Основные величины и формулы

Все расчёты в химии строятся вокруг одной величины — количества вещества. Уравнение реакции говорит, в каких отношениях реагируют не граммы и не литры, а моли. Поэтому любая задача решается по схеме: данные перевести в моли, по уравнению найти моли искомого вещества, перевести их в нужные единицы.

Количество вещества

Количество вещества \(n\) измеряют в молях. 1 моль содержит \(N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23}\) частиц (постоянная Авогадро). Количество вещества связано с массой, объёмом газа, числом частиц и концентрацией раствора:

\[ n = \frac{m}{M}; \qquad n = \frac{V}{V_m}; \qquad n = \frac{N}{N_A}; \qquad n = c \cdot V(\text{р-ра}) \]

Молярная масса \(M\) (г/моль) численно равна относительной молекулярной массе: \(M(\ce{H2SO4}) = 2 + 32 + 64 = 98\) г/моль. В расчётах ЕГЭ используют округлённые атомные массы: H 1, C 12, N 14, O 16, Na 23, Mg 24, Al 27, Si 28, P 31, S 32, Cl 35,5, K 39, Ca 40, Cr 52, Mn 55, Fe 56, Cu 64, Zn 65, Br 80, Ag 108, I 127, Ba 137.

Молярный объём газа при нормальных условиях (0 °C, 101,3 кПа) \(V_m = 22{,}4\) л/моль — одинаков для всех газов (закон Авогадро: в равных объёмах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул).

Плотность газов

Плотность газа при н. у. \(\rho = M : 22{,}4\) г/л. Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных масс: \(D = M_1 : M_2\). Чаще всего дают плотность по водороду (\(M = 2D\)) и по воздуху (\(M = 29D\)). Пример: плотность паров вещества по водороду 22 — значит, \(M = 44\) г/моль (это может быть \(\ce{CO2}\), \(\ce{C3H8}\), \(\ce{N2O}\) или \(\ce{CH3CHO}\)).

Доли

Массовая доля элемента в веществе: \(\omega(\text{Э}) = \dfrac{k \cdot A_r(\text{Э})}{M_r}\), где \(k\) — число атомов элемента. В нитрате аммония \(\ce{NH4NO3}\) \(\omega(\ce{N}) = 28 : 80 = 0{,}35\). Массовая доля вещества в смеси или растворе — отношение его массы к массе смеси. Объёмная доля газа в смеси \(\varphi = V(\text{газа}) : V(\text{смеси})\); для газов она равна мольной доле. Средняя молярная масса смеси газов \(M_{\text{ср}} = \sum \varphi_i M_i\): у воздуха \(0{,}78 \cdot 28 + 0{,}21 \cdot 32 + 0{,}01 \cdot 40 \approx 29\) г/моль.