
23 Определите количество вещества (моль) в порции:
а) сульфида калия, содержащего 1,505-1023 атомов калия;
б) нитрата меди(11), содержащего 326 г соли;
в) аммиака, содержащего 2,408-1023 молекул;
г) оксида натрия, содержащего 1,806-1023 атомов натрия.
24 Рассчитайте объем (дм3, н. у.) порции пропана, содержащей 4,515-1023 атомов углерода.
25 Рассчитайте объем (дм3, н. у.) порции метана, содержащей 1,217-1023 атомов углерода.
1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС ВЕЩЕСТВ В ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ
Чтобы определить молекулярную массу вещества (а.е.м.), обычно находят численно равную ей мольную массу вещества (г/моль).
А Определение молекулярной массы по плотности газа
П р и м е р 4 Плотность газа по воздуху равна 1,17. Определите молекулярную массу газа.
Решение Из закона Авогадро следует, что при одном и том же давлении и одинаковых температурах массы (m) равных объемов газов относятся как их мольные массы (М):
m1 / m2 = M1 / M2 = D, (1.2.1)
где D - относительная плотность первого газа по второму. Следовательно, по условию задачи:
D = М1 / М2 = 1,17. Средняя мольная масса воздуха М2 равна 29,0 г/моль. Тогда:
М1 = 1,17-29,0 = 33,9 г/моль,
что соответствует молекулярной массе, равной 33,9 а.е.м.
П р и м е р 5 Найдите плотность по азоту воздуха, имеющего следующий объемный состав: 20,0 % О2; 79,0 % N2; 1,0 % Ar.
Решение Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю мольную массу смеси можно выразить не только через моли, но и через объемы:
Мср = (М1V + M2V2 + M3V3) / (V + V2 + V3). (1.2.2)
Возьмем 100 дм3 смеси, тогда V(O2) = 20 дм3, V(N2) = 79 дм3, V(Ar) = = 1 дм3. Подставляя эти значения в формулу (1.2.2) получим:
Мср = (32-20 + 28-79 + 40-1) / (20 + 79 + 1),
Мср = 28,9 г/моль.
Плотность по азоту получается делением средней мольной массы смеси на мольную массу азота:
DN2 = 28,9/28 = 1,03.
Б Определение молекулярной массы газа по мольному объему
П р и м е р 6 Определите молекулярную массу газа, если при нормальных условиях газ массой 0,824 г занимает объем 0,260 дм3.
Решение При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 дм3, тогда = 0,26/22,4 = 0,0116 моль, а мольная масса равна 0,824/0,0116 = 71 г/моль.
Следовательно, мольная масса газа равна 71,0 г/моль, а его молекулярная масса 71,0 а.е.м.
В Определение молекулярной массы по уравнению Менделеева-Клапейрона
Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) устанавливает соотношение массы (m, кг), температуры (Т, К), давления (Р, Па) и объема (V, м3) газа с его мольной массой (М, кг/моль):
PV = тЯТ / M, (1.2.3)
где Я - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль-К). Пользуясь этим уравнением, можно вычислить любую из входящих в него величин, если известны остальные.
П р и м е р 7 Вычислите молекулярную массу бензола, зная, что масса 600 см3 его паров при 87 °С и давлении 83,2 кПа равна 1,30 г.
Решение Выразив данные задачи в единицах СИ (Р = 8,32-104 Па; V = 6-10-4 м3; т = 1,30-103 кг; Т = 360 К) и, подставив их в уравнение (1.2.3), найдем:
М = 1,30-10-3-8,31-360 / 8,32-104-6-10^ = 78,0-10-3 кг/моль = 78,0 г/моль. Молекулярная масса бензола равна 78,0 а.е.м.
П р и м е р 8 Относительная плотность смеси метана и этана по кислороду равна 0,7625. Вычислите объем (дм3, н.у.) кислорода, который потребуется для сжигания данной смеси объемом 2,8 дм3 (н.у.).
Решение Найдем молярную массу смеси метана и этана:
Мсмеси = 32-0,7625 = 24,4 г/моль.
Пусть имеется 1 моль смеси, мольная (объемная) доля метана в которой х (х - число молей метана), тогда соответственно число молей этана равна (1 - х). Молярная масса метана 16 г/моль, этана - 30 г/моль. Запишем уравнение для массы 1 моль газовой смеси: 16х + 30(1 - х) = = 24,4. Тогда х
= 0,4.
Газовая смесь, таким образом, содержит 40 мольных (объемных) % метана и 60 мольных (объемных) % этана. Следовательно, 2,8 дм3 (н.у.) этой газовой смеси содержат соответственно:
2,8-0,4 = 1,12 дм3 метана; 1,12/22,4 = 0,05 моль CH4;
2,8-0,6 = 1,68 дм3 этана; 1,68/22,4 = 0,075 моль C2H6.
Согласно уравнениям горения метана и этана:
СН4 + 2О2 CO2 + 2H2O
С2Н6 + 3,5О2 —^ 2CO2 + 3H2O.
Число молей кислорода, необходимого для сжигания газовой смеси объемом 2,8 дм3 (н.у.), равно: n (О2) = 0,05-2 + 0,075-3,5 = 0,3625 моль. При н.у. такое количество кислорода будет иметь объем: V(O2) = = 22,4-0,3625 = 8,12 дм3.