2.ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ № апта №1 дәріс Дәріс тақырыбы және тезистер Тақырып 1. Химиядағы атауларды, физикалық шамаларды және олардың бірліктерін қолдану Заттың салыстырмалы молекулалық массасы дегеиіміз - ол зат молекуласы массасының көміртек изотобы массасының 1/12 бөлігінен неше есе көп екенін көрсететін сан. Заттың мөлшері (n) - бөлшектердің қатысуымен бөлшектер мен процестерді есептеу. Бөлшектер ретінде атомдар, молекулалар, иондар, радикалдар және басқа топтар, бөлшектердің жеке фрагменттері және эквиваленттер (формулалық бірліктер), кейде электрондар, протондар, фотондар және басқа элементар бөлшектер анықталады. Моль - зат мөлшерінің өлшемі, ол v ("ню") әрпімен белгіленеді. «Авогадро саны»: NA=6,02-1023 моль-1 Бірліктердің халықаралық жүйесі (СИ) – халықаралық масштабта әрекет ететін бірыңғай шаралар жүйесі; 1954 жылы 10-шы Бас өлшеу конференциясы бекіткен; 1960 жылы 11 бас конференцияда Халықаралық жүйе (СИ) деп аталды. Арнайы атаулары бар және ерекше мәндері бар СИ туынды бірліктері басқа шамалардың бірліктері арасындағы байланыс теңдеулері бойынша анықталады. Ньютон бірлігін анықтау: 1 Н = 1 м · кг/с2 . Кернеу өлшем бірлігін анықтау Вольт: 1 В = 1 кг · м2/(А · с3) = 1 Вт/А. Салыстырмалы шамалардың бірліктері-салыстырмалы шамалар1 санының үлестерінде немесе егер бұл неғұрлым ыңғайлы болса, пайызбен ( % ), промиллмен (мың, 1% - ға бөліктермен), миллионға бөліктермен және т. б. көрсетіледі. Шамалар теңдеуі-физикалық шамалар арасындағы логикалық байланыстың немесе туынды шамаларды анықтаудың математикалық көрінісі. Кейбір туынды бірліктердің анықтамалары: 1 Н = 1 кг · м/с2, 1 Па = 1 Н/м2 = 1 кг/(м · с2), 1 Дж = 1 Н · м = 1 Вт · с, 1 Вт = 1Дж/с = 1 кг · м2/с3, 1 В = 1 Вт/А, 1 Ом = 1 В/А, 1 Кл = 1 А · с. Кейбір элементтің атомының массасы (мат) – көміртек атомының салмағы: mат (126С ) = 1,993 · 10-26 кг. Атомдық масса бірлігі -атомдық физикадағы масса бірлігі, 126С көміртегі изотопы атомының массасының он екіден бір бөлігі. 1 (1 а.е.м.) = 1,66057 · 10 − 27 кг. Сағат көлемі 1 №2 дәріс Тақырып 2. Химиядағы негізгі түсініктер мен заңдар. Газ заңдары бойынша есептер. Зат массасының сақталу заңы: Реакцияға қатысқан заттың массасының жинағы энергиялар жинагы) реакция нәтижесінде түзілген заттардың массасының жинағына (энергиялар жинагына) тең болады. Қосылыстардың құрамы түрақтылық заңы қазіргі заманда мынадай түрде түжырымдалады: "Алыну жолына қарамастан әр таза затгың қүрамы түрақты болады". Химияға эквивалент түсінігінен кейін эквивалент заңы енді. Анықтамасы: "Элементгер және қосылыстар бірімен-бірі химиялық эквивалеитгеріне пропорционал салмақ мөлшерінде реакцияланады". Эквивалент зат мөлшері дегеніміз берілген заттың, мәселен В затының, массасының (т) оның эквивалентгік молярлы массасына (Мэ) қатынасы Қарапайым стехиометриялық есептер Мысалы: 0,304 г Mg 0,0252 г сутекті ығыстырып шығарды. Магнидің эквивалентін есептеу. Шешуі:массалық бірлігі0,304 г Mg массалық бірлігі 0,0252 г Н -ті ығыстырады. Mg -дің массасының Э -тік бірлігі Н массасының 1,008 бірлігін ығыстырады. 0.304 1.008 Э 12.16 м.б. 0.0252 1.Заттың формуласы бойынша салыстырмалы молекулалық массасын есептеу. Мr(H2O) = 2Ar(H) + 1Ar(O)= 2•1+16=18 2. Күрделі зат құрамындағы элементтердің массалық үлестерін есептеу. 1.1-мысал Күкірт (VI) оксидінің құрамындағы элементтердің массалық үлестерін есептеп шығарыңдар Жауабы: Күкірт 40% , Оттегі 60% 3. Массалық үлесі бойынша заттың қарапайым формуласын табу. Мысал: Құрамындағы элементтің массалық үлестері мынандай: H – 2.1%, N-29.8%, O-68.1% қышқылдың қарапайым формуласын табыңдар. Берілгені: ω(H)=2,1% Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 1 ω(N)=29,8% ω(H)= 68.1% ______________ Табу керек: HxNyOz−? Шешуі: Есепті шығарудың бірнеше әдістері бар. Қарапайым жолының бірі зат құрамына кіретін атом санының ең кіші қатынасын табу. Қосылыстағы сутек атомының санын x деп. Азот атомының санын y деп, оттек атомының санын z деп білсек, қосылыстың формуласын HxNyOz деп жазуға болады. Егер, заттың 1 молі беріледі деп қарастырсақ, онда x, y, z сандарды қосылыс құрамындағы әр элементтің массалық үлестерін атомдық массаларына бөліп, қосылыс құрамындағы атом сандарының қатынастарын табамыз. Ar(H)=1, Ar(N)=14,Ar(O)=16 21.1 29.8 68.1 𝑥: 𝑦: 𝑧 = : = = 2.1: 2.1: 4.25 = 1: 1: 2 1 14 16 2. Заттың формуласында атом сандарының қатынасы бүтін сандар болуы керек, сондықтан ең кіші санды бірлік ретінде алып, соған бөлсек; 21.1 21,1 4,25 𝑥: 𝑦: 𝑧 = 21,1 : 21,1 = 21,1 = 1: 1: 2 сандарын аламыз. Алынған сандарды орнына қойып, белгісіз заттың формуласын табамыз: HNO2 азотты қышқыл. Тұрақты температурада алынған газ массасының қысымы көлеміне кері пропорционал болады (Бойль-Мариотт заңы): P V1 немесе PV const P1 V Қысым тұрақты болғанда, алынған газ массасының көлемі абсолюттік температураға тура пропорционал болып өзгереді (Гей-Люссак заңы): V T V1 T1 Газдың күйі температура, қысым және көлемі бойынша сипатталады. Қысым 1 атм (немесе 760 мм.с.б., 101,325 кПа), температура 00С болғандағы жағдай, қалыпты жағдай деп аталады. Осы жағдайда қысым Р0, температура Т0 және көлем V0 болып белгіленеді. Химиялық есептеулерде, көбінесе, тәжірибе кезінде табылған көлемді қалыпты жағдайдағы көлеммен алмастыруға тура келеді. Бойль-Мариотт және Гей-Люссак заңдарын біріктіретін теңдеу: PV P0V0 T T0 Газдар арасындағы химиялық реакцияларды мұқият зерттеп, Гей-Люссак көлем қатынас заңын ашты. Реакцияласушы газдардың көлемдерінің өзара және реакциядан шығатын газдардың көлемдеріне қатынасы кішкене бүтін сандар қатынасындай болады. Бұл заңның мәнісін Италия физигі Авагадро түсіндірді. Бірдей температурада және бірдей қысымда алынған әртүрлі газдардың бірдей көлемдерінде молекулалар саны да бірдей болады. (Авогадро заңы). Біркелкі жағдайда өлшенген көлемдері бірдей газдардың массаларының қатынасы, сол газдың біреуінің екіншісімен салыстырмалы тығыздығы деп аталады. Газдардың тығыздығын тәжірибе жүзінде, көбінесе, сутек ( DH ) немесе ауа ( D ауа) бойынша анықтайды. m D 1 m2 Газдың тығыздығы мен молекулалық массасы арасында тәуелділік бар. Авогадро заңы бойынша бірдей жағдайда, көлемдері бірдей екі газдың молекулалар саны бірдей болатындықтан, олардың массаларының қатынасы, молекулалық Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. массаларының қатынасындай болады: m1 M 1 . m2 M 2 Мұндағы бірінші газдың екіншісі бойынша тығыздығын ( m1 ) = D –мен m2 M1 болып шығады. M2 Газ күйін Клапейрон – Менделеев теңдеуімен де кескіндеуге болады: белгілесек, D PV nRT . R әмбебап газ тұрақтысы. Көлем – л, қысым – атмосферамен алынғанда оның мәні: атм.л R 0,082 ; град.моль көлем –мл, қысым – мм с.б. болып алынса, мм.с.б. мл , град.моль Дж R 8,314 қысым – кПа берілетін болса, -ға тең. К моль Клапейрон – Менделеев теңдеуін пайдаланып газдардың әртүрлі жағдайдағы массасын, қысымын және көлемін есептеп шығаруға болады. R 62360 Газ тәрізді заттардың көлемін бір күйден екінші күйге келтіру. 1-мысал. 230 С темпераурадағы және 103,3 кПа қысымдағы газ көлемі 250 л-ге тең. 0 0 С -та және 101,3 кПа қысымдағы газ көлемін табыңыз. Берілгені: t 230 C 273 23 296 K T Р 103.3кПа Т 0 0 0 С 273К Т 0 Р0 101,3кПа Шешуі: Гей-Люссак пен Бойль-Мариоттың біріктірілген заңы: V0 Р0 V Р P V T0 103.3 250 273 V0 235 л V0 101.3 296 Т0 T P0 T 2-мысал. 5,6 л, 27 0 С және 202,6кПа қысымды көрсететін аргонның массасын анықтаңыз. Берілгені: V 5,6 л Р 202,6кПа t 27 0 C Табу керек: m ? Шешуі: 1) қ.ж. аргонның көлемін анықтаймыз: Т 273 27 300К Т 0 273К . PVT0 202.6 5.6 273 10.2 л P0T 300 101.3 2) Аргонның зат мөлшерін есептейтіз: ( Ar ) V ( Ar ) / 22,4 л / моль ( Ar ) 10,2 / 22,4 л / моль 0,455 моль V0 ( Ar ) Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. № 3-4 дәріс Тақырып 3-4. Химиялық эквивалент. Атомдық және молекулалық массаларын анықтау. Заттардың химиялық формуласын табу. Валенттік бойынша химиялық формулалар құру. Бір элемент атомының басқа элементтер атомдарының белгілі бір санын қосып алу немесе күрделі қосылыстардағы орнын басу касиетін валенттілік деп атайды. Элементтің химиялық эквиваленті - 8 салмақ бөлік оттегі немесе 1,008 салмақ сутегімен қосылыса алатын немесе қосылыстарда оттегі мен сутегінің сондай салмақ мөлшерлерінің орнын баса алатын салмақ мөлшері. Осыдан оттегінің эквиваленті 8, ал сутегінікі 1 болатыны көрінеді. Қазіргі кезде эквиваленттің мольдік массасы МЭ пайдаланылады. Эквивалент - өлшемі жоқ нақты сан. Мысалы, МЭ(О2) ═ 8, МЭ(Н2) ═ 1. Күрделі заттың эквиваленті де – кез келген басқа заттың эквивалентімен әрекеттесетін массалық бөлігі. Заттың эквивалентінің мольдік массасына тең етіп алынған грамм - санын грамм эквивалент деп атайды. Химиялық реакцияларда жай және күрделі заттардың массалары эквиваленттеріне пропорционал салмақ мөлшерде қалдықсыз әрекеттеседі (эквивалент заңы). 1-мысал. Марганецтің валенттілігі жетіге тең оттекті қосылыстарының формуласын жазу керек. Шешуі. Көрсетілген валенттілікке сәйкес марганецтің оксиді, қышқылы және тұздары болуы мүмкін. Алдымен ең қарапайым – оксид формуласын құрастырудан бастаймыз. Ол үшін марганец және оттегі элементтерінің химиялық таңбаларын және YII II Mn O . Бинар қосылыстарда бір элементтің валенттілігін көрсетіп жазамыз: валенттілігі мен атом сандарының көбейтіндісі екінші элемент атом сандары мен валенттілігінің көбейтіндісіне тең болады деген ережеге сүйеніп 2 мен 7-ге бөлінетін ең кішкене санды табамыз (2∙7=17). Бұл санды марганец пен оттегі валенттіліктеріне бөліп атом сандарын табамыз. Сонда Mn2 O7 формуласы шығады. 1-мысал. 10,4 г хром оксидінде 15,2 г оксид түзілді. Хромның эквиваленті нешеге тең? Шешуі. Берілгені: mCr 10,4г, mO2 15,2 10,4 4,8г, ЭО 8. m1 Э1 . m 2 Э2 Берілген шамаларды формулаға қойсақ: 10,4 8 ЭCr 17,3. 4,8 Жауабы: ЭCr 17,3. 2-мысал. 0,6 г металл қышқылда ерігенде бөлінген сутегінің қалыпты жағдайдағы көлемі 560 мл. Металдың эквиваленті нешеге тең? Шешуі. Реакцияға қатысқан заттардың біреуі қатты, екіншісі газ болғанда эквивалент заңының формуласы: m V . Э V Э Жоғарыда келтірілген формулаға сан мәндерін қоямыз: Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 2 ЭMe 0,6 11200 12,1. 560 3-мысал. Металдың оксидінде 19,66 оттегі бар. Меншікті сыйымдылығы 0,093. Осы металдың дәл атомдық массасы нешеге тең? Шешуі. Оксидтегі металдың мөлшері: 100- 19,66=80,44. 80,44 8 Металдың эквиваленті: Э Me 32,7; 19,66 6,3 металдың жуық атомдық массасы: A 67,7. 0,093 Дәл атомдық массаны табу үшін металдың валенттігін анықтаймыз: A 67,7 B 2. Э 32,7 жылу Адәл Э В, яғни, Адәл 32,7 2 65,4. массалық үлесі бойынша заттардың Элементтердің химиялық формулалын табу. Заттың элементтік құрамы мынадай: кальций элементінің массалық үлесі 40%, оттектің массалық үлесі 48%, ал көміртектің массалық үлесі 12%. Шешуі: алдымен атомдар мольдерінің санын белгілейміз: 1 моль кальциді – х; көміртегі – у; оттегі – z. Заттың формуласы Ca x C y O z . Бұл заттың 100 г құрамында 40 г Ca , 12 г C , 48 г O элементтері бар. Атомдардың молярлық массалары: Ca 40г/моль, C - 12 г/моль, O - 16 г/моль. Егер барлық элементтердің массаларын олардың атомдарының молярлық массаларына бөлсек, онда қосылыстағы атомдар мольдерінің қатынастарын аламыз: 40 12 48 x: y:z : : 1 : 1 : 3 ; Формуласы: CaCO3 40 12 16 1-тапсырма. 176 г күкірт құрамындағы күкірт атомының зат мөлшерін анықтаңыз. Шешуі: Күкірттің сәйкес атомдық массасы Ar ( S ) 32 . Күкірт S атомының m молярлық массасы 32 г/мольге тең. 176 грамды есептесек: формуласын М 176 г 5,6 г / моль . қолдана отырып 32 г / моль Есеп. Құрамындағы элементтердің массалық үлестері мынадай: К – 39,69, Мn – 27,87, О – 32,46 тұздың қарапайым формуласын табыңдар. Шешуі. Есепті шығарудың бірнеше әдістері бар. Қарапайым жолының бірі – зат құрамына кіретін атом санының ең кіші қатынасын табу. Қосылыстағы калий атомының санын х деп, марганец атомының санын у деп, оттек атомының санын z деп белгілесек, қосылыстың формуласын КхМnуОz деп жазуға болады. Егер заттың бір молі берілді деп қарастырсақ, онда х, у, z сандары қосылыс құрамындағы әр элементтің моль сандарының ең кіші қатынасын көрсетеді. 1. Элементтердің массалық үлестерін атомдық массаларына бөліп, қосылыс құрамындағы атом сандарының қатынастарын табамыз: Ar ( K ) 39, Ar ( Mn) 55, Ar (O) 16. 39,69 27,87 32,46 : : 1,02 : 0,506 : 2,03 39 55 16 2. Ең кіші санды бірлік ретінде алып, соған бөлек: x: y:z Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 1,02 0,506 2,03 : : 2 : 1 : 4 сандарын аламыз. 0,506 0,506 0,506 Егер бұл жерде бөлшек сан шықса, онда қатынасты бүтін сандарға келтіреміз. Алынған сандарды орындарына қойып, белгісіз заттың формуласын табамыз: К2МnО4 Жауабы: Іздеп отырған заттың формуласы - К2МnО4 x: y:z №5 дәріс 1-есеп. Этилен қатарындағы қанықпаған көмірсутегінің сутегі бойынша салыстырмалы тығыздығы – 49. Көмірсутегінің молекулалық формуласын табыңызхдар. Шығарылуы. Көмірсутегінің салыстырмалы молекулалық массасы М2Д49298. Этилен қатарындағы көмірсутегінің жалпы формуласы – СnH2n. Көмірсутегінің салыстырмалы атомдық массасы Ar(С) 12, ал Ar(Н) 1 екенін ескеріп, көміртегінің Мr-ін табу үшін мынадай теңдеу құрамыз: Мr 12n + 2n 98 салыстырмалы молекулалық масса 98 болғанша n-нің орнына сандық мән қоямыз. Сонда көмірсутегінің формуласы – С7Н14 (гептан) болады. 2-есеп. Құрамындағы темірдің массасы 50 проценттен артық болса, ол темірге бай рудалар қатарына жатады. Құрамында 60 % магнитті теміртасы Fe3O4 болатын руда темірге бай рудалар қатарына жата ма? Шешуі: Мұндай есептеулер табиғатта руда түрінде кездесетін химиялық қосылыстардыңмассалық үлесін алдын ала білу және бағалау үшін шығарылады. Берілгені: Рудадағы w % (Fe3O4) = 60 Бай рудада w % (Fe) = 50 Берілген рудада w % (Fe) = ? Mr (Fe3O4) = 56∙4 = 168 + 64 = 232 1. 60 м.б. Fe3O4-те 168 м.б.Fe болады. 232:60=168:x X= (60∙128)/232=43 Демек, үлгіде 43 м.б. немесе 43 % темір бар. 2. 43 %-ті 50 %-пен салыстырып, оны бай руданың қатарына жатқызуға болмайтынын аңғарамыз. Тақырып 5. Химиялық және термохимиялық теңдеулер бойынша есептер. Химиялық теңдеулер: 1. реакцияға қатысатын және реакциядан шығатын заттардың мөлшерлік қатынастарын; 2. реакцияға түскен және реакция нәтижесінде түзілген затгардың массалық қатынастарын; 3. реакциядағы газ тәрізді немесе бу күйіндегі заттардың көлемдік қатынастарын көрсетеді. Химиялық реакциялармен байланысты жылу энергиясының шамасы көрсетіліп жазылған теңдеулерді термохимиялық теңдеулер деп атайды. Термохимиялық теңдеулер бойынша: а) химиялық қосылыстардың түзілу жылуын; ә) реакция кезінде бөлінетін немесе сіңірілетін жылу энергиясының шамасын; б) химиялық реакцияның жылу эффектісін есептеп шығаруға болады. Түзілу жылуы дегеніміз – жай заттардан химиялық қосылыстың бір молі түзілгенде бөлінетін немесе сіңірілетін жылудың мөлшері. Реакциядан бөлінетін жылудың шамасы қатысатын заттардың шамасына пропорционал болады. Г.И.Гесстің термохимиялық заңы: «Химиялық реакциялар кезінде бөлінетін және сіңірілетін жылу мөлшері әрекеттесуші заттардың бастапқы және соңғы күйіне ғана байланысты, оған аралық процестердің ықпалы жоқ». Химиялық реакциялар бірнеше сатыда жүреді. Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 1 1.Химиялық реакция теңдеулері бойынша есептеулер 1. Бір заттың массасы белгілі жағдайда келесі заттың (реагент немесе өнім) массасын есептеу 1-тапсырма. 2,3 г Na сумен әрекеттескенде түзілген натрий гидроксидінің массасын табыңыз. 2,3г x Na 2 HOH 2 NaOH Н 2 46г 80г 2,3г х 46г 80г 80 2,3 х 4 г ( NaOH ) 46 Бұл есепті былай да шығаруға болады: 2M ( Na) m( Na) 2M ( NaOH ) m( NaOH ) m( NaOH ) 2M ( NaOH ) m( Na) 80 2.3 4г 2M ( Na) 46 2-тапсырма. Күкірт қышқылын натрий гидроксидімен толық бейтараптағанда 56,8 г натрий сульфаты түзілді. Күкірт қышқылы мен натрий гидроксидінің қандай мөлшері реакцияға түскен? Шешуі. 1. Бейтараптау реакциясының теңдеуін жазамыз: H 2 SO4 2NaOH Na2 SO4 2H 2O. Бұл теңдеу күкірт қышқылының 1 молін бейтараптауға натрий гидроксидінің 2 молі жұмсалатынын, нәтижесінде 1 моль натрий сульфаты және 2 моль су түзілетінін көрсетеді. Күкірт қышқылының 1 молі 98 г, натрий гидроксидінің 1 молі 40 г, натрий сульфатының 1 молі 142 г, судың 1 молі 18 г. Осыларға сүйеніп, есептің шартына сәйкес қажетті заттардың формулаларына сан мәндерін қоямыз. хг уг 56,8 г H 2 SO4 2NaOH Na2 SO4 2H 2O. 98 г 2∙40г 142 г 142 г Na2 SO4 түзілгенде 98 г H 2 SO4 жұмсалады; 56,8 г Na2 SO4 түзілгенде х г H 2 SO4 жұмсалады. 98 x 98 56,8 39,2 г H 2 SO4 . Бұдан ; x 142 142 56,8 142 г Na2 SO4 түзілгенде 40 г NaOH жұмсалады; 56,8 г Na2 SO4 түзілгенде у г NaOH жұмсалады. 80 y 80 56,8 32 г NaOH . Бұдан ; y 142 142 56,8 Жауабы: 39,2 г H 2 SO4 , 32 г NaOH . Мысал-1. 7 г Fe мен күкірттің өзара әрекеттесуі кезінде 12,15 кДж жылу бөлінді. Осы негіздерді ала отырып реакцияның термохимиялық теңдеуін құрыңыз. Берілгені: m 7 г ( Fe) Q 12,15кДж Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. Шешуі: 1 моль темір күкіртпен әрекеттескен кезде неше жылу бөлінетінін табамыз: 7 г Fe -мен әрек-де ----12,15 кДж бөлінді 56 г Fe -мен ------------- х кДж Х= 97,2 кДж Термохимиялық теңдеу: Fe S FeS 97,2кДж Мысал-2. 1,6 г күкірт жанғанда 3,55 ккал жылу бөлінді. Күкірт (IV) оксидінің түзілу жылуы қанша? Шешуі. Келтірілген мысалда реакцияға түскен күкірттің және реакция нәтижесінде бөлінген жылудың мөлшері берілген. Осыларға сүйеніп күкірт диоксидінің бір грамм-молекуласы түзілгенде бөлінетін жылудың шамасын есептеп шығару керек. 1. Алдымен реакция нәтижесінде түзілген күкірт (IV) оксидінің мөлшерін табамыз: S O2 SO2 . моль 32 г 64 г 32 г S жанғанда 64 г SO2 түзіледі, 1,6 г S жанғанда х г SO2 түзіледі; 1,6 64 бұдан x 3,2 г. 32 2. 1 моль SO2 -нің түзілу жылуын есептейміз: 3,2 г SO2 түзілгенде 3,55 ккал жылу бөлінеді; 64 г SO2 түзілгенде х ккал жылу бөлінеді; 64 3,55 бұдан x 71 ккал. 3,2 Жауабы: SO2 -нің түзілу жылуы 71 ккал/моль. Мысал-3. Қалыпты жағдайда алынған 8,4 л күкіреуік газды жарғанда қанша жылу бөлінеді? Су буының түзілу жылуы 57,8 ккал/моль. Шешуі. Келтірілген мысалда қопарылысқа алынған сутегі мен оттегі қоспасының көлемі және олардан түзілетін су буының түзілу жылуы берілген. 1. Алдымен реакциядан шығатын су буының көлемін табамыз: 2H 2 O2 2H 2O Бұдан 3 л күкіреуік газдан 2 л су буы, ал 8,4 л күкіреуік газдан х л су буы түзілетіні көрінеді: 8,4 2 x 5,6 л H 2 O 3 2. 22,4 л H 2 O түзілгенде 57,8 ккал жылу бөлінеді, 5,6 л H 2 O түзілгенде х ккал жылу бөлінеді; 5,6 57,8 x 14,45 ккал. 22,4 № Тақырып 6-7 6-7 Химиялық реакцияның жылдамдығы. Химиялық тепе-теңдік тақырыбына дәріс есептер шығару Химиялық кинетика– химиялық реакцияның жылдамдығы мен механизмі туралы ілім. Химиялық реакция жылдамдығы-бірлік уақыт ішінде заттың концентрациясының өзгерісі. Vгом = c/; Реакция жылдамдығы белгілі бір уақыт ішінде әрекеттесуші заттардың концентрациясының өзгеруімен өлшенеді. Ол әрекеттесуші заттардың Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. концентрациясы және реакция жағдайына (температура, қысым, катализатор қатысуы) байланысты өзгереді. Химиялық реакциялардың жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал болады (әрекеттесуші массалар заңы Гульдберг пен Вааге). Бұл заңның математикалық өрнегі: v = K[A] m[B] n. Мұнда, v – реакция жылдамдығы; [A] мен [B] -әрекеттесуші заттардың концентрациясы; m және n – реакция теңдеуіндегі коэффициенттер; K- жылдамдық константасы. Газ қоспасы көлемінің кемуінен әрекеттесуші заттардың концентрациясы артады да, реакцияның жылдамдығы өседі. Температураға байланысты реакция жылдамдығының өзгеруі мына ережеге (Вант-Гофф ережесіне) бағынады: температура әрбір 100С-ге артқанда, химиялық реакциялардың жылдамдығы 2-4 есе өседі. Температура 100С-ге артқанда, реакция жылдамдығы неше есе өсетінін көрсететін санды температуралық коэффициент деп атайды. Температураға байланысты реакция жылдамдығының өзгерісін мына формула бойынша табады: vt2 vt1 t 2 t1 10 Мұнда vt 2 -соңғы температурадағы реакцияның жылдамдығы; v t1 -бастапқы t 2 t1 10 температурадағы реакция жылдамдығы; -температуралық коэффициент. температура кесімді бір мөлшерге өзгергенде реакция жылдамдығы қалай өсетінін көрсететін шама. Реакцияласушы заттардың концентрациясы өзгермейтін күйге келеді, оны тепе-теңдік концентрациясы деп атайды. Ле-Шателье принципі: Химиялық тепе-теңдік күйіндегі жүйе жағдайының (концентрация, температура, қысым) біреуі өзгерсе, тепе-теңдік сол өзгеріске қарсы жүретін реакцияның бағытына қарай ығысады, бастапқы тепе-теңдік күйін сақтауға тырысады. 1-мысал. 2СО СО2 С жүйесінде химиялық реакция жылдамдығын 4 есе арттыру үшін көміртегі оксидінің концентрациясын неше есе арттыру керек? Шешуі: 2СО СО2 С k[СО2 ]2 4 [СО2 ] 2 СО 2 есе. 2-мысал. Ыдыста хлор және сутекті араластырды. 5 с кейін ыдыстағы хлорсутектің концентрациясы 0,05моль/л-ге тең болды. HCl -ң орташа жылдамдығын ( моль / л с ) анықтаңыз. Шешуі: реакция басталғаннан кейін 5 с өткендегі HCl -ң ыдыстағы концентрациясын анықтаймыз: С( НСl ) C2 C1 , С1 0 моль / л C 2 ,C1 - соңғы және бастапқы молярлық концентрация. c ; t C ( HCl ) 0.05 0 0.05 моль / л орташа жылдамдығын HCl -ң 0.05 / 5 0.01моль / л с . анықтаймыз: с( HCl ) / t , 3-мысал. 3270С және 3 атм қысымдағы газдың концентрациясын есептеп шығару керек. Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. Шешуі. Газ күйі температураға, қысымға және көлеміне байланысты екендігі белгілі. Бұл есепті шығару үшін Клапейрон –Менделеев теңдеуін пайдаланамыз: m PV nRT немесе PV RT . M m Мұны түрлендіріп PV RT жазамыз. Сонда M v m C , M v яғни P CRT , P бұдан C . RT Есептің шартында берілгендерді өз орнына қоямыз: 3 C 0,06 моль / л. атм / л 0,082 600 град. моль 2-мысал. 2 N 2 O2 2 N 2 O қайтымды реакциясында заттардың бастапқы концентрациясы: [ N 2 ] 0,54 моль / л; [O2 ] 0,42 моль / л. Азоттың тепе-теңдік концентрациясы 0,18 моль/л. Басқа заттардың тепе-теңдік концентрациялары қандай болады? Шешуі. Бұл мысалда реакцияға кіріскен заттардың бастапқы концентрациясы және біреуінің ғана тепе-теңдік концентрациясы берілген. Соған сүйеніп қалған заттардың тепе-теңдік концентрацияларын табу керек. Ол үшін азоттың бастапқы және тепе-теңдік концентрацияларын салыстырып, айырмасын табамыз. Сонда ∆ [ N 2 ] 0,54 моль / л 0,18моль / л 0,36 моль / л азот реакцияға кіріскен. Реакция теңдеуінен әрекеттесуші грамм-молекулалар қатынасы 2:1:2 екені белгілі. Демек, 0,36 моль/л азотпен әрекеттесу үшін 0,36: 2=0,18 моль/л оттегі шығындалады. Нәтижесінде 0,36 моль/л азоттың (І) оксиді түзіледі. Бұдан тепе-теңдік кезіндегі концентрация: [O2 ] 0,42 0,18 0,24 моль / л; [ N 2O] 0 0,36 0,36 моль / л. Тепе-теңдік константасын табу. 1-мысал. [ H 2 ] және [ I 2 ] -ң бастапқы концентрациялары 0,02моль/л, ал HI -ң тепе-теңдік концентрациясы -0,03моль/л болса, тепе-теңдік константасын есептеңіз. Берілгені: С HI ( тепе тендик) 0,03 моль / л [ H 2 ]баст 0,02 моль / л [ I 2 ]баст 0,02 моль / л [ H 2 ]тепетендик ? [ I 2 ]тепетендик ? К тепетендик ? Шешуі: Н 2 I 2 2НI реакция теңдеуінен 0,03 моль НI үшін ½ моль сутек 0,03 моль 0,015 моль( Н 2 ) және және иод қажет екенін байқадық. Демек, 2 0,015моль( I 2 ) болады. Оладың тепе-теңдік концентрациялар тең, және мынадай мәнге ие: [ Н 2 ]тепетендик [ H 2 ]баст. 0,015 0,02 0,015 0,005 моль / л Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. [ I 2 ]тепетендик 0,02 0,015 0,005 моль / л К тепе тендик [ HI ]2 0.03 2 36 [ H 2 ] [ I 2 ] 0.005 0.005 3-мысал. NaCl H 2 SO4 NaHSO4 HCl реакциясында тепе-теңдік концентрациялары: [ NaCl] 0,04 моль / л; [ H 2 SO4 ] 0,03ь / л; [ NaHSO4 ] 0,02 моль / л; [ HCl ] 0,02 моль / л. Тепе-теңдік константасын есептеп шығару керек. Шешуі. Реакция теңдеуіне сәйкес тепе-теңдік константасының [ NaHSO4 ][ HCl ] математикалық өрнегін жазамыз: K . [ NaCl][ H 2 SO4 ] Есептің шартында берілген сан мәндерін қоямыз: 0,02 0,02 K 0,33. 0,04 0,03 №8 Тақырып 8. Элементтердің Д.И. Менделеев периодтық жүйесі. Атом дәріс құрылысы тақырыбы бойынша есептер шығару Элементтің периодтық жүйедегі орны деп сол элемент орналасқан периодын, қатарын және тобын айтады. Элемент атомындағы электрон саны реттік нөміріне тең. Олар орналасатын орбита саны элементтің период нөміріне сәйкес келеді. Атом - күрделі электромагнитік жүйе, ол квант механикасының заңдарына бағынады. Атомның электрондық құрылымын есептеп шығару үшін электрондардың күйін сипаттайтын квант сандарын, Паули принципі мен Гунд ережесін және энергетикалық тиімділік принципі мен Клечковский ережелерін білу керек. Паули принципі: Кез-келген атомда немесе молекулада барлық квант саны бірдей екі электрон болуы мүмкін емес. Гунд ережесі: Электрондар орбитальдарға спиндерінің қосындысы жоғары жағдайында орналасады, яғни орбитальдарда электрондар алдымен бір-бірден орналасады, содан соң электрондар жұптасады. Энергетикалық тиімділік принципі: Атомдағы электронның ең тұрақты күйіне ең кіші мәні сәйкес келеді. Сондықтан электрондар орбитальдарды толтырғанда энергиясы ең кіші орбитальдарды ең алдымен толтырады. Клечковский ережесі: электронның берілген екі жағдайының қайсысында бас және орбиталь квант сандарының қосындысы (n + l) үлкен болса, соның энергиясы үлкен болады. Егер (n + l) қосынды мәні бірдей бірнеше деңгейшелер болса, онда алдымен бас квант санының кіші мәніндегі деңгейше тола бастайды. 1s 2s 2 p3s3 p 4s 3d 4 p5s 4d 5 p 4d 5 p6s 4 f 5d 6 p7 s 5 f 6d 7 p . Атомдағы электрон күйі төрт квант санымен сипаттталады. а) Бас квант саны – n, электронның ядродан қашықтығын, жалпы энергия қорын немесе энергетикалық деңгейін көрсетеді. Олар 1-ден 7-ге дейінгі бүтін сандармен белгіленеді. Әрбір энергетикалық деңгейде болуы мүмкін электрондар саны N 2n 2 формуласымен анықталады. Мұнда N - электрондар саны, n - бас квант саны. Бұл формула бойынша: 1- орбитада N 2 12 2 электрон, 2- орбитада N 2 2 2 8 электрон, 3- орбитада N 2 3 2 18 электрон, Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 1 4- орбитада N 2 4 2 32 электрон және т.с.с. болуы мүмкін. ә) Орбиталь квант саны – l , осы энергетикалық деңгейде болуы мүмкін орбитальдар түрінің санын және орбитальдар санын көрсетеді. Орбиталь саны элементтің өзі орналасқан энергетикалық деңгейдің нөміріне сәйкес келеді, 0,1,2,3... жалпы алғанда n-1 бүтін сандарымен немесе s, p, d ,f әріптерімен белгіленеді. Мысалы: немесе s; n 1 болғанда l 0 n 2 болғанда l 0,1 немесе s, p; n 3 болғанда l 0,1,2 немесе s, p, d ; n 4 болғанда l 0,1,2,3 немесе s, p, d , f . Әрбір орбитальда болуы мүмкін электрон саны 2 x (2l 1) формуласымен табылады. l 0 болғанда, яғни s - орбитальда 2 x(2l 1) 2 электрон, l 1 болғанда, яғни p - орбитальда 2 x(2l 1) 6 электрон, l 2 болғанда, яғни d - орбитальда 2 x(2l 1) 10 электрон, l 3 болғанда, яғни f - орбитальда 2 x(2l 1) 14 электрон орналасуы мүмкін. б) Магнит квант саны - m , осы электрон орбитасының атомдағы күйін көрсетеді, оның сандық мәні - l -ден l -ге дейін өзгеріп 2l 1 формуласымен кескінделеді. l 0 болғанда m 0, m 1,0,1 , l 1 болғанда m 2,1,0,1,2 , l 2 болғанда m 3,2,1,0,1,2,3. l 3 болғанда в) Спин квант саны - ms , электронның өз осінен айналу бағытын 1 1 сипаттайды, айналу бағытына қарай және таңбасымен 2 2 белгіленеді. Периодтық жүйеге байланысты берілген мәліметтерге сүйеніп, химиялық элементті және оның қосылысын табу. 1-мысал. Элементтің сутегімен қосылысында 2,74 % сутегі бар, ал оттегімен жоғары валенттіліктегі қосылысының формуласы Э2О7. Бұл қай элемент? Шешуі. Бұл мысалдарға сүйеніп элементтің атомдық массасын, атомдық массасына қарап өзін білуге болады. а) Элементтің оттегі бойынша қосылысының формуласы - Э2О7, демек валенттілігі 7-ге тең. Бұл - VІІ топтың элементі. ә) Элементтің сутегі бойынша валенттілігі 8 - 7 = 1; сутегімен қосылысының формуласы – ЭН. б) Сутекті қосылысындағы элементтің проценттік мөлшері: 100 – 2,74 = 97,26 %. в) 2,74 с.б. сутегімен 97,26 с.б. элемент қосылысады, 1 с.б. сутегімен х с.б. элемент қосылысады; 97,26 x 35,5. 2,74 Элементтің сутегімен қосылысының құрамында 1 атом сутегі бар, демек, 35,5 сол элементтің бір атомына сәйкес келеді (ЭН). VІІ топта атомдық массасы 35,5 –ке сәйкес келетін бір ғана элемент бар, ол – хлор. 2-мысал. Екі валентті металдың 25 грамы сумен әрекеттесіп (қалыпты жағдайда), 14 л сутегін ығыстырып шығарады. Бұл қай элемент? Шешуі. Есептің шартында белгісіз металдың массасы және осы мөлшерде ығыстыратын сутегі көлемі берілген. Осыған және реакция теңдеуіне, граммФ КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. молекулалық көлемге сүйеніп, металдың атомдық массасын табамыз. 1. Реакция теңдеуі: II M 2 H 2 O M (OH ) 2 H 2 1 атом 1 моль 22,4 л 2. Металдың 1 атомының массасы: 14 л H 2 25 г метал бөліп шығарады, 22,4 л H 2 х г метал бөліп шығарады; 25 22,4 Бұдан x 40 г. 14 Жауабы: атомдық массасы 40-қа тең екі валентті металл – кальций. Реттік нөмірі бойынша элементтің периодтық жүйедегі орнын табу. 3-мысал. Реттік нөмірі 30-ға тең элементтің периодтық жүйедегі орны қандай? Шешуі. Оны есептеп шығару үшін элементтің реттік нөмірінен периодтардағы элементтер санын біртіндеп шегеру керек. І периодта екі элемент бар 39-2 =37; ІІ периодта 8 элемент орналасқан 37 - 8 = 29; ІІІ периодта 8 элемент бар 29- 8 = 21; ІV периодта 18 элемент, оны 21 –ден алып тастаймыз 21- 18 = 3. Демек, реттік нөмірі 39- элемент, V периодта, 6-қатарда, 3-топта орналасуы керек. Реттік нөмірі бойынша атомдағы электрон орбитасының санын табу. 4-мысал. Реттік нөмірі 46-ға тең элементтің атомында неше электрон орбитасы болады? Шешуі. Демек, бұл мысалды шешу үшін осының алдында айтылған әдіспен элемент орналасқан периодты тапса болғаны: I II III IV V 46 2 8 8 18 10 Элемент бесінші периодта орналасқан, яғни оның атомында бес электрон орбитасы бар, олар 1,2,3,4,5 немесе K,L,M,N,O кванттық орбитасы. 5-мысал. Калий дихроматының тотығу дәрежесі қандай? Шешуі. Калий дихроматының тотығу дәрежесін х–пен белгілеп, қалған элементтердің белгілі тотығу дәрежесін таңбасының үстіне қоямыз: 1 № 9-10 дәріс x 2 K 2 Cr 2 O7 . Молекуладағы элементтердің тотығу дәрежелерінің алгебралық қосындысы нөлге тең болады: 2 + 2х + (-2 ∙ 7) = 0; 2х = (-2) + (+14); 2х = 12; х = 6. Тақырып 9-10 Химиялық байланыс тақырыбы бойынша, Ерітінділер. Ерігіштік тақырыбы бойынша есептер шығару Молекула түзгенде атомдар өзара белгілі бір тәртіппен байланысады, оны химиялық байланыс деп атайды. Химиялық байланыстар: иондық, коваленттік, сутегіндік және металдық деп жіктеледі. 1-мысал. Калий хлориді молекуласының түзілу схемасын сызу керек. Шешуі. Өзара әрекеттескенде әрбір атом тұрақты, яғни сегіз электрон қабатын түзуге тырысады (октет ережесі). Калий мен хлор атомдарының молекула түзілуі де осы ережеге бағынады. Алдымен калий мен хлор атомдарының электрондық формуласын жазайық: К - 1s 2 ,2s 2 2 p 6 ,3s 2 3 p 6 ,4s1 Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. Cl - 1s 2 ,2s 2 2 p 6 ,3s 2 3 p 5 Сыртқы қабатта сегіз электроннан болу үшін калий атомында бір электрон артық, хлор атомында бір электрон жетіспейді. Калийдің 4s -орбиталындағы дара электроны сыртқы энергияның әсерінен оңай үзіледі. Калийдің иондану потенциалы – 4,3 в. Хлор атомы электрон қосып алуға бейім келеді. Хлор атомының электрон тартқыштығы 3,8в. Химиялық әрекеттескенде калий атомы электронын береді, хлор атомы қосып алады: K e K, Cl e Cl Зарядтары қарама-қарсы екі ион бір-біріне тартылып, калий хлоридінің молекуласы түзіледі: K Cl KCl . Калий мен хлор иондарының электрондық құрылымы октет ережесіне сай келеді: К+ - 1s 2 ,2s 2 2 p 6 ,3s 2 3 p 6 Cl- - 1s 2 ,2s 2 2 p 6 ,3s 2 3 p 6 2-мысал. HF , NO, PH 3 , SiH 4 молекулаларының диполь моменттерінің жазылу реті бойынша 1,91D; 0,16 D; 0,55D; 0 D. Осылардың қайсылары полюсті, қайсылары полюссіз молекулаға жатады? Шешуі. Берілген молекулаларды диполь моменті өсу реті бойынша орналастырамыз: SiH 4 , NO, PH 3 , HF 0D 0 ,16 D 0 , 55 D 1, 91 SiH 4 -полюссіз, қалғандары полюсті молекулаларға жатады. Ерітінді - құрамы белгілі шекте үздіксіз өзгере алатын, термодинамикалық тұрақты жүйе. Ерітінділер газды түрінде, сұйықтық және қатты күйінде кездеседі. Ерітінділер қаныққан және қанықпаған болып екіге бөлінеді. Берілген температурадағы еріткіште зат одан әрі ери алмайтын ерітінділерді қаныққан ерітінділер деп атайды. Ерігіштік белгілі бір жағдайда қаныққан ерітінділердің концентрациясы арқылы көрсетіледі. Ерігіштікті белгілеудің бірнеше тәсілдері бар. Проценттік ерігіштік қаныққан ерітіндінің проценттік концентрациясының еріткіш массасына немесе жалпы ерітіндінің массасына қатынасымен көрсетіледі. Бұлай көрсеткенде ерігіштік коэффициенті деген түсінік жиі қолданылады. Берілген жағдайда еріткіштің 100 грамында еріп қаныққан ерітінді түзетін заттың грамм санын ерігіштік коэффициенті деп атайды. Мольдік ерігіштік қаныққан ерітіндінің мольдік концентрациясымен белгіленеді. Ерігіштік кейде қаныққан ерітіндінің 1 л болатын еріген заттың грамм санымен белгіленеді. Газдардың ерігіштігі еріткіштің белгілі бір көлем бірлігінде еріген газдың көлемі арқылы көрсетіледі. Қатты заттардың ерігіштігі температураға, газдардың ерігіштігі температурамен қоса қысымға байланысты өзгереді. 1. Ас тұзының 20С қаныққан ерітіндісінің концентрациясын процентпен көрсетіңдер. Шешуі. 1 – суреттегі графиктен 100 г 36 г ас тұзы еритіні көрінеді. Бұдан шыққан ерітіндінің m 100ã 36ã 136ã. Ендеше, ерітіндінің проценттік Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. № 1112 дәріс концентрациясы: 36 % 100 26,5%. 136 2. Қыздыру арқылы 500 г суда 300 г аммоний хлориді ерітілген. 15С дейін салқындатқанда ерітіндіден неше грамм аммоний хлориді бөлініп шығады? Шешуі. а) Берілген ерітіндідегі аммоний хлоридінің ерігіштігін табамыз: 500 г суда 300 г, 100 г суда х г ериді; 100 300 õ 60 г тұз. 500 Мыс сульфатының 20 % ерітіндісі қандай температурада қанығады? Шешуі. а) Берілген ерітіндідегі еріген заттың ерігіштік коэффициентін табамыз. 20 % ерітіндісінде 80 г су, 20 г тұз бар. 80 г суда 20 г, 100 г суда х г ериді; 100 20 õ 25ã. 80 ә) Графиктен 100 г суда мыс сульфатының 25 грамы 30С температурада еритінін көреміз. Тақырып 11-12. Электролит ертінділері. Электролиттік диссоциация теориясы. Кольрауш заңы. Тұздар гидролизі тақырыбы бойынша есептер шығару Заттардың электр тогын өткізетін ерітінділерін электролиттер деп атайды. Электролиттерге қышқыл, негіз және тұз ерітінділері жатады. С.Аррениус электролиттік диссоциациялану теориясын ұсынды: 1. Қышқыл, негіз және тұздар суда ерігенде оң және теріс зарядты иондарға ыдырайды. 2. Иондар атом құрылысы мен қасиеті бойынша өзгеше келеді. 3. Ерітінді мен балқымадағы иондардың қозғалысы ретсіз, ал электролиттің ерітіндісі немесе балқымасы арқылы тұрақты ток өткізгенде катиондар катодқа (-), ал аниондар анодқа (+) бағыттала қозғалады. 4. Электролиттік диссоциация - процесі барлық жағдайда да қайтымды. Гидролиз – заттардың сумен алмасу реакциясы. Суда әрдайым сутегі ионы мен гидроксил иондарының болуы гидролизге себепші болады. Бұл иондардың біреуі еріген заттың иондарымен байланысып, нашар диссоциацияланатын немесе аз еритін өнім түзіледі. Күшті қышқыл мен әлсіз негіздің, әлсіз қышқыл мен күшті негіздің және әлсіз қышқыл мен әлсіз негіздің тұздары гидролизге ұшырайды. Күшті сілті мен күшті қышқылдың тұзы гидролизге ұшырамайды. 1–мысал. Натрий сульфаты мен калий нитраты араластырғанда алмасу реакциясы жүре ме? Шешуі. Реакцияға алынған заттар төрт ион түзеді: 2 Na2 SO4 2 Na SO4 , ерітінділерін KNO3 K NO3 . Бесінші жағдайға сәйкес 2 Na және NO3 , алтыншы жағдайға сәйкес K және SO4 2 иондары түйісуі мүмкін. Бірақ олардан түзілуге тиісті NaNO3 пен K 2 SO4 күшті электролиттер болғандықтан ерітінді де иондар күйінде ғана бола алады. Нәтижесінде алмасу реакциясы жүрмейді. 2–мысал. Азотты қышқылдың HNO2 0,1 М ерітіндісіндегі диссоциациялану дәрежесі 6,6%. Диссоциациялану константасын есептеп шығару Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. керек. Шешуі. Диссоциациялану константасы мен диссоциациялану дәрежесі арасында тәуелділік бар, ол мына формуламен көрсетіледі. 2 𝐾𝑑 = 𝛼 𝐶⁄1 − 𝛼 Бұл формулаға есептің шартында берілген сан мәндерін қоямыз: 0,0662 0,1 4,7 10 4. Ê 1 0,066 3-мысал. Егер азотты қышқылдың HNO2 1М ерітіндісіндегі диссоциациялану дәрежесі 2 % болса, онда ерітінде қанша сутегі иондары (мольмен) түзіледі?. Шешуі. 1-тәсіл. Азотты қышқылдың HNO2 диссоциациялану реакциясы теңдеуінен сутегі иондарының моль санын табуға болады. Қышқылдың диссоциациялану дәрежесін қолдана отырып, осы шаманы табамыз: 1 моль HNO2 100 % х моль HNO2 2 % 1 x , Бұдан x 0,02 моль HNO2 . 100 2 2-тәсіл. Бұл есепті формуланы қолдану арқылы шығаруға да болады: n 100 ; мұндағы - диссоциациялану дәрежесі; зат мөлшері; n моль саны. Осы формуладан сутегі иондарының моль санын табамыз: 2 1 n 0,02 (моль). 100 100 Диссоциациялану теңдеуінен 0 , 02 ìîëü 0 , 02 ìîëü 1 ìîëü 1 ìîëü HNO2 H NO2 0,02 моль HNO2 диссоциацияланғанда 0,02 моль сутегі иондары түзіледі. 4–мысал. Натрий сульфаты мен барий нитраты ерітінділерін араластырғанда алмасу реакциясы жүре ме? Шешуі. Реакцияға алынған заттар күшті электролиттер иондарға ыдырайды: 2 Na2 SO4 2 Na SO4 , Ba NO3 2 Ba 2 2 NO3 . Барий мен сульфат иондары түйіскенде суда ерімейтін тұз түзіледі, сондықтан, реакция ақырына дейін жүреді. Бұл реакцияның молекулалық теңдеуі: Na2 SO4 Ba NO3 2 BaSO 4 NaNO3 . Бастапқы заттар реакцияға дейін ерітіндіде иондар күйінде болатынын ескеріп, иондық теңдеу жазамыз: 2 2 Na SO4 Ba 2 2 NO3 BaSO4 2 Na 2 NO3 . Натрий мен нитрат иондары реакцияға қатыспайды, оларды жазбағанда, иондық теңдеудің қысқа түрі шығады: 2 Ba 2 SO4 BaSO4 . Келтірілген алмасу реакциясын барий мен сульфат иондарының арасындағы реакция деп қарастыруға болады. Бұл реакция осы екі ионы бар кез Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. келген электролиттерді араластырғанда жүзеге асады. Сондықтан барий ионы күкірт қышқыл және оның тұздары үшін реактив болып саналады. 5–мысал. Натрий ацетаты, аммоний хлориді, аммоний ацетаты және натрий хлориді тұздары гидролизінің иондық теңдеулерін жазу керек. Шешуі. а) Натрий ацетатының формуласы – CH 3COONa , әлсіз қышқыл мен күшті сілтінің тұзы. Суда ерігенде иондарға ыдырайды: CH 3COONa CH 3COO Na . Су молекулалары да өте аз мөлшерде иондарға ыдырайды: H 2O H OH . Сутегі иондары ацетат иондарымен қосылып, әлсіз сірке қышқылының молекуласын CH 3COOÍ түзеді. Реакцияның иондық теңдеуі: CH 3COONa CH 3COO Na H 2O H OH CH 3COOÍ ә) Аммоний хлориді NH 4Cl – әлсіз негіз бен күшті қышқылдың тұзы гидролизге ұшырайды: NH 4 Cl NH 4 Cl H 2O OH H NH4OH Гидролиз нәтижесінде аммоний ионы мен гидроксил ионы бірігіп әлсіз негіз түзіледі. б) Аммоний ацетаты - әлсіз қышқыл мен әлсіз негіз тұзының гидролизі: CH 3COONH 4 CH 3COO NH 4 № 13 дәріс H 2 O H + OH CH 3COOÍ NH4OH Сутегі және гидроксил иондарының екеуі де байланысқа түседі. в) Натрий хлориді гидролизге ұшырамайды, өйткені күшті сілті мен күшті қышқылдың тұзы. Тақырып 13. Ерітінділердің қасиеттері. Ерітінділердің концентрациясы. Осмос қысымы тақырыбы бойынша есептер шығару. Еріген заттың массалық үлесін анықтайтын формула: m (%) зат 100%. mер Мольдік концентрация ерітіндінің 1 литрінде ерітілген заттың моль санымен анықталады. Ерітіндінің мольдік концентрациясын: n C M моль/л V m 1000 моль/л. CM 1 M V Ерітіндінің көлемі миллилитрмен алынғанда мольдік концентрация мына Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. формуламен өрнектеледі: m 1000 моль/л. CM M V Ерітіндінің 1 литрінде ерітілген заттың эквивалент санымен көрсетіледі. Ол математикалық жағынан былай өрнектеледі: m C H 1 моль/л. Ý V Мұнда C H -ерітіндінің нормальдық (эквиваленттік) концентрациясы; m1 -еріген заттың массасы; Э-еріген заттың эквиваленттік молярлық массасы; V -ерітіндінің литрмен алынған көлемі. Ерітіндінің көлемі миллилитрмен алынса, нормальдық концентрациясының формуласы да соған сәйкес өзгереді: m 1000 моль/л. CH 1 Ý V Нормальдық концентрациялармен байланысты есептеулерді жүзеге асыру үшін күрделі заттардың эквивалентін табу әдістерін білу керек. Мольяльдық концентрация. Еріткіштің мөлшері тұрақты болғанда, ерітіндінің концентрациясы мольяльдықпен көрсетіледі. Мольяльдық концентрация еріткіштің 1 килограмында еріген заттың моль санымен анықталады. Оның математикалық өрнегі: m 1000 моль/кг. C M / êã 1 M m2 Мұнда C M / êã -ерітіндінің мольяльдық концентрациясы, m1 - еріген заттың массасы, M - еріген заттың молекулалық массасы, m2 - еріткіштің массасы. Ерітіндінің осмос қысымы, сол еріген зат газ күйінде болып, осы температурада ерітіндінің көлеміндей көлем алып тұрғандағы туғызатын қысымына тең (Вант – Гофф заңы). Сұйық ерітінділердің осмос қысымы ерітіндінің мольдік концентрациясына және абсолюттік температураға тура пропорционал болады: mRT P CRT немесе P MV Бұл теңдеудегі Р – ерітіндінің осмос қысымы; С – ерітіндінің мольдік концентрациясы; Т – абсолюттік температура, R – газ тұрақтысы, 1 Еріген заттың пайыздық құрамын есептеу 1-мысал. 450 г суда 50 CuSO4 5H 2O ерітті. Кристаллогидраттың және сусыз тұздың пайыздық құрамын есептеу. Берілгені: m( H 2O) 450г m(CuSO4 5H2O) 50г (%)CuSO4 5H 2O ? (%)CuSO4 ? Шешуі: m(ерiтiндi ) 450 г 50г 500г 1) Кристаллогидраттың пайыздық құрамын табамыз: 500 г ер-ді ----- 100% 50 г ер.зат -----х% 50 100 х 10%(CuSO4 5H 2O) 500 2) Сусыз тұздың пайыздық құрамы: Mr (CuSO4 ) 64 32 64 128 32 160г / моль ; Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. Mr (CuSO4 5Н 2 О) 160 5 18 160 90 250г / моль . 250 г -------160г 50 г ---------х г 50 160 х 32г (CuSO4 ) 250 500 г ерітінді ----100% 32 г ер.зат --------х% 32 100 х 6,4%(CuSO4 ) 500 2. Молярлық концентрация 1-мысал. Көлемі 300 мл ерітіндідегі КОН -ң молярлық концентрациясын анықтаңыз. Ерітіндідегі КОН массасы 14 г. Берілгені: Vер i 300 мл 0,3 л m 14 г ( КОН ) СМ ( КОН ) ? Шешуі: 1) КОН -ң зат мөлшерін есептейміз: m( KOH ) M ( КОН ) 56г / моль ( КОН ) M ( KOH ) 14г ( КОН ) 0,25 моль 56г / моль 2) КОН -ң молярлық концентрациясын анықтаймыз: С ( КОН ) ( КОН ) / Vер i С ( КОН ) 0,25 моль / 0,3 л 0,83 моль / л 3. Егер ерітінді массасы және еріген заттың массалық үлесі белгілі болған жағдайда еріген заттың және еріткіштің массасын есептеу 1-мысал. Құрамында NaCl -дың массалық үлесі 5% болатын, 500 г ерітінді дайындауға қажет NaCl мен H 2O -ң массасын есептеңіз. Берілгені: m 500г (ерiтiндi ) (%) 5% NaCl т( NaCl ) ? m ( H 2O ) ? Шешуі: 1) берілген ерітіндіні дайындауға қажет NaCl -ң массасын табамыз. 100 г ерітіндіде 5 г NaCl бар 500 г-да ----------х г 500 5 х 25г ( NaCl ) 100 2) судың қандай массасы қажет екенін есептейміз: m( H2O) 500г 25г 475г 4.Ерітінді тығыздығын пайдалану арқылы шығарылатын есептеулер 1-мысал. 100 мл 13,7% Na2 CO3 ерітіндісмен ( 1.145) алмаса әрекеттесуге қажет 10%-дық H 2 SO4 -нан неше грамм қажет? Берілгені: ер i ( H 2 SO4 ) 10% V 100мл Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. ер i ( Na 2 СO3 ) 13.7% 1.145 m( H 2 SO4 ) ? Шешуі: 1) m V Na2 CO3 ерітіндісінің массасын табамыз: m 1.145г / мл 100 мл 114,5г 114,5 г -------------100% Х г ------------------13,7% 13,7 114,5 х 15,68г ( Na2 CO 3 ) 100 15.6 х 2) Na2 CO3 H 2 SO4 Na2 SO4 CO2 H 2 O реакция теңдеуінен H 2 SO4 -тің 106г / моль 98г / моль қажетті мөлшерін табамыз. Mr ( H 2 SO4 ) 1 2 32 64 98г / моль ; Mr ( Na2 CO3 ) 23 2 12 16 3 106г / моль 5,6 г -----х г 106 г ----98 98 5.6 х 14.5г 100 3) 10%-дық H 2 SO4 табамыз: 14,5 г ------10% Х г -------100% 14,5 100 х 145г ( Н 2 SO4 ) 10 1–мысал. 27С температурада 0,1 М қант ерітіндісінің осмос қысымы қандай болады? Шешуі. Есептің шартында берілгендерді теңдеуге қоямыз: P CRT . Р 0,1 0,082 300 2,46атм. 2–мысал. 0С температурада тұз ерітіндісінің осмос қысымы 2,24 атм. Осы ерітіндінің мольдік концентрациясы қандай? Шешуі. P CRT . формуласынан: P 2,24 0,1М . RT 0,082 273 № Тақырып 14 Тотығу-тотықсыздану реакциялары тақырыбы бойынша 14 есептер шығару дәріс Химиялық реакцияға қатысатын заттардың тотығу дәрежесі өзгеріп жүретін реакциялар тотығу – тотықсыздану реакциялары деп атайды. Тотығу – тотықсыздану реакцияларының теңдеуін жазу үшін тотықсыздандырғышты және тотықтырғышты, олардың беретін және қосып алатын электрон санын дұрыс анықтай білу керек. Тотықсыздандырғыштар - өздерінен электрон беретін заттар. Оларға металл атомдары, металл еместердің теріс зарядталған иондары H 2 S , H 2 Se, H 2Te, Hj , HBr және олардың тұздары), металдардың төменгі валенттілік көрсететін оң иондары Sn 2 , Fe 2 , Cr 2 , Mn 2 және т.б.) аралық және теріс тотығу дәрежесін көрсететін атомдары бар күрделі иондар мен молекулалар 2 NO2 , SO3 жатады. Тотықтырғыштар - өздеріне электрон қосып алатын заттар. Оларға бейметал атомдары, металдардың және бейметалдардың жоғары оң тотығу дәрежесін көрсететін қосылыстар жатады. CM Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 1 1–мысал. Алюминийдің оттегінде жану реакциясының теңдеуін жазу керек. Шешуі: Бұл тотығу – тотықсыздану реакциясының екі элемент қатысатын ең қарапайымы. Алдымен реакциға кірісетін заттардың таңбаларын жазамыз: Al O2 Бұл заттардың қайсысы тотықтырғыш, қайсысы тотықсыздандырғыш екенін анықтаймыз. Алюминий үшінші негізгі топтың металы, электртерістілігі – (–1,5). Сыртқы қабатында үш электроны бар, өзіне электрон қосып алмайды, сондықтан тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді. Оттегі алтыншы негізгі топта орналасқан, сыртқы қабатында алты электроны бар. Электртерістілігі – (– 3,5), өзіне екі электронды оңай қосып алады. Күшті тотықтырғыш. Айтылғандарға сүйеніп электрон беру және қосып алу процестерін схема түрінде жазамыз: 0 3 Al 3 e Al 0 | 4 2 O2 4 e 2 O | 3 Алюминий атомы - тотықсыздандырғыш, өзі реакция нәтижесінде тотығады, оттегі молекуласы-тотықтырғыш, өзі реакция кезінде тотықсызданады. Тотықсыздандырғыштың берген электрон санымен тотықтырғыштың қосып алған электрон саны тең болуы керек. Ол үшін алюминийдің беретін электрон санын төртке, оттегінің электрон санын үшке көбейту керек. Бұл сандар реакция теңдеуіне коэффициент етіп қойылады: 4 Al 3O2 2 Al2O3 . 2–мысал. Калий перманганатының қышқылдық, сілтілік және бейтарап ортадағы тотықтырғыш қасиеттерін көрсететін реакциялардың теңдеулерін жазу керек. Шешуі. Реакция теңдеулерін жазамыз: а) Қышқылдық орта тудырушы ретінде күкірт қышқылын алып, калий перманганатының натрий сульфитімен реакциясын қарастырамыз: Na2 SO3 KMnO4 H 2 SO4 MnSO4 K 2 SO4 Na2 SO4 H 2O Реакция кезінде тотығу дәрежесі өзгерген атомдар мен иондарды анықтаймыз. Калий перманганатында марганецтің тотығу дәрежесі +7, ары қарай электрон беруге мүмкіншілігі жоқ. Сондықтан Mn 7 ионы қышқылдық ортада өзіне 5 электрон қосып алып, тотықтырғыш қызметін атқарады. Натрий сульфитіндегі күкірттің тотығу дәрежесі +4, оның тағы екі электрон беруге мүмкіншілігі бар, сондықтан бұл реакцияда 4 тотықсыздандырғыш қызметін атқарады. Екі электрон бергенде S – тің тотығу дәрежесі +6 – ға дейін өседі. Бұл өзгерістерді реакция теңдеуіне кіргіземіз: 4 6 Na2 S O3 KMnO4 H 2 SO4 MnSO4 K 2 SO4 Na2 S O4 H 2 O. Берілген және қосып алынған электрондардың санын теңестіреміз: тотықсыздандырғыш тотықтырғыш 4 6 S 2e S 7 |5 2 Mn 5 e Mn | 2 Табылған сандарды реакция теңдеуіне коэффициенттер етіп қоямыз: Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 5Na2 SO3 2KMnO4 3H 2 SO4 2MnSO4 K 2 SO4 5Na2 SO4 3H 2O Реакция теңдеуін құрудың жеке кезеңдерін көрсету үшін бір теңдеуді бірнеше рет көшіріп жазуға тура келді, іс жүзінде мұны бір ғана теңдеумен жүзеге асыруға болады. ә) Бейтарап ортада: 4 7 4 6 3Na2 S O3 2 K Mn O4 H 2 O Mn O2 3Na2 S O4 2 KOH . Бейтарап ортада перманганат марганец диоксидіне дейін тотықсызданады: 4 6 S 2e S 7 |3 4 Mn 3 e Mn | 2 б) Сілтілік ортада перманганаттың тотығу дәрежесі бірге кеміп, манганатқа дейін тотықсызданады: 4 7 6 6 Na2 S O3 2 K Mn O4 2 KOH 2 K 2 M nO4 Na2 S O4 H 2 O. 4 6 S 2e S 7 № 15 дәріс |1 6 Mn 1 e Mn | 2 Бір ғана тотықсыздандырғышпен әрекеттескенде ортаның жағдайына қарай марганецтің тотығу дәрежесі Mn 7 – ге дейін кемиді. Тақырып 15 Электролиз. Фарадей заңдары тақырыбы бойынша есептер шығару Тұрақты токтың әсерінен электролит ерітінділерінде немесе заттың балқыған күйінде жүзеге асатын тотығу­тотықсыздану процестерін электролиз дейді. Электролиз кезінде катодта және анодта әр түрлі өнімдер бөлініп шығады, сондықтан электролиз таза заттар алу үшін техникада жиі қолданылады. Электродтарда бөлінетін заттардың мөлшері электролит арқылы өтетін электр шамасына тура пропорционал болады: m k Q (1) Мұнда m – электролиз кезінде бөлінетін заттың массасы; Q – ерітінді арқылы өтетін электр мөлшері; k – пропорционалдық коэффициент немесе электрохимиялық коэффициент. Электролит арқылы өтетін электр мөлшері – ток күші мен уақыттың (секундпен алынған) көбейтіндісіне тең. Сондықтан Q­ды I∙t­мен алмастыруға болады: (2) m k I t 1 г – эквивалент зат бөліп шығару үшін 96500 Кулон электр қажет екені тәжірибе жүзінде анықталған. Бұл санды Фарадей саны деп атап F әрпімен белгілейді. Осыдан электрохимиялық эквивалент: г экв k F Бұдан Э I t m . (3) F 1–мысал. Күміс нитраты ерітіндісін 8а токпен 15минут электролиздегенде қанша күміс бөлінеді? Шешуі. Формуланы (3) пайдаланамыз. Э I t m F Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым. 1 Күмістің эквиваленті - 107,9 г. Есептің шартында берілгендерін және күмістің эквивалентін үшінші теңдеуге қоямыз: 107,9 8 900 8г күміс бөлінеді. 96500 2–мысал. Бромид ерітіндісі арқылы 10 мин 43 сек 1,5 а ток өткізгенде анодта 0,799 г бром бөлінді. Бромның электрохимиялық эквиваленті қандай болады? Шешуі. Үшінші формуладан: m ЭBr m F 0,799 96500 79,7 г. I t 1,5 643 3-мысал. 20 А тоқпен, 67 сағ бойы калий гидроксидінің сулы ертіндісінің электролизін жүргізген соң 200 г 10% ертінді алынған. Бастапқы ертіндінің концетрациясы мен алынған өнімнің массасын табыңыз. Шешуі: Калий гидроксидінің сулы ертіндісінің электролизі кезінде, катодта сутегі, ал анодта оттегі бөлінеді, олардың массасы Фарадей заңын қолданып тапса: Бастапқы ертіндінің массасы: 𝑚ерт. = 200 + 50 + 400 = 650 г Осы процесс кезіндегі калий гидроксидінің массасы өзгермейді200∙10 𝑚 = 100 = 20 г Бастапқы ертіндінің массалық үлесі: Ф КазНПУ 0703-03-18 (1). Пәннің оқу-әдістемелік кешені. Екінші басылым.