Закон постоянства состава веществ

Урок 43-44                                                                      21.05.2020                                                                                                                                                                                        

Тема43-44. Закон сохранения массы веществ. Закон постоянства состава веществ. Периодическая система химических элементов.

В 1748 г. М. В. Ломоносов (Россия) и в 1789 г. А. Лавуазье (Франция) независимо друг от друга открыли закон сохранения массы веществ в химических реакциях. Этот закон формулируется так:

Масса всех веществ, которые вступают в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Запишем схему реакции горения метана СН₄ в кислороде О₂. В результате этой реакции образуются углекислый газ СО₂ и вода Н₂О:

СН₄ + О₂ = СО₂ + Н₂О

По закону сохранения массы:

m (СН₄) + m (О₂) = m (СО₂) + m (Н₂О),

где m (СН₄) и m (О₂) — массы метана и кислорода, которые вступили в реакцию; m (СО₂) и m (Н₂О) — массы углекислого газа и воды, образовавшиеся в результате реакции.

Сохранение массы веществ в химических реакциях объясняется тем, что число атомов каждого элемента до и после реакции не изменяется. В ходе химической реакции происходит только перегруппировка атомов. В реакции, например, в молекулах исходных веществ — СН₄ и О₂ — атом углерода соединяется с атомами водорода, а атомы кислорода— друг с другом; в молекулах продуктов реакции — СО₂ и Н₂О — и атом углерода, и атомы водорода соединяются с атомами кислорода. Легко посчитать, что для сохранения числа атомов каждого элемента в данную реакцию должны вступать 1 молекула СН₄ и 2 молекулы О₂, а в результате реакции должны образоваться 1 молекула СО₂ и 2 молекулы Н₂О:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Данное выражение является уравнением химической реакции, или химическим уравнением.

Числа перед формулами веществ в уравнении реакции называются коэффициентами. В уравнении коэффициенты перед формулами О₂ и Н₂О равны 2; коэффициенты перед формулами СН₄ и СО₂ равны 1 (их обычно не записывают).

Химическое уравнение — это выражение химической реакции, в котором записаны формулы исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции, а также коэффициенты, показывающие число молекул каждого вещества.

Если известна схема реакции, то для составления химического уравнения нужно найти коэффициенты.

Составим, например, уравнение реакции, которая выражается следующей схемой:

Al + НСl = AlCl₃ + H₂

В левой части схемы атомы водорода и хлора входят в состав молекулы HCl в соотношении 1: 1; в правой части схемы содержатся 3 атома хлора в составе молекулы AlC1₃ и 2 атома водорода в составе молекулы Н₂. Наименьшее общее кратное чисел 3 и 2 равно 6.

Напишем коэффициент «6» перед формулой HCl, коэффициент «2» — перед формулой AlC1₃ и коэффициент «3» — перед формулой Н;

Аl+ 6HCl = 2AlCl₃ + 3Н₂

Так как теперь в правой части содержится 2 атома алюминия, напишем коэффициент «2» перед формулой Al в левой части схемы:

2Al + 6НС1 = 2AlC1₃ + 3H₂

В результате мы получили уравнение данной реакции. Коэффициенты в химическом уравнении показывают не только число молекул, но и число молей исходных веществ и продуктов реакции. Например, это уравнение показывает, что в реакцию вступают 2 моля алюминия Аl и 6 молей хлороводорода HCl, а в результате реакции образуются 2 моля хлорида алюминия AlC1₃ и 3 моля водорода Н₂).

 

Закон постоянства состава веществ

В молекуле воды на 2 атома водорода приходится 1 атом кислорода. Учитывая это и значения относительных атомных масс, можно легко вычислить соотношение масс водорода и кислорода в молекуле воды:

2А_r(Н): А_r(O) = (2 • 1): (1 • 16) = 1: 8

То есть для получения воды нужно смешать водород и кислород в массовом соотношении 1: 8. Если же их смешать в другом соотношении масс, например, 3 г водорода смешать с 8 г кислорода, то химическая реакция произойдёт, но 2 г водорода в реакцию не вступят. Нетрудно понять, что таким же должно быть соотношение масс водорода и кислорода в любом количестве воды, т. е. состав воды всегда постоянен. Постоянным составом обладает большое число химических соединений.

Закон постоянства состава веществ был открыт французским учёным Ж. Прустом в 1799—1806 гг. Закон был сформулирован так: Каждое химически чистое вещество независимо от места нахождения и способа получения имеет один и тот же постоянный состав.

• Тем не менее Закон постоянства состава веществ не является всеобщим. Он справедлив только для веществ, имеющих молекулярное строение. Состав веществ немолекулярного строения часто зависит от способа их получения.

На основе закона постоянства состава можно производить различные расчёты.

Задача. Определите массу серы, реагирующей без остатка с 5 г медных опилок, если медь и сера в данном случае соединяются в соотношении  масс 2: 1.

Решение.

• 2 г меди соединяются с 1 г серы
• 5 г меди соединяются с х г серы

2 г: 5 г = 1 г: х г

х = (5 • 1): 2 = 2,5 г серы