Коэффициенты — мост между молями
Выбери маршрут и измени исходную величину. На схеме появятся все три шага и единицы измерения.
Единицы показаны в выбранном маршруте и на схеме. Объём газа относится к нормальным условиям. Показанные числа округлены; промежуточный расчёт сохраняет точность.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
Постоянный состав связывает индексы и массовые доли
Закон постоянства состава: конкретное чистое соединение определённого состава содержит элементы в постоянном соотношении независимо от способа получения. В CO₂ на один атом C приходятся два O, а массы C и O относятся как 12:32 = 3:8. Это отношение атомов и масс, а не совпадение их численных значений.
| Элемент | Вклад в Mᵣ(H₃PO₄) | Массовая доля |
|---|---|---|
| H | 3 · 1 = 3 | 3/98 ≈ 3,1 % |
| P | 1 · 31 = 31 | 31/98 ≈ 31,6 % |
| O | 4 · 16 = 64 | 64/98 ≈ 65,3 % |
Для H₃PO₄ относительная масса равна 3 + 31 + 64 = 98. Доли H, P и O составляют соответственно 3/98, 31/98 и 64/98. После умножения на 100 % получаем около 3,1 %, 31,6 % и 65,3 %; сумма равна 100 % с учётом округления. Массовую долю элемента вычисляют как w(Э) = k·Aᵣ(Э)/Mᵣ, где k — число его атомов в формуле.
Соединение определённого состава имеет постоянное соотношение элементов. Индексы формулы позволяют вычислить их массовые доли.
Атомы сохраняются при превращениях
В обычной химической реакции атомы не возникают из ничего и не исчезают. Они переходят из состава реагентов в состав продуктов. Если учесть все участвующие вещества, масса продуктов равна суммарной массе исходных веществ — это закон сохранения массы.
- До реакции
- Масса всех реагентов
- После реакции
- Масса всех продуктов
- Равенство
- m(реагентов) = m(продуктов)
В закрытом сосуде ни одно вещество не покидает систему и не поступает извне. Поэтому взвешивание до и после реакции даёт одинаковую общую массу, даже если появилась пена, газ или осадок. Изменившийся вид вещества не означает исчезновения материи.
Масса всех веществ в замкнутой системе сохраняется. Причина — сохранение атомов при химической перегруппировке.
Модель молекулы водорода H₂
Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.
Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Ржавчина на поверхности железа
Коррозия железа показывает превращение вещества; ржавчина имеет сложный состав и не является одним чистым оксидом.
Titus Tscharntke · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Коэффициенты связывают количества
Уравнение Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O показывает не только состав, но и соотношение количеств. На 1 моль Fe₂O₃ требуется 3 моль H₂, образуются 2 моль Fe и 3 моль H₂O. Массы при этом не относятся как 1 : 3 : 2 : 3.
| Участник | Коэффициент | При 0,5 моль Fe₂O₃ |
|---|---|---|
| Fe₂O₃ | 1 | 0,5 моль |
| H₂ | 3 | 1,5 моль |
| Fe | 2 | 1 моль |
| H₂O | 3 | 1,5 моль |
Коэффициенты работают как масштабируемый набор. Если взять половину указанного количества оксида, все связанные количества уменьшатся вдвое. При этом предполагается, что остальные реагенты доступны в нужном количестве и выбранная реакция протекает полностью.
Коэффициенты задают отношения количеств веществ. Эти отношения не являются отношениями масс.
Проверяем условия полного превращения
Восстановление WO₃ водородом описывают WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O. При расходовании 16,8 л H₂ при н. у. его количество 0,75 моль; получится 0,25 моль W, то есть 46 г при M(W) = 184 г/моль.
От массовых долей к молекулярной формуле
УСЛОВНЫЕ 100 г
Массовые отношения сначала переводят в отношения количеств. Простейшая и молекулярная формулы могут различаться.
Это расчёт для указанной реакции при достаточном количестве WO₃ и полном использовании водорода. Если один из реагентов дан в избытке, расчёт ведут по расходуемому ограничивающему реагенту. Реальный выход продукта может отличаться, если условие отдельно задаёт потери или неполное превращение. Как вывести простейшую формулу по составу: для 40 % C, 6,67 % H и 53,33 % O возьмём условные 100 г. Получаем 40/12 ≈ 3,33 моль C, 6,67/1 = 6,67 моль H и 53,33/16 ≈ 3,33 моль O. Делим на 3,33: отношение 1:2:1, простейшая формула CH₂O. Если M вещества 180 г/моль, множитель 180/30 = 6 и молекулярная формула C₆H₁₂O₆. Закон постоянства состава в школьном рассмотрении относится к соединениям определённого состава; существуют и нестехиометрические кристаллы.
Подробности: понятия и примеры
- 16,8 л H₂
0,75 моль при н. у.
- Коэффициенты 3 : 1
0,25 моль W
- Молярная масса W
184 г/моль
- Продукт
46 г W
Расчёт продукта предполагает выполнение условий задачи. Достаточность второго реагента и полноту превращения нельзя забывать.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 5. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 05. Основные законы химии. Закон постоянства.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e