Чому дорівнює постійний обсяг? Молярний об'єм газоподібних речовин
Теоретичний матеріал дивись на сторінці "Молярний обсяг газу".
Основні формули та поняття:
З закону Авогадро, наприклад, випливає, що за однакових умов в 1 літрі водню і в 1 літрі кисню міститься однакова кількість молекул, хоча їх розміри сильно відрізняються.
Перше слідство із закону Авогадро:
Об'єм, який займає 1 моль будь-якого газу за нормальних умов (н.у.), дорівнює 22,4 літра і називається молярним об'ємом газу(Vm).
V m =V/ν (м 3 /моль)
Що називають нормальними умовами (н.у.):
- нормальна температура = 0 ° C або 273 К;
- нормальний тиск = 1 атм чи 760 мм рт.ст. або 101,3 кПа
З першого слідства закону Авогадро випливає, що, наприклад, 1 моль водню (2 г) і 1 моль кисню (32 г) займають один і той самий об'єм, що дорівнює 22,4 літра при н.у.
Знаючи V m , можна знайти обсяг будь-якої кількості (ν) і будь-якої маси (m) газу:
V=V m ·ν V=V m ·(m/M)
Типова задача 1: Який обсяг при н. займає 10 моль газу?
V=V m ·ν=22,4·10=224 (л/моль)
Типова задача 2: Який обсяг при н. займає 16 г кисню?
V(O 2)=V m ·(m/M) M r (O 2)=32; M(O 2)=32 г/моль V(O 2)=22,4·(16/32)=11,2 л
Друге слідство із закону Авогадро:
Знаючи густину газу (ρ=m/V) при н.у., можна обчислити молярну масу цього газу: M=22,4·ρ
Щільністю (D) одного газу інакше називають відношення маси певного обсягупершого газу до маси аналогічного обсягу другого газу, взятого за однакових умов.
Типове завдання 3 : Визначити відносну щільність вуглекислого газу воднем і повітрям.
D водень (CO 2) = M r (CO 2)/M r (H 2) = 44/2 = 22 D повітря = 44/29 = 1,5
- один об'єм водню і один об'єм хлору дають два об'єми хлористого водню: H 2 +Cl 2 =2HCl
- два об'єми водню і один об'єм кисню дають два об'єми водяної пари: 2H 2 +O 2 =2H 2 O
Завдання 1 . Скільки молей та молекул міститься у 44 г вуглекислого газу.
Рішення:
M(CO 2)=12+16·2=44 г/моль ν = m/M = 44/44 = 1 моль N(CO 2) = ν·N A = 1·6,02·10 23 = 6,02 · 10 23
Завдання 2 . Обчислити масу однієї молекули озону та атома аргону.
Рішення:
M(O 3) = 16·3 = 48 г m(O 3) = M(O 3)/N A = 48/(6,02·10 23) = 7,97·10 -23 г M(Ar) = 40 г m(Ar) = M(Ar)/N A = 40/(6,02·10 23) = 6,65·10 -23 г
Завдання 3 . Який обсяг за н.у. займає 2 моля метану.
Рішення:
ν = V/22,4 V(CH 4) = ν·22,4 = 2·22,4 = 44,8 л
Завдання 4 . Визначити щільність та відносну щільність оксиду вуглецю (IV) за воднем, метаном та повітрям.
Рішення:
M r (CO 2) = 12 +16 · 2 = 44; M(CO 2)=44 г/моль M r (CH 4)=12+1·4=16; M(CH 4)=16 г/моль M r (H 2)=1·2=2; M(H 2)=2 г/моль M r (повітря)=29; М(повітря)=29 г/моль ρ=m/V ρ(CO 2)=44/22,4=1,96 г/моль D(CH 4)=M(CO 2)/M(CH 4)= 44/16=2,75 D(H 2)=M(CO 2)/M(H 2)=44/2=22 D(повітря)=M(CO 2)/M(повітря)=44/24= 1,52
Завдання 5 . Визначити масу газової суміші, до якої входять 2,8 кубометрів метану та 1,12 кубометрів оксиду вуглецю.
Рішення:
M r (CO 2) = 12 +16 · 2 = 44; M(CO 2)=44 г/моль M r (CH 4)=12+1·4=16; M(CH 4)=16 г/моль 22,4 кубометра CH 4 = 16 кг 2,8 кубометра CH 4 = x m(CH 4)=x=2,8·16/22,4=2 кг 22,4 кубометра CO 2 = 28 кг 1,12 кубометра CO 2 = x m(CO 2)=x=1,12·28/22,4=1,4 кг m(CH 4)+m(CO 2)=2+1, 4 = 3,4 кг
Завдання 6 . Визначити об'єми кисню та повітря, необхідні для спалювання 112 кубометрів двовалентного оксиду вуглецю при вмісті в ньому негорючих домішок в об'ємних частках 0,50.
Рішення:
- визначаємо обсяг чистого CO у суміші: V(CO)=112·0,5=66 кубометрів
- визначаємо обсяг кисню, необхідний для спалювання 66 кубів CO: 2CO+O 2 =2CO 2 2моль+1моль 66м 3 +X м 3 V(CO)=2·22,4 = 44,8 м 3 V(O 2)=22 ,4 м 3 66/44,8 = X/22,4 X = 66·22,4/44,8 = 33 м 3 або 2V(CO)/V(O 2 ) = V 0 (CO)/V 0 (O 2) V - молярні об'єми V 0 - обчислювані об'єми V 0 (O 2) = V(O 2)·(V 0 (CO)/2V(CO))
Завдання 7 . Як зміниться тиск у посудині, заповненій газами водню та хлору після того, як вони вступлять у реакцію? Аналогічно для водню та кисню?
Рішення:
- H 2 +Cl 2 =2HCl - в результаті взаємодії 1 моля водню і 1 моля хлору виходить 2 моля хлороводню: 1(моль)+1(моль)=2(моль), отже, тиск не зміниться, оскільки об'єм газової суміші, що вийшов, дорівнює сумі обсягів компонентів, які вступили у реакцію.
- 2H 2 +O 2 =2H 2 O - 2(моль)+1(моль)=2(моль) - тиск у посудині зменшиться у півтора рази, оскільки з 3 обсягів компонентів, що вступили в реакцію, вийшло 2 обсяги газової суміші.
Завдання 8 . 12 літрів газової суміші з аміаку та чотиривалентного оксиду вуглецю при н.у. мають масу 18 г. Скільки у суміші кожного з газів?
Рішення:
V(NH 3)=x л V(CO 2)=y л M(NH 3)=14+1·3=17 г/моль M(CO 2)=12+16·2=44 г/моль m( NH 3)=x/(22,4·17) г m(CO 2)=y/(22,4·44) г Система рівнянь об'єм суміші: x+y=12 маса суміші: x/(22,4· 17) + y / (22,4 · 44) = 18 Після рішення отримаємо: x = 4,62 л y = 7,38 л
Завдання 9 . Яка кількість води вийде в результаті реакції 2 г водню і 24 г кисню.
Рішення:
2H 2 +O 2 =2H 2 O
З рівняння реакції видно, що кількість реагуючих речовин не відповідають відношенню стехіометричних коефіцієнтів у рівнянні. У таких випадках обчислення проводять за речовиною, якої менше, тобто ця речовина закінчиться першою в ході реакції. Щоб визначити який із компонентів перебуває у недоліку, треба звернути увагу на коефіцієнті рівняння реакції.
Кількість вихідних компонентів ν(H 2)=4/2=2 (моль) ν(O 2)=48/32=1,5 (моль)
Однак поспішати не треба. У нашому випадку для реакції з 1,5 моль кисню необхідно 3 моль водню (1,5·2), а в нас його тільки 2 моль, тобто не вистачає 1 моль водню, щоб прореагували всі півтора моля кисню. Тому, розрахунок кількості води будемо вести по водню:
ν(H 2 O)=ν(H 2)=2 моль m(H 2 O) = 2·18=36 г
Завдання 10 . При температурі 400 К та тиску 3 атмосфери газ займає об'єм 1 літр. Який обсяг займатиме цей газ за н.у.?
Рішення:
З рівняння Клапейрона:
P · V / T = P N · V N / T N V N = (PVT N) / (P N T) V N = (3 · 1 · 273) / (1 · 400) = 2,05 л
Мета уроку:сформувати поняття про молярний, мілімолярний та кіломолярний обсяги газів та одиниці їх вимірювання.
Завдання уроку:
- Навчальні– закріпити раніше вивчені формули та знайти зв'язок між обсягом та масою, кількістю речовини та числом молекул, закріпити та систематизувати знання учнів.
- Розвиваючі– розвивати вміння та навички вирішувати завдання, здатності до логічного мислення, розширювати кругозір учнів, їх творчі здібності, вміння працювати з додатковою літературою, довгострокову пам'ять, інтерес до предмета.
- Виховні- виховувати особи з високим рівнемкультури, формувати потребу у пізнавальній діяльності.
Тип уроку:Комбінований урок.
Обладнання та реактиви:Таблиця «Молярний обсяг газів», портрет Авогадро, мензурка, вода, мірні склянки із сіркою, оксидом кальцію, глюкози кількістю речовини 1 моль.
План уроку:
- Організаційний момент (1 хв.)
- Перевірка знань у вигляді фронтального опитування (10 хв.)
- Заповнення таблиці (5 хв.)
- Пояснення нового матеріалу (10 хв.)
- Закріплення (10 хв.)
- Підбиття підсумків (3 хв.)
- Домашнє завдання (1 хв.)
Хід уроку
1. Організаційний момент.
2. Фронтальна розмова з питань.
Як називається маса 1 молячи речовини?
Як пов'язати молярну масу та кількість речовини?
Чому дорівнює число Авогадро?
Як пов'язане число Авогадро та кількість речовини?
А як пов'язати масу та число молекул речовини?
3. Тепер заповніть таблицю, вирішивши завдання – це групова робота.
Формула, речовини | Маса, г | Молярна маса, г/моль | Кількість речовини, моль | Число молекул | Число Авогадро, молекул/моль |
ZnO | ? | 81 г/моль | ? моль | 18 10 23 молекул | 6 10 23 |
MgS | 5,6г | 56 г/моль | ? моль | ? | 6 10 23 |
BaCl 2 | ? | ? г/моль | 0,5 моль | 3 10 23 молекул | 6 10 23 |
4. Вивчення нового матеріалу.
«...Ми хочемо не тільки знати, як улаштована природа (і як відбуваються природні явища), але і по можливості досягти мети, можливо, утопічної та зухвалої на вигляд, – дізнатися, чому природа є саме такою, а не іншою. У цьому вчені знаходять найвище задоволення.
Альберт Ейнштейн
Отже, наша мета – знайти найвище задоволення, як справжні вчені.
А як називається об'єм 1 моля речовини?
Від чого залежить молярний об'єм?
Чому дорівнюватиме молярний об'єм води, якщо її M r = 18, а ρ = 1 г/мл?
(Звичайно 18 мл).
Для визначення обсягу використовувалися формулою відомої з фізики ρ = m / V (г/мл, г/см 3 кг/м 3)
Відміряємо цей об'єм мірним посудом. Відміряємо молярні обсяги спирту, сірки, заліза, цукру. Вони різні, т.к. щільність різна (таблиця різних щільностей).
А як справи у газів? Виявляється, 1 моль будь-якого газу за н.у. (0°С і 760 мм.рт.ст.) займає один і той же молярний об'єм 22,4 л/моль (показується на таблиці). А як називатиметься обсяг 1 кіломолю? Кіломолярним. Він дорівнює 22,4 м-коду 3 /кмоль. Мілімолярний об'єм 22,4 мл/моль.
Звідки взялося це число?
Воно випливає із закону Авогадро. Наслідок із закону Авогадро: 1 моль будь-якого газу за н.у. займає об'єм 22,4 л/моль.
Трохи про життя італійського вченого ми зараз почуємо. (повідомлення про життя Авогадро)
А тепер подивимося залежність величин від різних показників:
Формула речовини | Агрегатний стан (при н.у.) | Маса, г | Щільність, г/мл | Об'єм порцій в 1 моль, л | Кількість речовини, моль | Залежність між обсягом та кількістю речовини |
NaCl | Тверде | 58,5 | 2160 | 0,027 | 1 | 0,027 |
H 2 O | Рідке | 18 | 1000 | 0,018 | 1 | 0,18 |
O 2 | Газ | 32 | 1,43 | 22,4 | 1 | 22,4 |
H 2 | Газ | 2 | 0,09 | 22,4 | 1 | 22,4 |
CO 2 | Газ | 44 | 1,96 | 22,4 | 1 | 22,4 |
SO 2 | газ | 64 | 2,86 | 22,4 | 1 | 22,4 |
З порівняння отриманих даних зробіть висновок (залежність між об'ємом та кількістю речовини для всіх газоподібних речовин (при н.у.) виражається однаковою величиною, яка називається молярним об'ємом.)
Позначається V m і вимірюється л/моль і т.д. Виведемо формулу для знаходження молярного об'єму
V m = V/v , звідси можна знайти кількість речовини та обсяг газу. А тепер згадаємо раніше вивчені формули, чи їх можна об'єднати? Можна одержати універсальні формули для розрахунків.
m/M = V/V m;
V/V m = N/Na
5. А тепер закріпимо отримані знання за допомогою усного рахунку, щоб знання через уміння стали застосовуватися автоматично, тобто перетворилися на навички.
За правильну відповідь ви отримуватимете бал, за кількістю балів отримаєте оцінку.
- Назвіть формулу водню?
- Якою є його відносна молекулярна маса?
- Яка його молярна маса?
- Скільки молекул водню буде у кожному випадку?
- Який обсяг займуть за н.у. 3 г H 2?
- Скільки важитимуть 12 10 23 молекул водню?
- Який обсяг займуть ці молекули у кожному випадку?
А тепер вирішимо завдання щодо груп.
Завдання №1
Зразок: Який обсяг займає 0,2 моль N 2 за н.у.?
- Який обсяг займають 5 моль O 2 при н.
- Який обсяг займають 2,5 моль H 2 за н.у.?
Завдання №2
Яка кількість речовини містить водень об'ємом 33,6 л при н.у.?
Завдання для самостійного вирішення
Розв'яжіть задачі за наведеним зразком:
- Яка кількість речовини містить кисень об'ємом 0,224 л за н.у.?
- Яка кількість речовини містить вуглекислий газоб'ємом 4,48 л за н.у.?
Завдання №3
Зразок: Який обсяг займуть 56 р газу СО при н.у.?
Завдання для самостійного вирішення
Розв'яжіть задачі за наведеним зразком:
- Який обсяг займуть 8 р газу O 2 при н.у.?
- Який обсяг займуть 64 р газу SO 2 при н.у.?
Завдання №4
Зразок: У якому обсязі міститься 3 10 23 молекул водню H 2 при н.у.?
Завдання для самостійного вирішення
Розв'яжіть задачі за наведеним зразком:
- У якому обсязі міститься 12,04 ·10 23 молекул водню СО 2 при н.у.?
- В якому обсязі міститься 3,01 · 1023 молекул водню O2 при н.у.?
Поняття відносної щільності газів слід дати на підставі їх знань про щільність тіла: D = ρ 1 /ρ 2 , де ρ 1 – густина першого газу, ρ 2 – густина другого газу. Ви знаєте формулу ρ = m/V. Замінивши у цій формулі m на М, а V на V m отримаємо ρ = М/V m . Тоді відносну щільність можна виразити, використовуючи праву частину останньої формули:
D = ρ 1 / ρ 2 = М 1 / М 2 .
Висновок: відносна щільність газів – число, що показує, у скільки разів молярна маса одного газу більша за молярну масу іншого газу.
Наприклад, визначте відносну щільність кисню повітрям, воднем.
6. Підбиття підсумків.
Розв'яжіть завдання для закріплення:
Знайдіть масу (н.у.): а) 6 л. Про 3; б) 14 л. газу H 2 S?
Який обсяг водню за н.у. утворюється при взаємодії 0,23 г натрію із водою?
Якою є молярна маса газу, якщо 1 л. його має масу 3,17 р? (Підказка! m = ρ·V)
Для того, щоб дізнатися склад будь-яких газоподібних речовин, необхідно вміти оперувати такими поняттями, як молярний об'єм, молярна маса і щільність речовини. У цій статті розглянемо, що таке молярний об'єм і як його обчислити?
Кількість речовини
Кількісні розрахунки проводять з метою, щоб у реальності здійснити той чи інший процес або дізнатися про склад і будову певної речовини. Ці розрахунки незручно проводити з абсолютними значеннями маси атомів чи молекул через те, що вони дуже малі. Відносні атомні маси також у більшості випадків неможливо використовувати, оскільки вони не пов'язані із загальноприйнятими заходами маси або об'єму речовини. Тому введено поняття кількість речовини, що позначається грецькою літерою v(ню) чи n. Кількість речовини пропорційно числу структурних одиниць, що містяться в речовині (молекул, атомних частинок).
Одиницею кількості речовини є моль.
Міль – це така кількість речовини, яка містить стільки ж структурних одиниць, скільки атомів міститься у 12 г ізотопу вуглецю.
Маса 1 атома дорівнює 12 а. е. м., тому число атомів в 12 г ізотопу вуглецю дорівнює:
Na = 12г/12 * 1,66057 * 10в ступеня-24г = 6,0221 * 10 в ступеня 23
Фізична величина Na називається постійною Авогадро. Один моль будь-якої речовини містить 6,02 * 10 ступенем 23 частинок.
Мал. 1. Закон Авогадро.
Молярний об'єм газу
Молярний обсяг газу - це відношення обсягу речовини до кількості цієї речовини. Цю величину обчислюють при розподілі молярної маси речовини на його щільність за такою формулою:
де Vm – молярний об'єм, М – молярна маса, а p – густина речовини.
Мал. 2. Молярний обсяг формули.
У міжнародній системі Сі вимірювання молярного об'єму газоподібних речовин здійснюється у кубічних метрах на моль (м3/моль)
Молярний об'єм газоподібних речовин відрізняється від речовин, що знаходяться в рідкому та твердому стані тим, що газоподібний елемент кількістю 1 моль завжди займає однаковий об'єм (якщо дотримано однакових параметрів).
Об'єм газу залежить від температури та тиску, тому при розрахунках слід брати об'єм газу за нормальних умов. Нормальними умовами вважається температура 0 градусів та тиск 101,325 кПа. Молярний об'єм 1 моля газу за нормальних умов завжди однаковий і дорівнює 22,41 дм 3 /моль. Цей обсяг називається молярним обсягом ідеального газу. Тобто, в 1 молі будь-якого газу (кисень, водень, повітря) обсяг дорівнює 22,41 дм3/м.
Мал. 3. Молярний обсяг газу за нормальних умов.
Таблиця "молярний обсяг газів"
У наступній таблиці представлений обсяг деяких газів:
Газ | Молярний об'єм, л |
H 2 | 22,432 |
O 2 | 22,391 |
Cl 2 | 22,022 |
CO 2 | 22,263 |
NH 3 | 22,065 |
SO 2 | 21,888 |
Ідеальний | 22,41383 |
Що ми дізналися?
Молярний обсяг газу, що вивчається з хімії (8 клас) поряд з молярною масою та щільністю є необхідними величинами для визначення складу того чи іншого хімічної речовини. Особливістю молярного газу і те, що у одному молі газу завжди міститься однаковий обсяг. Цей обсяг називається молярним обсягом газу.
Тест на тему
Оцінка доповіді
Середня оцінка: 4.3. Усього отримано оцінок: 182.
З положень про те, що одна моль будь-якої речовини включає число частинок цієї речовини, що дорівнює кількості Авогадро, і що рівні числа частинок різних газів за однакових фізичних умов містяться в рівних обсягах цих газів, випливає слідство:
рівні кількості будь-яких газоподібних речовин за однакових фізичних умов займають рівні обсяги
Наприклад, обсяг одного моль будь-якого газу має (при p, T = const) одне й те саме значення. Отже, рівняння реакції, що протікає за участю газів, задає не тільки співвідношення їх кількостей та мас, а й обсягів.
молярний об'єм газу (V M) - це об'єм газу, в якому міститься 1 моль частинок цього газу
V M = V / n
Одиниця молярного об'єму газу СІ - кубічний метр на моль (м 3 /моль), але частіше використовують дольные одиниці - літр (кубічний дециметр) на моль (л/моль, дм 3 /моль) і мл (кубічний сантиметр) на моль ( см 3/моль).
Відповідно до визначення молярного обсягу для будь-якого газу відношення його обсягу Vдо кількості nбуде однаковим за умови, що це є ідеальний газ.
За нормальних умов (н.у.) - 101,3 кПа, 0°С - молярний об'єм ідеального газу дорівнює
V M = 2,241381·10 -2 м 3 /моль ≈ 22.4 л/моль
У хімічних розрахунках використовується заокруглене значення 22,4 л/моль, оскільки точне значення відноситься до ідеального газу, а більшість реальних газів за властивостями відрізняються від нього. Реальні гази з дуже низькою температурою рівноважної конденсації (H 2 , O 2 , N 2) за нормальних умов мають об'єм, майже рівний 22,4 л/моль, а гази, що конденсуються при високих температурах, мають дещо менше значення молярного об'єму при н.у.: CO 2 - 22.26 л/моль, для NH 3 - 22,08 л/моль.
Знаючи об'єм деякого газу за заданих умов, можна визначити кількість речовин у цьому обсязі, і навпаки, за кількістю речовини в даній порції газу можна знайти об'єм цієї порції:
n = V / V M; V = V M * n
Молярний обсяг газу за н.у. - фундаментальна фізична стала, яка широко використовується в хімічних розрахунках. Вона дозволяє застосовувати обсяг газу замість його маси, що дуже зручно в аналітичній хімії (газоаналізатори засновані на вимірюванні об'єму), оскільки легше виміряти об'єм газу, ніж його масу.
Значення молярного обсягу газу за н.у. є коефіцієнтом пропорційності між постійними Авогадро та Лошмідта:
V M = N A / N L = 6.022 · 10 23 (моль -1) / 2,24 · 10 4 (см 3 / моль) = 2.69 · 10 19 (см -3)
Використовуючи значення молярного об'єму та молярну масу газу можна визначити щільність газу:
ρ = M / V M
У розрахунках, заснованих на законі еквівалентів для газоподібних речовин (реагентів, продуктів) замість еквівалентної маси зручніше застосовувати еквівалентний обсяг, який є відношенням обсягу порції даного газу до еквівалентної кількості речовини в цій порції:
V eq = V / n eq = V / zn = V M / z; (p, T = const)
Одиниця еквівалентного обсягу збігається з одиницею молярного обсягу. Значення еквівалентного обсягу газу є константою даного газу лише в конкретній реакції, оскільки залежить від фактора еквівалентності f eq.
Молярний об'єм газу
Молярний об'єм газу З положень про те, що одна моль будь-якої речовини включає число частинок цієї речовини, що дорівнює кількості Авогадро, і що рівні числа частинок різних газів при однакових
Обсяг газу за нормальних умов
Тема 1
УРОК 7
Тема. Молярний об'єм газів. Обчислення обсягу газу за нормальних умов
Цілі уроку: ознайомити учнів із поняттям «молярний обсяг»; розкрити особливості використання поняття "молярний обсяг" для газоподібних речовин; навчити учнів використовувати отримані знання для розрахунків обсягів газів за нормальних умов.
Тип уроку: комбінований.
Форми роботи: оповідання вчителя, керована практика.
Обладнання: Періодична система хімічних елементівД. І. Менделєєва, картки із завданнями, куб об'ємом 22,4 л (зі стороною 28,2 см).
ІІ. Перевірка домашнього завдання, актуалізація опорних знань
Учні здають на перевірку виконане на аркушах домашнє завдання.
1) Що таке «кількість речовини»?
2) Одиниця виміру кількості речовини.
3) Скільки частинок міститься в 1 моль речовини?
4) Яка існує залежність між кількістю речовини та агрегатного стану, в якому знаходиться ця речовина?
5) Скільки молекул води міститься в 1 моль льоду?
6) А в 1 моль рідкої води?
7) У 1 моль водяної пари?
8) Яку масу матимуть:
III. Вивчення нового матеріалу
Створення та рішення проблемної ситуації Проблемне питання. Який обсяг займатиме:
Відповісти на ці питання відразу ми не можемо, тому що обсяг речовини залежить від густини речовини. І згідно з формулою V = m / ρ обсяг буде різним. 1 моль пари займає більший обсяг, ніж 1 моль води чи льоду.
Тому що в рідких та газоподібних речовинах відстань між молекулами води різна.
Вивченням газоподібних речовин займалося багато вчених. Значний внесок у вивчення цього питання зробили французький хімік Жозеф Луї Гей-Люссак та англійський фізикРоберт Бойль, який сформулював ряд фізичних закономірностей, що описують стан газів.
З цих закономірностей ви знаєте?
Усі гази однаково стискаються, мають однаковий термічний коефіцієнт розширення. Обсяги газів залежить від розмірів окремих молекул, як від відстані між молекулами. Відстань між молекулами залежить від швидкості їх руху, енергії і, відповідно, температури.
На підставі цих законів та своїх досліджень італійський учений Амедео Авогадро сформулював закон:
У рівних обсягах різних газів міститься однакова кількість молекул.
За звичайних умов газоподібні речовини мають молекулярна будова. Молекули газів дуже дрібні порівняно з відстанню між ними. Тому обсяг газу визначається не розміром частинок (молекул), а відстанню між ними, що для будь-якого газу приблизно однакова.
А. Авогадро зробив висновок, що якщо взяти 1 моль, тобто 6,02 · 1023 молекул будь-яких газів, то вони займатимуть однаковий обсяг. Але при цьому вимірюватися цей обсяг за однакових умов, тобто за однакових температур і тиску.
Умови, за яких проводяться такі розрахунки, назвали нормальними умовами.
Нормальні умови (н. в.):
Т = 273 К або t = 0 ° С
Р = 101,3 кПа чи Р = 1 атм. = 760 мм рт. ст.
Об'єм 1 моль речовини називають молярним об'ємом (Vm). Для газів за нормальних умов дорівнює 22,4 л/моль.
Демонструється куб об'ємом 22,4 л.
У кубі міститься 6,02-1023 молекул будь-яких газів, наприклад, кисню, водню, аміаку (NH 3), метану (СН4).
При яких умовах?
При температурі 0 ° С та тиску 760 мм рт. ст.
Із закону Авогадро випливає, що
де Vm = 22,4 л/моль будь-якого газу за зв. в.
Отже, знаючи обсяг газу, можна визначити кількість речовини, і навпаки.
IV. Формування навичок та умінь
Практика на прикладах
Обчисліть, який обсяг займатимуть 3 моль кисню за зв. в.
Обчисліть кількість молекул карбон(IV) оксиду обсягом 44,8 л (н. в).
2) Обчислимо кількість молекул СО 2 за формулами:
N (CO 2 ) = 2 моль · 6,02 · 1023 молекул/моль = 12,04 · 1023 молекул.
Відповідь: 12,04 · 1023 молекул.
Обчисліть, який об'єм займає азот масою 112 г (по зв. в.).
V (N 2) = 4 моль · 22,4 л/моль = 89,6 л.
V. Домашнє завдання
Опрацювати відповідний параграф підручника, відповісти на запитання.
Творче завдання (домашня практика). Самостійно вирішити задачі 2, 4, 6 з картки.
Картка-завдання до уроку 7
Обчисліть, який обсяг займе 7 моль азоту N 2 (по зв. ст).
Обчисліть кількість молекул водню об'ємом 112 л.
(Відповідь: 30,1 · 1023 молекул)
Обчисліть, який обсяг займає сірководень масою 340 г.
Обсяг газу за нормальних умов
Молярний об'єм газів. Обчислення обсягу газу за нормальних умов – КІЛЬКІСТЬ РЕЧОВИНИ. РОЗРАХУНКИ З ХІМІЧНИХ ФОРМУЛ – УРОКИ ХІМІЇ – 8 клас – конспекти уроків – уроки хімії – План уроку – Конспект уроку – Плани уроків – розробки уроків з хімії – ХІМІЯ – Стандарт та академічний рівень шкільна програма– усіх уроків хімії для восьмого класу 12-річної школи
Газові закони Закон Авогадро. Молярний об'єм газу
Французький вчений Ж.Л. Гей-Люссак встановив закон об'ємні відносини:
Наприклад, 1 л хлору з'єднується з 1 л водню , утворюючи 2 л хлороводню ; 2 л оксиду сірки (IV) з'єднуються з 1 л кисню утворюючи 1 л оксиду сірки (VI).
Цей закон дозволив італійському вченому А. Авогадроприпустити, що молекули простих газів ( водню, кисню, азоту, хлору та ін.
) складаються з двох однакових атомів
. При з'єднанні водню із хлором їх молекули розпадаються на атоми, а останні утворюють молекули хлороводню. Але оскільки з однієї молекули водню та однієї молекули хлору утворюються дві молекули хлороводню, обсяг останнього має дорівнювати сумі обсягів вихідних газів.
Таким чином, об'ємні відносини легко пояснюються, якщо виходити з уявлення про двоатомність молекул простих газів ( Н2, Сl2, O2, N2 та ін.
)- Це служить, своєю чергою, доказом двоатомності молекул цих речовин.
Вивчення властивостей газів дозволило А. Авогадро висловити гіпотезу, яка згодом була підтверджена досвідченими даними, а тому почала називатися законом Авогадро:
Із закону Авогадро випливає важливе слідство: за однакових умов 1 моль будь-якого газу займає однаковий обсяг.
Цей обсяг можна обчислити, якщо відома маса 1 л газу. За нормальних умов, (н.у.) тобто температурі 273К (О°С) та тиск 101325 Па (760 мм рт. ст.) маса 1 л водню дорівнює 0,09 г, молярна маса його дорівнює 1,008 2 = 2,016 г/моль. Тоді обсяг, який займає 1 моль водню за нормальних умов, дорівнює 22,4 л
За тих же умов маса 1л кисню 1,492г ; молярна 32г/моль . Тоді обсяг кисню при (н.у.) теж дорівнює 22,4 моль.
Молярний обсяг газу - це відношення обсягу речовини до кількості цієї речовини:
де V m - молярний обсяг газу (розмірність л/моль ); V – обсяг речовини системи; n - Кількість речовини системи. Приклад запису: V m газу (н.у.) = 22,4 л/моль.
З закону Авогадро визначають молярні маси газоподібних речовин. Чим більша маса молекул газу, тим більша маса одного й того ж обсягу газу. У рівних обсягах газів за однакових умов міститься однакове число молекул, отже, і молей газів. Відношення мас рівних обсягів газів дорівнює відношенню їх молярних мас:
де m 1 - Маса певного обсягу першого газу; m 2 - Маса такого ж обсягу другого газу; M 1 і M 2 - молярні маси першого та другого газів.
Зазвичай щільність газу визначають по відношенню до самого легкого газу- водню (позначають D H2 ). Молярна маса водню дорівнює 2г/моль . Тож отримуємо.
Молекулярна маса речовини в газоподібному стані дорівнює його подвоєній щільності водню.
Часто щільність газу визначають по відношенню до повітря (D B ) . Хоча повітря є сумішшю газів, все ж таки говорять про його середню молярну масу. Вона дорівнює 29г/моль. В цьому випадку молярна мас визначається виразом М = 29D B .
Визначення молекулярних маспоказало, що молекули простих газів складаються з двох атомів (Н2, F2, Cl2, O2 N2) а молекули інертних газів - з одного атома (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Для благородних газів «молекула» та «атом» рівнозначні.
Закон Бойля – Маріотта:
при постійній температурі об'єм даної кількості газу обернено пропорційний тиску, під яким він знаходиться.Звідси pV = const
,
де р
- тиск, V
- Об'єм газу.
Закон Гей-Люссака:
при постійному тиску зміна обсягу газу прямо пропорційно температурі, тобто.
V/T = const,
де Т
- температура за шкалою До
(Кельвіна)
Об'єднаний газовий закон Бойля - Маріотта та Гей-Люссака:
pV/T = const.
Ця формула зазвичай використовується для обчислення обсягу газу за даних умов, якщо відомий його обсяг за інших умов. Якщо здійснюється перехід від нормальних умов (або нормальних умов), то цю формулу записують наступним чином:
pV/T = p
V
/T
,
де р
,V
,T
-тиск, обсяг газу та температура за нормальних умов ( р
= 101 325 Па
, Т
= 273 К
V
= 22,4 л/моль)
.
Якщо відомі маса та кількість газу, а треба обчислити його обсяг, або навпаки, використовують рівняння Менделєєва-Клайперона:
де n - кількість речовини газу, моль; m - Маса, г; М - молярна маса газу, г/іоль ; R - Універсальна газова постійна. R = 8,31 Дж/(моль*К)
Газові закони
Газові закони Закон Авогадро. Молярний обсяг газу Французький вчений Ж.Л. Гей-Люссак встановив закон об'ємних відносин: Наприклад, 1 л хлору з'єднується з 1 л водню, утворюючи 2 л.
Перш ніж розв'язувати задачі, слід занести формули та правила того, як знайти обсяг газу. Слід згадати закон Авогадро. А сам обсяг газу можна обчислити за допомогою кількох формул, вибравши з них потрібну. При доборі необхідної формули, велике значеннямають умови середовища, зокрема температура та тиск.
Закон Авогадро
У ньому говориться, що при однаковому тиску та однаковій температурі, в одних і тих самих обсягах різних газів, буде міститися однакове число молекул. Кількість молекул газу, що містяться в одному молі, це число Авогадро. З цього закону випливає, що: 1 Кмоль (кіломоль) ідеального газу, причому будь-якого, при однаковому тиску та температурі (760 мм рт.ст. і t = 0 * С) завжди займає один об'єм = 22,4136 м3.
Як визначити обсяг газу
- Формулу V=n*Vm найчастіше можна зустріти у завданнях. Тут обсяг газу в літрах - V, Vm – обсяг газу молярний (л/моль), який за нормальних умов = 22,4 л/моль, а n – кількість речовини у молях. Коли в умовах немає кількості речовини, але при цьому є маса речовини, тоді чинимо так: n=m/M. Тут М – г/моль (молярна маса речовини), а маса речовини у грамах – m. У таблиці Менделєєва вона написана під кожним елементом як його атомна маса. Складемо всі маси та отримаємо шукану.
- Отже, як обчислити обсяг газу. Ось завдання: соляної кислотирозчинити 10 г алюмінію. Питання: скільки водню може виділитися за зв. у.? Рівняння реакції має такий вигляд: 2Al+6HCl(изб.)=2AlCl3+3H2. На самому початку знаходимо алюміній (кількість), який вступив у реакцію за такою формулою: n(Al)=m(Al)/M(Al). Масу алюмінію (молярну) візьмемо з таблиці Менделєєва M (Al) = 27г/моль. Підставимо: n(Al)=10/27=0,37моль. З хімічного рівняннявидно, 3 молі водню утворилися під час розчинення 2-х молей алюмінію. Слід розрахувати, скільки ж водню виділиться з 0,4 молі алюмінію: n(H2)=3*0,37/2=0,56моль. Підставимо дані у формулу і знайдемо обсяг цього газу. V = n * Vm = 0,56 * 22,4 = 12,54л.