УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ
ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10
КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ
УЧЕБНИК ЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ
Продолжение.
См. № 4—14, 16—28, 30—34, 37—44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4/2003
§ 4.4. Законы атомно-молекулярной теории
(окончание)
ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ
1. Эта задача не имеет практического значения,
но поможет вам представить, сколь малы атомы и
молекулы. Рассчитайте массу одного атома железа.
Задача не должна показаться вам сложной – все,
что нужно для решения, вы знаете!
2. Эта задача также не имеет практического
значения. Рассчитайте объем, который
приходится на 1 молекулу кислорода в газовом
состоянии (н. у.).
3. Рассчитайте объем, приходящийся на 1 атом
железа в кристалле, если плотность железа равна
7,9 г/см3. Оцените радиус атома железа в
кристаллическом состоянии. Не забудьте
рассчитать объем 1 моль железа. Сколько это
атомов?
4. Напишите уравнение реакции образования из
простых веществ оксида железа состава FеО1,19.
5. Имеется немало реакций, для которых, несмотря
на одинаковые исходные вещества и продукты,
стехиометрические коэффициенты уравнений
различны, например:
3SO2 + 7C = CS2 + S + 6CO,
5SO2 + 12C = 2CS2 + S + 10CO,
5SO2 + 11C = CS2 + 3S + 10CO,
7SO2 + 16C = 2CS2 + 3S + 14CO.
Приходилось ли вам встречаться с подобным
явлением? Попытайтесь объяснить его.
6. Существует положение: любая реакция, если ее
уравнение составлено правильно, в принципе может
проходить. Вы согласны с этим? Отнеситесь к
ответу философски.
7. Перечислите как можно больше факторов,
влияющих на выход продуктов реакции. Чем больше
факторов вы назовете, тем выше оценка вашего
ответа.
8. Предложено следующее определение химической
реакции: «Любая химическая реакция представляет
собой некоторую совокупность процессов разрыва
и образования химических связей в молекулах
реагирующих веществ». Какие реакции не подходят
под это определение?
9. Один моль атомов водорода имеет массу 1 г. Это
случайно или нет?
10. Переведите на русский язык.
The importance of using the quantity known as a mole is that it contains the same
number of molecules irrespective of the gas or vapour concerned, i.e. one mole of any gas
contains the same number of molecules. The number is known as the Avogadro number and has
a value of 6,02•1023, or 602 000 000 000 000 000 000 000.
Because 1 mole of any gas or vapour contains the same number of molecules it often has
much more meaning to express a quantity of a gas or vapour in moles rather than in grams.
It is, for example, more helpful to talk of 2 moles of oxygen and 1 mole of hydrogen
rather thаn 64 grams of oxygen and 2 grams of hydrogen. For this use of molar amounts
signifies quite clearly that, in this example, there are twice as many molecules of oxygen
as of hydrogen. The number of moles of a substance is directly proportional to the number
of molecules of the substance.
Since 1 mole of any gas contains the same number of molecules it must also, by
Avogadro’s hypothesis, occupy the same volume at N.T.P. It is, therefore, only necessary
to find the volume occupied by 1 mole of any gas to know the volume occupied by 1 mole of
any other.
The density of hydrogen at N.T.P. has been measured experimentally and found to be 0,089
grams per litre. Therefore, taking 1 mole of hydrogen as 2,02 grams, it follows that it
must occupy 2,02/0,089, i.e. 22,7 l at N.T.P.
1 mole of any other gas must occupy 22,4 l at N.T.P. and this value is known as the
molecular volume, or molar volume.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Получение сульфида железа.
Передо мной книга, изданная в 1791 г. в
Санкт-Петербурге, которая называется «Игры
физическия и волшебныя потехи, основанные на
точности и избранныя изъ сочинений
превосходныхъ Испытателй природы. С
присовокуплениемъ самыхъ любопытныхъ открытий,
учиненныхъ въ Химии и Физике, и показания
свойствъ и союзовъ телъ, относящихся до состава
оныхъ, перемены вида, разрушения и доставления
имъ вновь первообразности».
Далее на первой странице написано: «въ
Санктпетербурге 1791 года, печ. и прод. по Невск.
Перспективе у Аничк. мосту, въ доме Г.
Камеръ-Юнкера Зубова, по два рубли». Цена книги по
тем временам огромная! Побывать бы в этом доме!
Я открываю первую страницу книги и читаю то, что
будет приведено ниже. Я сохранил принятое более
двух веков назад правописание, за исключением
некоторых букв, вышедших из употребления.
«Огнедышущая гора.
Смешавъ по равной части чистыхъ железныхъ
опилокъ и толченой серы въ такомъ количестве,
чтобъ замесить на воде густое изъ того тесто
весомъ фунтовъ до пятидесяти, надлежитъ зарыть
оное въ бугоръ на полфута глубиною, после чего,
когда время тепло, земля часовъ черезъ десять
поднимется и взорвется съ пламенемъ и
желточернымъ дымомъ. Если же смеси сей зарыто
будетъ несколько пудъ въ землю глубиною въ
сажень или более, и сверху накладено каменья и
деревъ, а при томъ и насыпь твердо будет убита, то
разторжение последуетъ несравненно сильнее и
означенная тяжесть размечется при густомъ дыме и
пламене весьма далеко. Сие явление объясняетъ
достаточно причину землетрясения и
обыкновенныхъ извержений огнедышущихъ горъ и
сопокъ, выбрасывающихъ сперьва много серы, а
потомъ разныя другия тела, изобилующия
железистыми частицами; ибо одно только железо въ
смешении съ серою можетъ кипеть и производить
все те великия явления, от коихъ возникли и въ
наши времена новые острова при разрушении съ
другой стороны некоторыхъ твердынь».
Чтобы легче понять грандиозность
предлагаемого опыта, ниже приведены соотношения
между старой и современной метрической системой
мер:
1 фунт = 0,41 кг,
1 пуд = 40 фунтов = 16,4 кг,
1 фут = 0,3 м,
1 сажень = 7 футов = 2,1 м.
Теперь представьте себе опыт со смесью
железных опилок и серы массой 20 или 50 кг, которую
закапывали в землю на глубину до 2 м.
Этот опыт вы вместе с учителем можете повторить в
вытяжном шкафу, но, конечно, в несравненно
меньших размерах. Возьмите 5 г тонко растертой в
ступке кристаллической серы и 7 г железной пыли
(можно купить в аптеке) или очень мелких железных
опилок. Избыток серы берется потому, что часть
серы сгорает, образуя сернистый газ SО2.
Тщательно перемешайте серу с железной пылью и
насыпьте горкой на положенный плашмя кирпич.
В пламени горелки накалите кончик стеклянной
палочки и прикоснитесь им к верхней части горки
смеси. Начинается реакция образования сульфида
железа:
Fe + S = FeS + 100,4 кДж/моль.
Постепенно реакция распространяется по всей
смеси, и получается раскаленная масса.
Уравнение реакции написано условно, т. к. сульфид
железа имеет переменный состав – FeSх,
где х может быть больше или меньше единицы.
Напишите уравнение реакции образования FeS1,05.
Кроме соединения FeS существует и другое
соединение железа и серы с формулой FeS2,
также переменного состава.
Соединение FeS имеет название «троилит»,
соединение FeS2 – «пирит».
Предскажите условия получения сульфидов железа
с избытком или недостатком серы. Каковы должны
быть температура (высокая, пониженная), давление
паров серы (высокое, низкое), соотношение взятых
для реакции масс серы и железа?
Точно так же можно провести реакцию между серой и
цинком с образованием сульфида цинка ZnS.
Как вы думаете, зачем в старинном рецепте
предлагалось замешивать тесто из порошков
железа и серы на воде? Какова роль воды в этой
реакции?
Теперь представьте еще раз картину с
изображением опыта, описанного в старинной
книге. Это может быть лужайка, в креслах сидят
родители Пушкина с родственниками и друзьями.
Как они были одеты? Ходят лакеи с подносами. Все
ждут необычного явления. Разговаривают. Смотрят
на бугор земли с положенными сверху камнями и
стволами деревьев. «Извержение» может начаться
через несколько часов. То, что они увидят,
действи- тельно похоже на «огнедышащий» вулкан.
Неожиданно бугор взрывается. Во все стороны
летят искры и куски раскаленной смеси,
чувствуется сильнейший запах сернистого газа.
Все, наверное, аплодируют хозяину усадьбы,
устроившему такое зрелище.
Обратите внимание на объяснение природы
извержений. Оно построено на сопоставлении
наблюдений за прохождением опыта и
вулканической деятельностью. Для того времени
объяснение имеет вполне научный характер.
Отрывок из старой книги интересен не только
химику, но и историку (язык того времени, быт,
состояние науки и т. п.) и географу, ведь географию
некоторые ученые считают гуманитарной наукой
(причины землетрясений и вулканической
деятельности в объяснении двухвековой давности).
Если вы проделали этот опыт, то рассчитайте
изменения энтальпии и изобарного потенциала в
реакциях образования сульфидов железа,
воспользовавшись следующими данными:
Сколько теплоты выделилось в вашем опыте и
сколько в опыте, описанном в старой книге? Какое
количество воды можно нагреть от температуры 20
до 100 °С теплотой, выделяемой в каждом опыте?
О.С.ЗАЙЦЕВ |