Стехиометрические законы в химии

Стехиометрические законы — законы, описывающие количественные соотношения в химических реакциях.

Закон сохранения массы веществ (Ломоносова–Лавуазье)

Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

Формула: $m(реагентов) = m(продуктов)$

Пример: $2H_2$ + $O_2$ → $2H_2O$; 4 г $H_2$ + 32 г $O_2$ = 36 г $H_2O$.

Закон постоянства состава (Пруста)

Каждое чистое вещество имеет постоянный и определённый массовый состав, независимо от способа получения.

Пример: Вода ($H_2O$) всегда содержит 11,1% водорода и 88,9% кислорода по массе.

Закон кратных отношений (Дальтона)

Если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одинаковую массу другого, относятся как малые целые числа.

Пример: CO — 12 г C : 16 г O → отношение 1 : 1; $CO_2$ — 12 г C : 32 г O → отношение 1 : 2.

Закон эквивалентов

Вещества взаимодействуют в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам.

Закон объемных отношений газов (Гей-Люссак)

Объёмы газов, участвующих в реакции и образующихся в результате, относятся как малые целые числа, если измерены при одинаковых условиях (T, P).

Пример: $2H_2$(2 л) + $O_2$(1 л) → $2H_2O$(2 л).

Гипотеза Авогадро

В равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Количество вещества (ν)

Определение: величина, характеризующая число частиц (атомов, молекул, ионов) в веществе.

Формулы:

1. Через массу: $\nu = \frac{m}{M}$, где:

• ν — количество вещества (моль)
• m — масса вещества (г)
• M — молярная масса (г/моль)

2. Через число частиц: $\nu = \frac{N}{N_A}$, где:

• N — число частиц
• Nₐ — число Авогадро = 6,022·$10^{23}$ моль⁻¹

3. Для газов (при н.у., T = 273 K, P = 101,3 кПа): $\nu = \frac{V}{V_m}$, где:

• Vm — молярный объём газа = 22,4 л/моль

Ключевые формулы

• Масса: $m = \nu·M$; Пример: 0,5 моль $H_2$ → $m = 0,5·2 = 1$ г.
• Количество: $\nu = \frac{m}{M}$; Пример: 18 г $H_2O$ → $\nu = \frac{18}{18} = 1$ моль.
• Число частиц: $N = \nu·Nₐ$; Пример: 2 моль $H_2$ → $N = 2·6,022·$10^{23}$=$1,2044·$10^{24}$ молекул.
• Объём газа: $V = \nu·Vₘ$; Пример: 0,25 моль $O_2$ → $V = 0,25·22,4 = 5,6$ л.

Примеры заданий для ОРТ

1. Сколько молекул содержится в 9 г воды?

• M($H_2O$) = 18 г/моль
• ν = 9 / 18 = 0,5 моль
• N = 0,5·6,022·$10^{23}$ = 3,011·$10^{23}$ молекул

2. Какой объём займёт 1,5 моль азота при н.у.?

• V = ν·Vₘ = 1,5·22,4 = 33,6 л

3. Масса 2 моль $CO_2$?

• M($CO_2$) = 12 + 32 = 44 г/моль
• m = 2·44 = 88 г