"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Закон постоянства состава объясняет, почему чистое вещество молекулярного строения всегда имеет один и тот же состав независимо от способа получения. Его молекулы содержат одинаковые атомы в неизменном соотношении, поэтому постоянным остаётся и массовое отношение элементов. По химической формуле можно узнать число атомов, вычислить соотношение их масс и решать задачи о составе вещества.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Закон постоянства состава утверждает: чистое вещество молекулярного строения независимо от способа получения имеет постоянный качественный и количественный состав. Качественный состав показывает, какие элементы входят в вещество, а количественный — сколько их атомов или в каком соотношении они соединены. Закон нужен, чтобы по формуле вещества уверенно определять его состав.
Вещество молекулярного строения состоит из отдельных частиц — молекул. Каждая молекула содержит определённый набор атомов, соединённых между собой. Это объясняет, почему у одного чистого вещества состав одинаков: его молекулы имеют одинаковое строение.
Химическая формула — условная запись состава вещества с помощью символов химических элементов и индексов. Индекс показывает число атомов элемента в одной молекуле, например H₂O содержит два атома водорода и один атом кислорода. Формула позволяет не только назвать состав, но и выполнить расчёты.
Массовое отношение элементов показывает, в каком отношении массы элементов входят в состав вещества. Его находят по формуле, учитывая число атомов каждого элемента и относительные атомные массы. Такой расчёт помогает определить массу каждого элемента в известной массе вещества.
Постоянство состава чистого вещества объясняется постоянством состава его молекул. Если молекулы одного вещества содержат одинаковые атомы в одинаковом соотношении, то и большая порция этого вещества сохраняет такое же соотношение. При увеличении количества вещества увеличивается число молекул, но состав каждой из них не меняется.
Химическая формула показывает число атомов каждого элемента в одной молекуле. Например, в CO₂ индекс 2 относится только к кислороду, а отсутствие индекса после C означает один атом углерода. Поэтому из формулы можно получить соотношение атомов: для CO₂ оно равно 1:2.
Массовое отношение нельзя находить только по индексам, потому что атомы разных элементов имеют разные массы. Сначала число атомов каждого элемента умножают на его относительную атомную массу. Затем полученные значения записывают как отношение и сокращают, если это возможно.
Для воды H₂O два атома водорода имеют суммарную относительную массу 2·1 = 2, а один атом кислорода — 1·16 = 16. Поэтому массовое отношение водорода к кислороду равно 2:16, то есть 1:8. Значит, в любой массе чистой воды на 1 массовую часть водорода приходится 8 массовых частей кислорода.
Смесь отличается от чистого вещества тем, что состоит из нескольких веществ, взятых в произвольных количествах. Например, в одной порции смеси может быть больше одного компонента, а в другой — меньше. Формула отдельного вещества сохраняется, но общего постоянного соотношения компонентов у смеси нет.
| Признак | Чистое молекулярное вещество | Смесь |
|---|---|---|
| Состав частиц | Молекулы одного вещества с одинаковым составом | Частицы нескольких веществ |
| Постоянство состава | Состав постоянен | Состав может изменяться |
| Химическая формула | Имеет формулу, например H₂O | Единой формулы обычно нет |
| Возможность изменять соотношение компонентов | Соотношение элементов в веществе не изменяется | Количество компонентов можно менять |
Сначала определите, о каком объекте говорится: об отдельном чистом веществе или о смеси. Если это чистое вещество, его формула задаёт постоянный состав; если смесь, нужно учитывать доли каждого компонента отдельно.
Таблица особенно полезна при проверке ответа: изменение массы образца допустимо для вещества, а изменение соотношения его элементов — нет. Для смеси, наоборот, изменение соотношения компонентов является обычным свойством.
Условие. Вычислите массовое отношение водорода к кислороду в воде H₂O, если Ar(H) = 1 и Ar(O) = 16. Нужно учесть не только индексы в формуле, но и массу каждого атома.
Ответ: массовое отношение водорода к кислороду в воде равно 1:8.
Условие. Определите массы водорода и кислорода в 36 г воды H₂O. Из предыдущего расчёта известно, что на 1 часть водорода приходится 8 частей кислорода.
Ответ: масса водорода — 4 г, масса кислорода — 32 г.
Условие. В образце массой 44 г содержится 12 г углерода, остальное — кислород. Определите простейшую формулу, если Ar(C) = 12 и Ar(O) = 16. Простая формула должна показывать наименьшее целочисленное соотношение атомов.
Ответ: простейшая формула вещества — CO₂.
Массовое отношение элементов иногда принимают за отношение индексов. Так делают, потому что индексы сразу видны в формуле, но они показывают число атомов, а не их массы. Проверяйте себя умножением каждого индекса на относительную атомную массу.
Другая ошибка — забыть индекс или считать его отсутствие нулём. На самом деле отсутствие индекса означает один атом элемента: CO содержит один атом углерода и один атом кислорода. При чтении формулы сначала выписывайте число атомов каждого элемента.
Нельзя путать состав чистого вещества с составом смеси. Пропорции компонентов смеси могут быть разными, но это не нарушает закон постоянства состава для каждого отдельного чистого вещества. Спросите себя, идёт ли речь об одной формуле или о наборе разных веществ.
Постоянство состава не означает одинаковую массу любого образца. Образцы воды могут иметь массу 18, 36 или 100 г, сохраняя отношение H:O = 1:8. Проверка проста: сравнивайте не общую массу, а доли элементов.
До изучения закона нужно знать символы химических элементов, смысл химической формулы и индексов, а также относительные атомные массы. Без этих обозначений невозможно прочитать формулу и вычислить вклад каждого элемента.
Тема пригодится при расчётах по химическим формулам, определении состава веществ и изучении химических реакций. Она помогает устанавливать количественные соотношения между веществами и проверять результаты вычислений.
Что именно утверждает закон постоянства состава?
Чистое вещество молекулярного строения независимо от способа получения имеет постоянный качественный и количественный состав. Это значит, что его молекулы содержат одни и те же элементы в одинаковом соотношении.
Почему состав одного и того же вещества не зависит от способа его получения?
При разных способах получения образуются молекулы одного и того же вещества. В каждой такой молекуле сохраняются одинаковый набор атомов и их соотношение, поэтому состав вещества остаётся постоянным.
Как по химической формуле найти массовое отношение элементов?
Нужно для каждого элемента умножить его относительную атомную массу на число атомов, указанное индексом. Полученные величины записывают в виде отношения и при необходимости сокращают.
Чем постоянный состав вещества отличается от состава смеси?
У чистого вещества частицы имеют определённый состав, поэтому соотношение элементов постоянно. В смеси количество разных веществ можно изменять, значит, изменяется и соотношение её компонентов.
Означает ли закон, что любые образцы вещества имеют одинаковую массу?
Нет. Масса образца может быть любой, а постоянным остаётся только соотношение элементов в нём. Например, в 18 г воды и в 36 г воды водород и кислород соединены в одинаковом массовом отношении.
§ 9. Закон постоянства состава веществ молекулярного строения
