Решение задач по химии

Решение задач по химии

В этой статье мы коснемся нескольких краеугольных понятий в химии, без которых совершенно невозможно решение задач. Старайтесь понять смысл физических величин, чтобы усвоить эту тему.

Я постараюсь приводить как можно больше примеров по ходу этой статьи, в ходе изучения вы увидите множество примеров по данной теме.

Относительная атомная масса — A_r

Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.

Относительная молекулярная масса — M_r

Относительная молекулярная масса складывается из суммы относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав вещества. В качестве примера найдем относительные молекулярные массы кислорода, воды, перманганата калия и медного купороса:

Моль и число Авогадро

Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа 12 C, т.е. 6 × 10 23 .

Число Авогадро (постоянная Авогадро, N_A) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.

Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества. Один моль любого вещества содержит 6.02 × 10 23 атомов/молекул/ионов — вот самое важное, что сейчас нужно понять.

Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).

Рассчитаем по формуле: ν = N/N_A количество вещества 3.01 × 10 23 молекул воды и 12.04 × 10 23 атомов углерода.

Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода. Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.

Молярная масса — M

Молярная масса — масса одного моля вещества, выражается в «г/моль» (грамм/моль). Численно совпадает с изученной нами ранее относительной молекулярной массой.

Рассчитаем молярные массы CaCO₃, HCl и N₂

M (HCl) = A_r(H) + A_r(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль

M (N₂) = A_r(N) × 2 = 14 × 2 = 28 г/моль

Полученные знания не должны быть отрывочны, из них следует создать цельную систему. Обратите внимание: только что мы рассчитали молярные массы — массы одного моля вещества. Вспомните про число Авогадро.

Получается, что, несмотря на одинаковое число молекул в 1 моле (1 моль любого вещества содержит 6.02 × 10 23 молекул), молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 10 23 молекул N₂ весят 28 грамм, а такое же количество молекул HCl — 36.5 грамм.

Это связано с тем, что, хоть количество молекул одинаково — 6.02 × 10 23 , в их состав входят разные атомы, поэтому и массы получаются разные.

Часто в задачах бывает дана масса, а от вас требуется рассчитать количество вещества, чтобы перейти к другому веществу в реакции. Сейчас мы определим количество вещества (моль) 70 грамм N₂, 50 грамм CaCO₃, 109.5 грамм HCl. Их молярные массы были найдены нам уже чуть раньше, что ускорит ход решения.

ν (CaCO₃) = m(CaCO₃) : M(CaCO₃) = 50 г. : 100 г/моль = 0.5 моль

ν (HCl) = m(HCl) : M(HCl) = 109.5 г. : 36.5 г/моль = 3 моль

Иногда в задачах может быть дано число молекул, а вам требуется рассчитать массу, которую они занимают. Здесь нужно использовать количество вещества (моль) как посредника, который поможет решить поставленную задачу.

Предположим нам дали 15.05 × 10 23 молекул азота, 3.01 × 10 23 молекул CaCO₃ и 18.06 × 10 23 молекул HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать моль и число Авогадро.

Теперь вы всесторонне посвящены в тему. Надеюсь, что вы поняли, как связаны молярная масса, число Авогадро и количество вещества. Практика — лучший учитель. Найдите самостоятельно подобные значения для оставшихся CaCO₃ и HCl.

Молярный объем

Молярный объем — объем, занимаемый одним молем вещества. Примерно одинаков для всех газов при стандартной температуре и давлении составляет 22.4 л/моль. Он обозначается как — V_M.

Подключим к нашей системе еще одно понятие. Предлагаю найти количество вещества, количество молекул и массу газа объемом 33.6 литра. Поскольку показательно молярного объема при н.у. — константа (22.4 л/моль), то совершенно неважно, какой газ мы возьмем: хлор, азот или сероводород.

Запомните, что 1 моль любого газа занимает объем 22.4 литра. Итак, приступим к решению задачи. Поскольку какой-то газ все же надо выбрать, выберем хлор — Cl₂.

Моль (количество вещества) — самое гибкое из всех понятий в химии. Количество вещества позволяет вам перейти и к числу Авогадро, и к массе, и к объему. Если вы усвоили это, то главная задача данной статьи — выполнена 🙂

Относительная плотность и газы — D

Относительной плотностью газа называют отношение молярных масс (плотностей) двух газов. Она показывает, во сколько раз одно вещество легче/тяжелее другого. D = M (1 вещества) / M (2 вещества).

В задачах бывает дано неизвестное вещество, однако известна его плотность по водороду, азоту, кислороду или воздуху. Для того чтобы найти молярную массу вещества, следует умножить значение плотности на молярную массу газа, по которому дана плотность.

Запомните, что молярная масса воздуха = 29 г/моль. Лучше объяснить, что такое плотность и с чем ее едят на примере. Нам нужно найти молярную массу неизвестного вещества, плотность которого по воздуху 2.5

Предлагаю самостоятельно решить следующую задачку (ниже вы найдете решение): «Плотность неизвестного вещества по кислороду 3.5, найдите молярную массу неизвестного вещества»

Относительная плотность и водный раствор — ρ

Пишу об этом из-за исключительной важности в решении сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность. Обозначается греческой буквой ρ.

Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы измерения плотности: г/мл, г/см 3 , кг/м 3 и т.д.

Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так вы точно не запутаетесь.

Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки, если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.

В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае вы бы получили граммы в квадрате 🙂

К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.76 г/мл. Нужно найти объем раствора.

Массовая доля — ω

Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит как растворитель, так и само растворенное вещество.

Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.

Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Вес груза и грузовые классы

Объёмный веc, это плотность груза основанная на сложении габаритов объекта, независимо от его формы и его фактического веса. Объект меньшей плотности займет больший объем при равном весе с более плотным объектом. Пример: у вас тонна хлопка, которая занимает все место в амбаре. Вы сомнете его и упакуете в тюк. В тюке, хлопок будет занимать меньше места по габаритам, но вес останется прежним.

Как рассчитать плотность груза?

Калькулятор плотности груза для авиаперевозок, основан на измеренном по объему весе, также известном как объемный вес.

Авиаперевозки всегда взимают плату за килограмм или фунт, будь то фактический или объемный вес.

Теперь, когда у вас есть плотность груза вашей посылки, вы можете легко определить, к какому классу она относится.

Как определяется класс фрахта?

Грузовой класс определяется специальным кодом грузовой классификации и имеет четыре характеристики классифицируемого груза.

• Плотность груза относится к весу упаковки относительно количества места, которое она занимает. Предметы высокой плотности относятся к более низкому классу и более дешевы при транспортировке.
• Простота в обращении учитывает размер, форму и хрупкость груза. Предметы, требующие особого внимания (например, опасные или неправильной формы), относятся к более высокому классу и более дороги при транспортировке.
• Возможность складирования (укладка): как ваш груз может быть складирован совместно с другим грузом в транспортном средстве. То, как груз упакован и безопасно ли его отправлять с другими пакетами, влияет на ваши расходы по доставке.
• Ответственность: включает скоропортящийся товар или возможность кражи груза. Груз, который может нанести ущерб во время перевозки, попадает в более высокий класс из-за большего риска.

Фактический вес против объемного веса

Если вы планируете отгрузку FCL (полная загрузка контейнера), то вес обычно не учитывается при расчете стоимости. Пока ваш груз находится в пределах допустимого веса, тогда стоимость перевозки FCL будет зависеть от способа доставки и пути вашего груза.

Однако, при небольших партиях отправки, вес может стать важным фактором при расчете стоимости доставки.

• Фактический вес — вес груза, обычно измеряется в килограммах (кг)
• Объемный вес — пространство, занимаемое грузом, обычно измеряется в кубических метрах (куб.м)

Вес груза в морских перевозках

Вес груза в морских перевозках

Если вы отправляете морем контейнер LCL (меньше, чем полная загрузка контейнера), то экспедитор рассчитает вес груза («вес») и кубический объем груза («мера»). Они будут сравниваться на основе того, что 1CBM = 1000 кг, а большее из двух будет умножено на норму грузоотправителя на кг.

• Вы отправляете груз весом 200 кг.
• Объем (длина х ширина х ширина) груза составляет 1,44 куб.
• Чтобы сделать эти два измерения сопоставимыми, необходимо преобразовать вес в десятичное число в 1000 кг.
• Это преобразование делает вес груза 0,200 кг.
• 44 больше чем 0,200; следовательно, кубический объем — это показатель, используемый для расчета платы за фрахт.
• Если плата за перевозку составляет £50 x вес / м (вес или мера), стоимость этого груза будет 1,44 x 50 = £72.

Полезно знать, как оценивается ваш груз. Это может повлиять на способ его упаковки для отправки. Например, если ваш груз рассчитывается по весу, а не по объему, вы можете упаковать его так, чтобы он занимал больше места и был бы лучше защищен во время перевозки. Пока вес груза остается прежним (и остается выше, чем объемный вес), стоимость доставки меняться не должна.

Вес груза в автомобильной доставке

Вес груза в автомобильной доставке

Как и в случае с морскими перевозками , когда вы доставляете товар автомобильным транспортом . Грузоотправитель будет использовать для расчета стоимости из фактического веса и объемного веса. Однако есть некоторые различия.

При автомобильных перевозках — объем (куб.м) умножается на стандартное кратное число — обычно 333 кг — для создания объемного веса. Затем стоимость рассчитывается по скользящей шкале с фиксированной ставкой и будет зависеть от того, к какой категории тарифа относится более высокий фактический вес и объемный вес.

• Вы отправляете груз весом 400 кг.
• Кубический объем (длина х ширина х ширина) груза составляет 0,769 куб.
• Умножьте кубический объем на 333 кг, чтобы получить 0,769 х 333 кг = 256 кг.
• 400 выше 256; поэтому фактический вес груза используется для расчета стоимости фрахта в зависимости от того, где он находится на скользящей шкале сборов.

Единственным исключением из этого правила является то, что вы отправляете товары, которые нельзя штабелировать, например, что-то громоздкое или слишком тяжелое для укладки поверх другого груза. В этом случае с вас будет взиматься плата, как если бы ваш груз занимал бы пространство над ним, используя размеры вашего основного поддона и стандартные размеры прицепа, чтобы рассчитать «грузоподъемность» вашего груза в кг.

Вес груза в авиаперевозках

Вес груза в авиаперевозках

Авиаперевозки, как и все, используют вес и объем, чтобы рассчитать стоимость доставки. Но, как вы, наверное, уже поняли, нет ничего проще, когда речь идет о стоимости фрахта! Если вы отправляете воздушным транспортом, стандартный коэффициент деления 6000 также вступит в игру.

• Вы отправляете груз весом 0,4 кг.
• Кубический объем (длина х ширина х ширина) составляет 12000 кубических сантиметров (кубических сантиметров)
• Кубический объем затем делится на 6000, чтобы получить 12000/6000 = 2 кг. 2 кг — это объемный вес груза.
• Поскольку объемный вес превышает фактический вес, объемный вес используется для расчета стоимости (обычно в расчете на кг).
• Таким образом, если плата за перевозку составляет 10 фунтов стерлингов за кг, стоимость отправки этого груза составляет 2 x 10 фунтов стерлингов = 20 фунтов стерлингов.

Чтобы еще больше усложнить задачу, некоторые перевозчики отклоняются от стандартного делительного коэффициента 6000 — часто вместо этого используют 5000.

Если от прочтения этой статьи у вас заболела голова, вряд ли вам понравится перспектива расчета и сравнения различных методов расчета стоимости самостоятельно. Росимпорт поможет сделать вашу жизнь намного проще. Наши агенты по обслуживанию клиентов являются экспертами по всем вопросам доставки и будут рады рассчитать стоимость отправки вашего груза различными способами, чтобы вы могли принять обоснованное решение — без головной боли — или калькулятор!

Таблица грузовых классов

Существует 18 классов грузов: от 50 до 500. Начиная с 50 класса, это тяжелые, но компактные предметы, которые являются наименее дорогими при транспортировке. Далее, предметы становятся менее плотными и более подверженными повреждениям, что делает их более дорогими при транспортировке.

Чтобы стандартизировать ценообразование и не напугать клиентов сильно различающимися тарифами на перевозку, ассоциации разных стран автомобильного грузового движения создают классы грузов, перевозимых автотранспортом

Список грузовых классов

Различные товары имеют различную комбинацию этих четырех факторов, и коды NMFC делят их на 18 классов, пронумерованных от 50 до 500.

В таблице ниже вы увидите образцы товаров, которые обычно встречаются в каждом классе.

Археологи и статуэтка слоника

Рассмотрим решение следующей интересной задачи на плотность тела: во время археологических раскопок была найдена небольшая статуэтка слона. Ученые, чтобы проверить, из чего она сделана , измерили сначала ее объем, погрузив предмет в воду, а затем массу, взвесив его на весах. Какой результат получили археологи, если известно, что объем статуэтки был равен 42 см3, а ее масса составила 810 грамм?

Поскольку известны обе величины, m и V, то можно сразу их подставить в формулу, данную в предыдущем пункте статьи. Тогда получим: ρ = 810/42 = 19,286 г/см3. Следует обратить внимание на размерности исходных величин, которые привели к соответствующим единицам вычисленной плотности. Теперь, если обратится к таблице плотностей, то можно увидеть, что золото имеет значение ρ = 19,32 г/см3. Это число очень близко к тому, что мы получили. Поэтому можно сделать вывод: статуэтка слоника изготовлена из золота (поскольку число 19,286 немного меньше, чем 19,32, то в найденном археологами золоте имеются некоторые легкие примеси).

Какие факторы влияют на плотность тела?

Плотность одних и тех же тел зависит от давления и температуры. Как правило, при высоком давлении молекулы утрамбованы плотнее, и, соответственно, вещество имеет бо́льшую плотность. Обычно при повышении температуры расстояние между молекулами увеличивается, что приводит к уменьшению плотности. Бывают случаи, когда такая зависимость имеет обратное значение. Так, например, плотность воды меньше плотности льда, несмотря на то что лёд имеет более низкую температуру. Причина такого явления — молекулярная структура льда. Часто вещество, переходя из жидкого в твёрдое состояние, изменяет свою молекулярную структуру таким образом, что расстояние между молекулами сокращается, и, соответственно, плотность становится больше. Когда образуется лёд, расстояние между молекулами и их объём становятся больше, а плотность — меньше. Поэтому в зимнее время, если забыть слить с труб воду, она замёрзнет, в результате чего труба разорвётся.

На плотность воды влияют и примеси, которые в ней находятся. Так, например, у морской воды плотность больше, чем у пресной. Если налить в сосуд солёную воду, а сверху — пресную, то последняя будет «плавать» на поверхности морской воды. Поскольку визуально данное явление увидеть сложно, то для эксперимента можно заполнить резиновый шар пресной водой и поместить его в солёную. Шар будет плавать на её поверхности. Можно сказать, что человеческое тело также представляет собой оболочку, наполненную пресной водой, поскольку, как известно, оно состоит из воды примерно на 50-75%. Поэтому держаться на поверхности солёной воды гораздо легче, чем пресной. И чем больше концентрация соли в воде, тем более она плотная.

Свойства массы

Масса имеет определенные характеристики:

• она всегда имеет положительное значение;
• масса системы тел равна сумме масс тел, составляющих эту систему;
• в классической механике массу тела определяет скорость и характер его движения;
• в замкнутой системе суммарная масса тел остается неизменной при любых их взаимодействиях между собой.

Для определения значения массы существует международный эталон. Он называется килограммом, находится во Франции и выглядит как металлический цилиндр, высотой и диаметром по 39 мм.

В международной системе измерений массу обозначают латинской маленькой буквой m. Масса – величина скалярная.

Массу тела можно определить различными способами. В основном на практике пользуются весами. Весы показывают гравитационную массу и бывают различного исполнения: пружинные, рычажные и электронные.

Для определения массы весами пользовались еще около 4 тысяч лет назад древние египтяне. К нашему времени конфигурация весов конечно же изменилась, и на сегодняшний день весы бывают различных размеров и конструкций. Существуют весы для определения массы очень маленьких по размеру тел, а также крупногабаритных объектов. Например, в химических лабораториях применяются сверхточные весы для определения небольших масс навесок, а для взвешивания автомобилей применяются крупногабаритные весы с большей погрешностью измерений.

Условная величина — объёмный вес

Объёмный или габаритный вес — величина, отражающая плотность груза. В ней, прежде всего, отражены интересы перевозчика, так как оформить и перевезти тяжёлый груз малого объёма, к примеру — металлоизделий, не проблематично. А вот пару тонн пуховых одеял поместить в самолёт даже после их сжатия просто не получится. Транспортные расходы тоже разнятся, поэтому компания-перевозчик выбирает более выгодный для себя вариант оценки стоимости перевозки.

Кроме того, учитывается возможность транспорта, чтобы не создать перегрузку. Этот фактор особо важен в авиатранспорте или для доставки по воде. Да и вопросы безопасной доставки и качества услуги требуют индивидуального подхода, чтобы доставка товаров из Китая была успешно завершена.

Как найти массу в физике через объем и плотность?

Перейдем теперь непосредственно к решению поставленной задачи. Допустим необходимо измерить массу имеющегося алмаза. Сначала нужно измерить его объем, допустим, он равен 5000 см 3 . Разбираясь в том, как найти массу через объем, следует также определить плотность вещества. В данном случае можно обратиться к табличным данным и посмотреть, какая плотность характерна для алмаза. В таблице находим, что она равна 3,52 г/см 3 .

После того как все необходимые величины определены, следует использовать известную формулу, как найти массу через объем и плотность: m = V*ρ, где V — объем тела, ρ — плотность. Подставляя полученные значения для алмаза, получаем: m = 5000 (см 3 )*3,52 (г/см 3 ) = 17600.0 г = 17,6 кг. Следует обратить внимание, что при умножении объема на плотность единицы измерения объема (см 3 в примере) сокращаются и остаются только единицы измерения массы.