Các định luật trọng lượng của hóa học là gì? (Có ví dụ)
Các định luật trọng lượng của hóa học là những quy luật đã chỉ ra rằng khối lượng của các chất phản ứng không làm như vậy một cách tùy tiện hoặc ngẫu nhiên; nhưng duy trì một tỷ lệ toán học không đổi của toàn bộ số hoặc các giá trị con của chúng, trong đó các nguyên tử của các nguyên tố không được tạo ra hoặc phá hủy.
Trong quá khứ, việc thiết lập các luật này đòi hỏi những nỗ lực lý luận phi thường; bởi vì mặc dù bây giờ nó có vẻ quá rõ ràng, trước đây chúng ta thậm chí không biết khối lượng nguyên tử hoặc phân tử của các nguyên tố hoặc hợp chất tương ứng.
Vì không biết chính xác số mol nguyên tử của mỗi nguyên tố bằng bao nhiêu, nên các nhà hóa học của thế kỷ thứ mười tám và mười chín phải dựa vào khối lượng phản ứng. Vì vậy, các cân bằng phân tích thô sơ (hình trên cùng) là những người bạn đồng hành không thể tách rời trong hàng trăm thí nghiệm cần thiết cho việc giải quyết các định luật trọng lượng.
Chính vì lý do này mà khi nghiên cứu các định luật hóa học này, người ta bắt gặp các phép đo khối lượng tại mọi thời điểm. Nhờ điều này, ngoại suy kết quả của các thí nghiệm người ta đã phát hiện ra rằng các hợp chất hóa học tinh khiết luôn được hình thành với cùng tỷ lệ khối lượng của các thành phần cấu thành của chúng.
Định luật bảo toàn quần chúng
Luật này nói rằng trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất phản ứng bằng tổng khối lượng của sản phẩm; miễn là hệ thống được xem xét đóng cửa và không có sự trao đổi về khối lượng và năng lượng với môi trường xung quanh.
Trong một phản ứng hóa học, các chất không biến mất mà biến thành các chất khác có khối lượng bằng nhau; do đó cụm từ nổi tiếng: "không có gì được tạo ra, không có gì bị phá hủy, mọi thứ đều được biến đổi".
Trong lịch sử, định luật bảo toàn khối lượng trong phản ứng hóa học lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1756 bởi Mikhail Lomonsov, người đã cho thấy trong nhật ký của mình kết quả thí nghiệm.
Sau đó vào năm 1774, Antoine Levoisier, nhà hóa học người Pháp, đã trình bày kết quả thí nghiệm của mình cho phép thiết lập điều này; trong đó, một số người còn gọi đó là Luật Lavoisier.
Thí nghiệm -Lavoisier
Vào thời Lavoisier (1743-1794), có lý thuyết về phlogiston, theo đó các cơ thể có khả năng đốt cháy hoặc đốt cháy. Các thí nghiệm của Lavoisier cho phép loại bỏ lý thuyết này.
Lavoisier đã tiến hành nhiều thí nghiệm đốt kim loại. Chúng tôi cân nhắc cẩn thận các vật liệu trước và sau khi đốt trong một hộp kín, thấy rằng có sự tăng cân rõ rệt.
Nhưng Lavoiser, dựa trên kiến thức của mình về vai trò của oxy trong quá trình đốt cháy, đã kết luận rằng sự tăng trọng lượng trong quá trình đốt cháy là do sự kết hợp của oxy với vật liệu đốt. Khái niệm về oxit kim loại đã ra đời.
Do đó, tổng khối lượng kim loại chịu sự đốt cháy và oxy vẫn không thay đổi. Kết luận này cho phép thành lập Luật bảo tồn quần chúng.
-Balance của phương trình
Định luật bảo toàn khối lượng đã xác định sự cần thiết phải cân bằng các phương trình hóa học, đảm bảo rằng số lượng các nguyên tố can thiệp vào phản ứng hóa học, cả phản ứng và sản phẩm, là hoàn toàn giống nhau.
Đây là điều kiện tiên quyết cho tính chính xác của các phép tính cân bằng hóa học được thực hiện.
-Hoạt động
Nốt ruồi nước
Có bao nhiêu mol nước có thể được tạo ra trong quá trình đốt cháy 5 mol metan trong một lượng oxy dư thừa? Cũng cho thấy rằng định luật bảo tồn vật chất được đáp ứng.
CH 4 + 2 O 2 => CO 2 + 2 H 2 O
Quan sát phương trình cân bằng của phản ứng, người ta kết luận rằng 1 mol metan tạo ra 2 mol nước.
Vấn đề có thể được giải quyết trực tiếp bằng một cách tiếp cận đơn giản, vì chúng ta không có 1 mol mà là 5 mol CH 4 :
Số mol nước = 5 mol CH 4 · (2 mol H 2 O / 1 mol CH 4 )
= 10
Điều này sẽ tương đương với 180 g H 2 O. Ngoài ra, 5 mol hoặc 220 g CO 2 đã được hình thành, tương đương với tổng khối lượng 400 g sản phẩm.
Vì vậy, để tuân thủ định luật bảo toàn vật chất, 400 g chất phản ứng phải phản ứng; không hơn, không kém Trong số 400 g này, 80 g tương ứng với 5 mol CH 4 (nhân với khối lượng phân tử của nó là 16 g / mol) và 320 g với 10 mol O 2 (tương tự như vậy đối với khối lượng phân tử của nó là 32 g / mol ).
Đốt cháy một dải băng magiê
Một băng magiê 1, 50 g đã được đốt trong một hộp kín chứa 0, 80 g oxy. Sau khi đốt, 0, 25 g oxy vẫn còn trong bình. a) Khối lượng oxy đã phản ứng là bao nhiêu? b) Bao nhiêu oxit magiê đã được hình thành?
Khối lượng oxy đã phản ứng thu được bằng một sự khác biệt đơn giản.
Khối lượng oxy tiêu thụ = (khối lượng ban đầu - khối lượng dư) oxy
= 0, 80 g - 0, 25 g
= 0, 55 g O 2 (a)
Theo định luật bảo toàn quần chúng,
Khối lượng oxit magiê = khối lượng magiê + khối lượng oxy
= 1, 50 g + 0, 55 g
= 2, 05 g MgO (b)
Định luật tỷ lệ xác định
Joseph Louis Proust (1754-1826), một nhà hóa học người Pháp, nhận ra rằng trong một phản ứng hóa học, các nguyên tố hóa học luôn phản ứng theo tỷ lệ khối lượng cố định để tạo thành một hợp chất tinh khiết cụ thể; do đó, thành phần của nó là không đổi, bất kể nguồn gốc hay nguồn gốc, hoặc cách tổng hợp.
Proust vào năm 1799 đã đưa ra định luật về tỷ lệ xác định, trong đó nêu rõ: "Khi hai hoặc nhiều yếu tố kết hợp để tạo thành một hợp chất, chúng làm như vậy theo tỷ lệ khối lượng cố định." Sau đó, mối quan hệ này là cố định và không phụ thuộc vào chiến lược tiếp theo cho việc chuẩn bị hợp chất.
Định luật này còn được gọi là định luật về thành phần không đổi, trong đó nêu rõ: "Mọi hợp chất hóa học ở trạng thái tinh khiết luôn chứa các nguyên tố giống nhau, trong một tỷ lệ khối lượng không đổi".
-Tiến hành pháp luật
Sắt (Fe) phản ứng với lưu huỳnh (S) tạo thành sunfua sắt (FeS), chúng ta có thể chỉ ra ba tình huống (1, 2 và 3):
Để tìm tỷ lệ kết hợp các nguyên tố, khối lượng lớn hơn (Fe) được chia cho khối lượng nhỏ hơn (S). Tính toán cho tỷ lệ 1, 75: 1. Giá trị này được lặp lại trong ba điều kiện cho trước (1, 2 và 3), trong đó tỷ lệ tương tự được lấy mặc dù khối lượng khác nhau được sử dụng.
Nghĩa là, 1, 75 g Fe kết hợp với 1, 0 g S để tạo ra 2, 75 g FeS.
-Ứng dụng
Bằng cách áp dụng luật này, người ta có thể biết chính xác khối lượng của các nguyên tố phải được kết hợp để có được khối lượng mong muốn của hợp chất.
Bằng cách này, thông tin có thể thu được về khối lượng dư thừa của một số nguyên tố có liên quan đến phản ứng hóa học, hoặc nếu có thuốc thử phản ứng trong phản ứng.
Ngoài ra, nó được áp dụng để biết thành phần trăm phần trăm của một hợp chất, và dựa trên cơ sở sau, công thức của một hợp chất có thể được thiết lập.
Thành phần trung tâm của một hợp chất
Carbon dioxide (CO 2 ) được hình thành trong các phản ứng sau:
C + O 2 => CO 2
12 g carbon kết hợp 32 g oxy để tạo ra 44 g carbon dioxide.
Vì vậy, tỷ lệ phần trăm của carbon bằng
Tỷ lệ phần trăm carbon = (12 g / 44 g) · 100%
= 27, 3%
Tỷ lệ oxy = (32 g / 44 g) · 100%
Tỷ lệ oxy = 72, 7%
Sử dụng tuyên bố của Luật thành phần không đổi, có thể lưu ý rằng carbon dioxide luôn bao gồm 27, 3% carbon và 72, 7% oxy.
-Hoạt động
Trioxide lưu huỳnh
Khi phản ứng trong các thùng chứa khác nhau, 4 g và 6 g lưu huỳnh (S) với oxy (O), 10 g và 15 g lưu huỳnh trioxide (SO 3 ) đã thu được tương ứng.
Tại sao lượng trioxide lưu huỳnh thu được mà không phải là những người khác?
Cũng tính toán lượng lưu huỳnh cần thiết để kết hợp với 36 g oxy và khối lượng lưu huỳnh trioxide thu được.
Phần a)
Trong bình thứ nhất, 4 lưu huỳnh được trộn với X g oxy để thu được 10 g trioxide. Nếu định luật bảo toàn khối lượng được áp dụng, chúng ta có thể loại bỏ khối lượng oxy được kết hợp với lưu huỳnh.
Khối lượng oxy = 10 g oxy trioxide - 4 g lưu huỳnh.
= 6 g
Trong bình 2 6 g lưu huỳnh được trộn với X g oxy để thu được 15 trioxide lưu huỳnh.
Khối lượng oxy = 15 g lưu huỳnh trioxide - 6 g lưu huỳnh
= 9 g
Tỷ lệ O / S sau đó được tính cho mỗi container:
Tỷ lệ O / S trong tình huống 1 = 6 g O / 4 g S
= 1, 5 / 1
Tỷ lệ O / S trong tình huống 2 = 9 g O / 6 g S
= 1, 5 / 1
Trong đó, phù hợp với điều được nêu ra trong luật của các tỷ lệ được xác định chỉ ra rằng các yếu tố luôn được kết hợp theo cùng một tỷ lệ để tạo thành một hợp chất nhất định.
Do đó, các giá trị thu được là chính xác và các giá trị tương ứng với việc áp dụng Luật.
Phần b)
Trong phần trước, giá trị 1, 5 / 1 đã được tính cho tỷ lệ O / S.
g lưu huỳnh = 36 oxy · (1 g lưu huỳnh / 1, 5 g oxy)
= 24 g
g lưu huỳnh trioxide = 36 g oxy + 24 g lưu huỳnh
= 60 g
Clo và magiê
Clo và magiê được kết hợp theo tỷ lệ 2, 95 g clo cho mỗi g magiê. a) Xác định khối lượng clo và magiê cần thiết để thu được 25 g magiê clorua. b) Thành phần phần trăm của magiê clorua là gì?
Phần a)
Dựa trên giá trị 2, 95 cho tỷ lệ Cl: Mg, có thể thực hiện phương pháp sau:
2, 95 g Cl + 1 g Mg => 3, 95 g MgCl 2
Sau đó:
g Cl = 25 g MgCl 2 · (2, 95 g Cl / 3, 95 g MgCl 2 )
= 18, 67
g Mg = 25 g MgCl 2 · (1 g Mg / 3, 95 g MgCl 2 )
= 6, 33
Sau đó, 18, 67 g clo được kết hợp với 6, 33 g magiê để tạo ra 25 g magiê clorua.
Phần b)
Khối lượng phân tử của magiê clorua, MgCl 2, được tính toán đầu tiên:
Trọng lượng phân tử MgCl 2 = 24, 3 g / mol + (2 · 35, 5 g / mol)
= 95, 3 g / mol
Tỷ lệ magiê = (24, 3 g / 95, 3 g) x 100%
= 25, 5%
Tỷ lệ clo = (71 g / 95, 3 g) x 100%
= 74, 5%
Luật của nhiều tỷ lệ hoặc luật của Dalton
Luật được ban hành vào năm 1803 bởi nhà hóa học và nhà khí tượng học người Pháp John Dalton, dựa trên những quan sát của ông về các phản ứng của khí quyển.
Định luật được ban hành theo cách sau: "Khi các phần tử kết hợp để tạo ra nhiều hơn một hợp chất, một khối lượng biến đổi của một trong số chúng kết hợp với một khối lượng cố định của phần tử khác và phần thứ nhất có liên quan đến các số chính tắc và không rõ ràng".
Ngoài ra: "Khi hai nguyên tố kết hợp để tạo ra các hợp chất khác nhau, với một lượng cố định của một trong số chúng, các đại lượng khác nhau của nguyên tố khác được kết hợp với lượng cố định này để tạo ra các hợp chất, có liên quan đến các số nguyên đơn giản".
John Dalton đã đưa ra mô tả hiện đại đầu tiên về nguyên tử như là một thành phần của các nguyên tố hóa học, khi ông chỉ ra rằng các nguyên tố được hình thành bởi các hạt không thể phân chia được gọi là nguyên tử.
Ngoài ra, ông cho rằng các hợp chất được hình thành khi các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau theo tỷ lệ nguyên đơn giản.
Dalton hoàn thành công việc điều tra của Proust. Ông chỉ ra sự tồn tại của hai oxit thiếc, với tỷ lệ phần trăm là 88, 1% và 78, 7% thiếc với tỷ lệ oxy tương ứng là 11, 9% và 21, 3%.
-Hoạt động
Nước và hydro peroxide
Cho thấy rằng các hợp chất nước, H 2 O và hydro peroxide, H 2 O 2, tuân thủ Luật nhiều tỷ lệ.
Trọng lượng nguyên tử của các nguyên tố: H = 1 g / mol và oxy = 16 g / mol.
Trọng lượng phân tử của các hợp chất: H 2 O = 18 g / mol và H 2 O 2 = 34 g / mol.
Hydrogen là nguyên tố có lượng cố định trong H 2 O và H 2 O 2, do đó tỷ lệ giữa O và H trong cả hai hợp chất sẽ được thiết lập.
Tỷ lệ O / H tính theo H 2 O = (16 g / mol) / (2 g / mol)
= 8/1
Tỷ lệ O / H tính theo H 2 O 2 = (32 g / mol) / (2 g / mol)
= 16/1
Mối quan hệ giữa cả hai tỷ lệ = (16/1) / (8/1)
= 2
Sau đó, tỷ lệ tỷ lệ O / H giữa hydro peroxide và nước là 2, một số nguyên và đơn giản. Đối với những gì nó được chứng minh việc thực hiện Luật của nhiều tỷ lệ.
Oxit nitơ
Khối lượng oxy nào kết hợp với 3, 0 g nitơ trong a) oxit nitric, NO và b) nitơ dioxide, NO 2 . Cho thấy rằng NO và NO 2 tuân thủ Luật nhiều tỷ lệ.
Khối lượng nitơ = 3 g
Trọng lượng nguyên tử: nitơ, 14 g / mol và oxy, 16 g / mol.
Tính toán
Trong NO, một nguyên tử N được kết hợp với 1 nguyên tử O, vì vậy chúng ta có thể tính được khối lượng oxy được kết hợp với 3 g nitơ theo phương pháp sau:
g của O = g nitơ · (PA.O / PA.N)
= 3 g · (16 g / mol / 14 g / mol)
= 3, 43 g O
Trong NO 2, một nguyên tử N kết hợp với 2 nguyên tử O, nên khối lượng oxy kết hợp là:
g oxy = 3 g · (32 g / mol / 14 g / mol)
= 6, 86 g O
Tỷ lệ O / N tính theo NO = 3, 43 g O / 3 g N
= 1.143
Tỷ lệ O / N trong NO 2 = 6, 86 g O / 3 g N
= 2.282
Giá trị của tỷ lệ giữa các tỷ lệ O / N = 2, 282 / 1, 143
= 2
Khi đó, giá trị của tỷ lệ giữa các tỷ lệ O / N là 2, một số nguyên và đơn giản. Do đó, Luật nhiều tỷ lệ được thực hiện.
Luật tỷ lệ đối ứng
Định luật này được Richter và Carl F. Wenzel xây dựng riêng biệt, xác định rằng tỷ lệ khối lượng của hai hợp chất với một nguyên tố chung, cho phép xác định tỷ lệ của hợp chất thứ ba trong số các nguyên tố khác nếu chúng phản ứng.
Ví dụ: nếu bạn có hai hợp chất AB và CB, bạn có thể thấy rằng phần tử phổ biến là B.
Định luật Richter-Wenzel hoặc tỷ lệ đối ứng nói rằng, biết A phản ứng với B bao nhiêu để cung cấp cho AB và bao nhiêu C phản ứng với B để cung cấp cho CB, bạn có thể tính được khối lượng A cần thiết để phản ứng với a khối lượng C tạo thành AC.
Và kết quả là tỷ lệ A: C hoặc A / C phải là bội số hoặc cấp dưới của A / B hoặc C / B. Tuy nhiên, luật này không phải lúc nào cũng được thực hiện, đặc biệt là khi các nguyên tố có một số trạng thái oxy hóa.
Trong tất cả các luật trọng lượng thì đây có lẽ là "trừu tượng" hoặc phức tạp nhất. Nhưng nếu nó được phân tích theo quan điểm toán học, sẽ thấy rằng nó chỉ bao gồm các yếu tố chuyển đổi và hủy bỏ.
-Ví dụ
Mêtan
Nếu được biết rằng 12 g carbon phản ứng với 32 g oxy tạo thành carbon dioxide; và mặt khác, 2 g hydro phản ứng với 16 g oxy tạo thành nước, sau đó có thể ước tính tỷ lệ khối lượng C / O và H / O cho CO 2 và H 2 O.
Tính C / O và H / O ta có:
C / O = 12g C / 32g O
= 3/8
H / O = 2g H / 16g O
= 1/8
Oxy là nguyên tố chung và chúng tôi muốn biết có bao nhiêu carbon phản ứng với hydro để tạo ra khí mê-tan; đó là, chúng tôi muốn tính toán C / H (hoặc H / C). Sau đó, cần phải thực hiện phân chia tỷ lệ trước đó để chứng minh liệu tính tương hỗ có được thực hiện hay không:
C / H = (C / O) / (H / O)
Lưu ý rằng theo cách này, O bị hủy và C / H vẫn còn:
C / H = (3/8) / (1/8)
= 3
Và 3 là bội số của 3/8 (3/8 x 8). Điều này có nghĩa là 3 g C phản ứng với 1 g H để tạo ra metan. Nhưng, để có thể so sánh nó với CO 2, nhân C / H với 4, bằng 12; điều này cho 12 g C phản ứng với 4 g H tạo thành metan, điều này cũng đúng.
Magiê sunfua
Nếu được biết rằng 24 g magiê phản ứng với 2 g hydro để tạo thành magiê hydride; và ngoài ra, 32 g lưu huỳnh phản ứng với 2 g hydro tạo thành hydro sunfua, nguyên tố chung là hydro và chúng tôi muốn tính toán Mg / S từ Mg / H và H / S.
Tính toán sau đó tách riêng Mg / H và H / S, ta có:
Mg / H = 24g Mg / 2g H
= 12
H / S = 2g H / 32g S
= 1/16
Tuy nhiên, thật thuận tiện khi sử dụng S / H để hủy H. Do đó, S / H bằng 16. Sau khi hoàn thành, chúng tôi tiến hành tính toán Mg / S:
Mg / S = (Mg / H) / (S / H)
= (12/16)
= 3/4
Và 3/4 là một tổng số của 12 (3/4 x 16). Tỷ lệ Mg / S chỉ ra rằng 3 g Mg phản ứng với 4 g lưu huỳnh tạo thành magiê sunfua. Tuy nhiên, chúng ta phải nhân Mg / S với 8 để có thể so sánh nó với Mg / H. Do đó, 24 g Mg phản ứng với 32 g lưu huỳnh để tạo ra sunfua kim loại này.
Nhôm clorua
Được biết, 35, 5 g Cl phản ứng với 1 g H tạo thành HCl. Tương tự, 27 g Al phản ứng với 3 g H tạo thành AlH 3 . Tính tỷ lệ nhôm clorua và cho biết nếu một hợp chất như vậy tuân theo định luật Richter-Wenzel.
Một lần nữa, chúng tôi tiến hành tính riêng Cl / H và Al / H:
Cl / H = 35, 5g Cl / 1g H
= 35, 5
Al / H = 27g Al / 3g H
= 9
Bây giờ, Al / Cl được tính:
Al / Cl = (Al / H) / (Cl / H)
= 9 / 35, 5
0, 250 hoặc 1/4 (thực tế là 0, 253)
Nghĩa là, 0, 250 g Al phản ứng với 1 g Cl để tạo thành muối tương ứng. Nhưng, một lần nữa, bạn phải nhân Al / Cl với một số cho phép bạn so sánh nó (để thuận tiện) với Al / H.
Áp dụng trong tính toán
Al / Cl sau đó được nhân với 108 (27 / 0.250), cho 27 g Al phản ứng với 108 g Cl. Điều này không xảy ra chính xác như thế này. Nếu lấy ví dụ giá trị 0, 253 cho Al / Cl và nhân nó với 106, 7 (27 / 0, 253), chúng ta sẽ có 27 g Al phản ứng với 106, 7 g Cl; gần với thực tế hơn (AlCl3, với PA là 35, 5 g / mol đối với Cl).
Ở đây chúng ta thấy luật của Richter có thể bắt đầu chùn bước do tính chính xác và lạm dụng của số thập phân.
