Заедно с масата и обема, химически изчислениячесто се използва количеството на веществото, пропорционално на броя на структурните единици, съдържащи се във веществото. В този случай във всеки отделен случай трябва да се посочи кои структурни единици (молекули, атоми, йони и др.) се имат предвид. Единицата за количество на веществото е мол.
Мол е количеството вещество, съдържащо толкова молекули, атоми, йони, електрони или други структурни единици, колкото има атоми в 12 g от 12C въглеродния изотоп.
Броят на структурните единици, съдържащи се в 1 мол вещество (константа на Авогадро), се определя с голяма точност; в практическите изчисления се приема равно на 6,02 1024 mol -1.
Лесно е да се покаже, че масата на 1 мол вещество (моларна маса), изразена в грамове, е числено равна на относителното молекулно тегло на това вещество.
По този начин относителното молекулно тегло (или накратко молекулно тегло) на свободния хлор C1r е 70,90. Следователно моларната маса на молекулния хлор е 70,90 g/mol. Моларната маса на хлорните атоми обаче е наполовина по-малка (45,45 g/mol), тъй като 1 мол хлорни молекули на Cl съдържа 2 мола хлорни атоми.
Според закона на Авогадро, равни обеми от всички газове, взети при една и съща температура и същото налягане, съдържат същия брой молекули. С други думи, същият брой молекули на всеки газ заема същия обем при едни и същи условия. Въпреки това, 1 мол от всеки газ съдържа същия брой молекули. Следователно, при същите условия, 1 мол от всеки газ заема същия обем. Този обем се нарича моларен обем на газа и при нормални условия (0 ° C, налягане 101, 425 kPa) е 22,4 литра.
Например твърдението „съдържанието на въглероден диоксид във въздуха е 0,04% (об.)“ означава, че когато парциално налягане CO 2 равен на налягането на въздуха и при същата температура въглеродният диоксид, съдържащ се във въздуха, ще заема 0,04% от общия обем, зает от въздуха.
1. Сравнете броя на молекулите, съдържащи се в 1 g NH 4 и 1 g N 2. В кой случай и колко пъти броят на молекулите е по-голям?
2. Изразете в грамове масата на една молекула серен диоксид.
4. Колко молекули се съдържат в 5,00 ml хлор при нормални условия?
4. Какъв обем при нормални условия заемат 27 10 21 газови молекули?
5. Изразете в грамове масата на една молекула NO 2 -
6. Какво е съотношението на обемите, заети от 1 мол O 2 и 1 мол Oz (условията са същите)?
7. При еднакви условия се вземат равни маси на кислород, водород и метан. Намерете съотношението на обемите на взетите газове.
8. На въпроса колко обем ще поеме 1 мол вода при нормални условия, беше получен отговорът: 22,4 литра. Това правилният отговор ли е?
9. Изразете в грамове масата на една молекула HCl.
Колко молекули въглероден диоксид има в 1 литър въздух, ако обемното съдържание на CO 2 е 0,04% (нормални условия)?
10. Колко мола се съдържат в 1 m 4 газ при нормални условия?
11. Изразете в грамове масата на една молекула H 2 O-
12. Колко мола кислород има в 1 литър въздух, ако обемът
14. Колко мола азот има в 1 литър въздух, ако обемното му съдържание е 78% (нормални условия)?
14. При еднакви условия се вземат равни маси кислород, водород и азот. Намерете съотношението на обемите на взетите газове.
15. Сравнете броя на молекулите, съдържащи се в 1 g NO 2 и 1 g N 2 . В кой случай и колко пъти броят на молекулите е по-голям?
16. Колко молекули се съдържат в 2,00 ml водород при нормални условия?
17. Изразете в грамове масата на една молекула H 2 O-
18. Какъв обем при нормални условия заемат 17 10 21 газови молекули?
СКОРОСТ НА ХИМИЧЕСКИ РЕАКЦИИ
При дефинирането на понятието скорост химическа реакция е необходимо да се прави разлика между хомогенни и хетерогенни реакции. Ако реакцията протича в хомогенна система, например в разтвор или в смес от газове, тогава тя протича в целия обем на системата. Скоростта на хомогенна реакциянарича се количеството вещество, което влиза в реакция или се образува в резултат на реакция за единица време в единица обем на системата. Тъй като съотношението на броя на моловете на веществото към обема, в който е разпределено, е молната концентрация на веществото, скоростта на хомогенна реакция може също да се определи като промяна в концентрацията за единица време на някое от веществата: първоначалния реагент или реакционния продукт. За да се гарантира, че резултатът от изчислението винаги е положителен, независимо дали е произведен от реагент или продукт, знакът „±“ се използва във формулата:
В зависимост от естеството на реакцията времето може да бъде изразено не само в секунди, както се изисква от системата SI, но и в минути или часове. По време на реакцията стойността на нейната скорост не е постоянна, а непрекъснато се променя: тя намалява, тъй като концентрациите на изходните вещества намаляват. Горното изчисление дава средната стойност на скоростта на реакцията за определен интервал от време Δτ = τ 2 – τ 1 . Истинската (моментна) скорост се определя като границата, към която се отнася съотношението Δ С/ Δτ при Δτ → 0, т.е. истинската скорост е равна на производната по време на концентрацията.
За реакция, чието уравнение съдържа стехиометрични коефициенти, които се различават от единица, стойностите на скоростта, изразени за различни вещества, не са еднакви. Например, за реакцията A + 4B \u003d D + 2E, консумацията на вещество А е един мол, вещество В е три мола, пристигането на вещество Е е два мола. Така υ (A) = ⅓ υ (B) = υ (D)=½ υ (E) или υ (E) . = ⅔ υ (AT) .
Ако реакцията протича между вещества, които са в различни фази на хетерогенна система, тогава тя може да се осъществи само на границата между тези фази. Например, взаимодействието на киселинен разтвор и парче метал се случва само на повърхността на метала. Скоростта на хетерогенна реакциянарича се количеството вещество, което влиза в реакция или се образува в резултат на реакция за единица време за единица от границата между фазите:
.
Зависимостта на скоростта на химичната реакция от концентрацията на реагентите се изразява чрез закона за масовото действие: при постоянна температура скоростта на химическата реакция е право пропорционална на произведението на моларните концентрации на реагентите, повишени в степен, равни на коефициентитес формулите на тези вещества в уравнението на реакцията. След това за реакцията
2A + B → продукти
съотношението υ ~ · СА 2 СБ, а за прехода към равенство се въвежда коефициентът на пропорционалност к, Наречен константа на скоростта на реакцията:
υ = к· СА 2 С B = к[A] 2 [V]
(моларните концентрации във формулите могат да бъдат обозначени с буква Ссъс съответния индекс и формулата на веществото в квадратни скоби). Физическият смисъл на константата на скоростта на реакцията е скоростта на реакцията при концентрации на всички реагенти, равни на 1 mol/L. Размерът на константата на скоростта на реакцията зависи от броя на факторите от дясната страна на уравнението и може да бъде от -1; s –1 (l/mol); s –1 (l 2 / mol 2) и т.н., тоест така, че във всеки случай при изчисленията скоростта на реакцията се изразява в mol l –1 s –1.
За хетерогенни реакции уравнението на закона за действие на масата включва концентрациите само на онези вещества, които са в газова фаза или в разтвор. Концентрацията на вещество в твърдата фаза е постоянна стойности е включена в константата на скоростта, например за процеса на изгаряне на въглища C + O 2 \u003d CO 2, законът на масовото действие е написан:
υ = kI const = к·,
където к= kI const.
В системи, където едно или повече вещества са газове, скоростта на реакцията също зависи от налягането. Например, когато водородът взаимодейства с йодни пари H 2 + I 2 \u003d 2HI, скоростта на химическата реакция ще се определи от израза:
υ = к··.
Ако налягането се увеличи, например, с коефициент 4, тогава обемът, зает от системата, ще намалее със същото количество и следователно концентрацията на всеки от реагентите ще се увеличи със същото количество. Скоростта на реакцията в този случай ще се увеличи с 9 пъти
Температурна зависимост на скоростта на реакциятасе описва от правилото на Van't Hoff: за всеки 10 градуса повишаване на температурата скоростта на реакцията се увеличава 2-4 пъти. Това означава, че когато температурата нараства експоненциално, скоростта на химическата реакция нараства експоненциално. Основата във формулата за прогресия е скорост на реакция температурен коефициентγ, показващ колко пъти се увеличава скоростта на дадена реакция (или, каквото е същото, скоростната константа) с повишаване на температурата с 10 градуса. Математически правилото на Ван'т Хоф се изразява с формулите:
или 
където и са скоростите на реакцията, съответно, в началото т 1 и окончателен т 2 температури. Правилото на Van't Hoff може да бъде изразено и по следния начин:
; 
; 
; 
,
където и са съответно скоростта и константата на скоростта на реакцията при температура т; и са същите стойности при температура т +10н; не броят на интервалите от "десет градуса" ( н =(т 2 –т 1)/10), с което температурата се е променила (може да бъде цяло или дробно число, положително или отрицателно).
Контролна задача
1. Намерете стойността на константата на скоростта на реакцията A + B -> AB, ако при концентрации на вещества A и B, равни на 0,05 и 0,01 mol / l, съответно, скоростта на реакцията е 5 10 -5 mol / (l-min ).
2. Колко пъти ще се промени скоростта на реакцията 2A + B -> A2B, ако концентрацията на вещество A се увеличи 2 пъти, а концентрацията на вещество B се намали 2 пъти?
4. Колко пъти трябва да се увеличи концентрацията на вещество, B 2 в системата 2A 2 (g.) + B 2 (g.) \u003d 2A 2 B (g.), така че когато концентрацията на вещество A намалява с 4 пъти, скоростта на директната реакция не се променя ?
4. Известно време след началото на реакцията 3A + B-> 2C + D, концентрациите на веществата са: [A] = 0,04 mol / l; [B] = 0,01 mol/l; [C] \u003d 0,008 mol / l. Какви са началните концентрации на вещества А и В?
5. В системата CO + C1 2 = COC1 2 концентрацията е увеличена от 0,04 на 0,12 mol / l, а концентрацията на хлор - от 0,02 до 0,06 mol / l. С колко се увеличи скоростта на реакцията напред?
6. Реакцията между веществата A и B се изразява с уравнението: A + 2B → C. Първоначалните концентрации са: [A] 0 = 0,04 mol / l, [B] o = 0,05 mol / l. Константата на скоростта на реакцията е 0,4. Да намеря начална скоростреакция и скоростта на реакцията след известно време, когато концентрацията на вещество А намалява с 0,01 mol / l.
7. Как ще се промени скоростта на реакцията 2СО + О2 = 2СО2, протичаща в затворен съд, ако налягането се удвои?
8. Изчислете колко пъти скоростта на реакцията ще се увеличи, ако температурата на системата се повиши от 20 °C на 100 °C, като вземете стойността температурен коефициентскорост на реакция равна на 4.
9. Как ще се промени скоростта на реакцията 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.), ако налягането в системата се увеличи 4 пъти;
10. Как ще се промени скоростта на реакцията 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.), ако обемът на системата се намали 4 пъти?
11. Как ще се промени скоростта на реакцията 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.), ако концентрацията на NO се увеличи 4 пъти?
12. Какъв е температурният коефициент на скоростта на реакцията, ако при повишаване на температурата с 40 градуса скоростта на реакцията
се увеличава с 15,6 пъти?
четиринадесет.. Намерете стойността на константата на скоростта на реакцията A + B -> AB, ако при концентрации на вещества A и B, равни съответно на 0,07 и 0,09 mol / l, скоростта на реакцията е 2,7 10 -5 mol / (l-min).
14. Реакцията между вещества A и B се изразява с уравнението: A + 2B → C. Началните концентрации са: [A] 0 = 0,01 mol / l, [B] o = 0,04 mol / l. Константата на скоростта на реакцията е 0,5. Намерете началната скорост на реакцията и скоростта на реакцията след известно време, когато концентрацията на вещество А намалее с 0,01 mol/l.
15. Как ще се промени скоростта на реакцията 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.), ако налягането в системата се удвои;
16. В системата CO + C1 2 = COC1 2 концентрацията е увеличена от 0,05 на 0,1 mol / l, а концентрацията на хлор - от 0,04 до 0,06 mol / l. С колко се увеличи скоростта на реакцията напред?
17. Изчислете колко пъти скоростта на реакцията ще се увеличи, ако температурата на системата се повиши от 20 °C на 80 °C, като се приеме, че стойността на температурния коефициент на скоростта на реакцията е 2.
18. Изчислете колко пъти скоростта на реакцията ще се увеличи, ако температурата на системата се повиши от 40 °C на 90 °C, като се приеме, че стойността на температурния коефициент на скоростта на реакцията е 4.
ХИМИЧЕСКА ВРЪЗКА. ОБРАЗУВАНЕ И СТРУКТУРА НА МОЛЕКУЛИ
1. Какви видове химични връзки познавате? Дайте пример за образуване на йонна връзка по метода на валентните връзки.
2. Каква химична връзка се нарича ковалентна? Какво е характерно за ковалентен тип връзка?
4. Какви свойства се характеризират с ковалентна връзка? Покажете това с конкретни примери.
4. Какъв тип химична връзка в H 2 молекулите; Cl2HCl?
5. Каква е природата на връзките в молекулите NCI 4, CS 2 , CO 2 ? Посочете за всеки от тях посоката на изместване на общата електронна двойка.
6. Каква химична връзка се нарича йонна? Какво е характерно за йонната връзка?
7. Какъв тип връзка има в NaCl, N 2, Cl 2 молекули?
8. Начертайте всички възможни начини за припокриване на s-орбитала с p-орбитала;. Посочете посоката на връзката в този случай.
9. Обяснете механизма донор-акцептор ковалентна връзкана примера на образуването на фосфониевия йон [РН 4 ]+.
10. В CO, CO 2 молекули, връзката полярна или неполярна? Обяснете. Опишете водородна връзка.
11. Защо някои молекули, които имат полярни връзки, обикновено са неполярни?
12. Ковалентен или йонен тип връзка е типичен за следните съединения: Nal, S0 2 , KF? Защо йонната връзка е граничният случай на ковалентна връзка?
14. Какво е метална връзка? Как се различава от ковалентната връзка? Какви свойства на металите причинява?
14. Какъв е характерът на връзките между атомите в молекулите; KHF 2 , H 2 0 , HNO ?
15. Как да обясним високата якост на връзката между атомите в азотната молекула N 2 и много по-ниската здравина в молекулата на фосфора P 4?
шестнадесет . Какво е водородна връзка? Защо образуването на водородни връзки не е типично за молекулите H2S и HC1, за разлика от H2O и HF?
17. Каква връзка се нарича йонна? Има ли йонната връзка свойствата на насищане и насоченост? Защо това е граничният случай на ковалентна връзка?
18. Какъв тип връзка има в NaCl, N 2, Cl 2 молекули?
Преди да решите проблеми, трябва да научите формулите и правилата за намиране на обема на газа. Спомнете си закона на Авогадро. А самият обем на газа може да се изчисли с помощта на няколко формули, като се избере подходящата от тях. Когато избирате правилната формула, голямо значениеусловия на околната среда, по-специално температура и налягане.
Законът на Авогадро
Той казва, че при едно и също налягане и една и съща температура едни и същи обеми от различни газове ще съдържат същия брой молекули. Броят на газовите молекули, съдържащи се в един мол, е числото на Авогадро. От този закон следва, че: 1 Kmol (киломол) идеален газ и всеки един, при едно и също налягане и температура (760 mm Hg и t = 0 * C) винаги заема един обем = 22,4136 m3.
Как да определим обема на газа
- Формулата V=n*Vm най-често се среща в задачи. Тук обемът на газа в литри е V, Vm е моларният обем на газа (l / mol), който при нормални условия = 22,4 l / mol, а n е количеството вещество в молове. Когато в условията няма количество материя, но в същото време има маса материя, тогава действаме по следния начин: n=m/M. Тук M е g / mol (моларна маса на веществото), а масата на веществото в грамове е m. В периодичната таблица той е написан под всеки елемент, като неговата атомна маса. Съберете всички маси и вземете желаното.
- И така, как да изчислим обема на газа. Ето задачата: разтворете 10 g алуминий в солна киселина. Въпрос: колко водород може да се отдели при n. в.? Уравнението на реакцията изглежда така: 2Al + 6HCl (напр.) = 2AlCl3 + 3H2. В самото начало намираме алуминий (количество), който реагира по формулата: n(Al)=m(Al)/M(Al). Вземаме масата на алуминия (моларна) от периодичната таблица M (Al) \u003d 27 g / mol. Заместител: n(Al)=10/27=0,37 mol. От химическо уравнениеможе да се види, че 3 мола водород се образуват при разтваряне на 2 мола алуминий. Трябва да се изчисли колко водород ще се освободи от 0,4 мола алуминий: n(H2)=3*0,37/2=0,56mol. Заменете данните във формулата и намерете обема на този газ. V=n*Vm=0,56*22,4=12,54l.
Целта на урока:да формират понятието моларни, милимоларни и киломоларни обеми на газовете и техните мерни единици.
Цели на урока:
- Образователни- да се затвърдят предварително проучените формули и да се намери връзката между обема и масата, количеството на веществото и броя на молекулите, да се затвърдят и систематизират знанията на учениците.
- Образователни- да развива уменията и способностите за решаване на проблеми, способността да мисли логично, да разширява кръгозора на учениците, техните Творчески умения, способност за работа с допълнителна литература, дълготрайна памет, интерес към предмета.
- Образователни- образоват хората високо нивокултура, за формиране на потребност от познавателна дейност.
Тип урок:Комбиниран урок.
Оборудване и реактиви:Таблица "Моларен обем на газовете", портрет на Авогадро, чаша, вода, мерителни чаши със сяра, калциев оксид, глюкоза в количество 1 mol.
План на урока:
- Организационен момент (1 мин.)
- Проверка на знанията под формата на фронтална анкета (10 мин.)
- Попълване на таблицата (5 мин.)
- Обяснение на нов материал (10 мин.)
- Фиксиране (10 мин.)
- Обобщаване (3 мин.)
- Домашна работа(1 минута.)
По време на занятията
1. Организационен момент.
2. Фронтален разговор по въпроси.
Как се нарича масата на 1 мол вещество?
Как да съпоставим моларната маса и количеството вещество?
Какво е числото на Авогадро?
Каква е връзката между числото на Авогадро и количеството материя?
И как да съотнесем масата и броя на молекулите на дадено вещество?
3. Сега попълнете таблицата, като решите задачите – това е групова работа.
| Формула, вещества | Тегло, гр | Моларна маса, g/mol | Количество вещество, мол | Брой на молекулите | Число на Авогадро, молекули/mol |
| ZnO | ? | 81 g/mol | ? къртица | 18 10 23 молекули | 6 10 23 |
| MgS | 5,6 г | 56 g/mol | ? къртица | ? | 6 10 23 |
| BaCl2 | ? | ? g/mol | 0,5 mol | 3 10 23 молекули | 6 10 23 |
4. Усвояване на нов материал.
„... Искаме не само да знаем как работи природата (и как природен феномен), но и, ако е възможно, да постигнем целта, може би утопична и дръзка на вид, да разберем защо природата е такава, а не друга. В това учените намират най-голямо удовлетворение.
Алберт Айнщайн
Така че нашата цел е да намерим най-високото удовлетворение, като истински учени.
Как се нарича обемът на 1 мол вещество?
От какво зависи моларният обем?
Какъв ще бъде моларният обем на водата, ако нейният M r = 18 и ρ = 1 g/ml?
(Разбира се 18 мл).
За да определите обема, сте използвали формулата, известна от физиката ρ = m / V (g / ml, g / cm 3, kg / m 3)
Нека измерим този обем с мерителни прибори. Измерваме моларните обеми на алкохол, сяра, желязо, захар. Различни са, т.к плътността е различна, (таблица с различни плътности).
Какво ще кажете за газовете? Оказва се, че 1 мол от всеки газ при н.о. (0 ° C и 760 mm Hg) заема същия моларен обем от 22,4 l / mol (показан в таблицата). Как се казва обемът от 1 киломол? Киломолар. Той е равен на 22,4 m 3 / kmol. Милимоларният обем е 22,4 ml/mol.
Откъде дойде този номер?
Това следва от закона на Авогадро. Последица от закона на Авогадро: 1 мол от произволен газ при н.о. заема обем от 22,4 l/mol.
Сега ще чуем малко за живота на италианския учен. (доклад за живота на Авогадро)
И сега нека видим зависимостта на стойностите от различни показатели:
| Формула на веществото | Агрегирано състояние (при n.o.s.) | Тегло, гр | Плътност, g/ml | Обемът на порциите в 1 mol, l | Количество вещество, мол | Връзка между обем и количество вещество |
| NaCl | твърдо | 58,5 | 2160 | 0,027 | 1 | 0,027 |
| H2O | Течност | 18 | 1000 | 0,018 | 1 | 0,18 |
| O2 | Газ | 32 | 1,43 | 22,4 | 1 | 22,4 |
| H2 | Газ | 2 | 0,09 | 22,4 | 1 | 22,4 |
| CO2 | Газ | 44 | 1,96 | 22,4 | 1 | 22,4 |
| SO2 | газ | 64 | 2,86 | 22,4 | 1 | 22,4 |
От сравнение на получените данни направете заключение (връзката между обема и количеството на веществото за всички газообразни вещества (при N.O.) се изразява с една и съща стойност, която се нарича моларен обем.)
Означава се V m и се измерва в l / mol и т.н. Извеждаме формула за намиране на моларния обем
Vm = V/v , от тук можете да намерите количеството вещество и обема на газа. Сега нека си припомним предварително проучените формули, могат ли да се комбинират? Можете да получите универсални формули за изчисления.
m/M = V/V m ;
V/Vm = N/Na
5. А сега ще затвърдим придобитите знания с помощта на устно броене, така че знанията чрез умения ще се прилагат автоматично, тоест ще се превърнат в умения.
За верен отговор ще получите точка, по брой точки ще получите оценка.
- Каква е формулата за водород?
- Какво е относителното му молекулно тегло?
- Каква е моларната му маса?
- Колко водородни молекули ще бъдат във всеки случай?
- Какъв обем ще бъде зает при n.o.s. 3 g H2?
- Колко ще тежат 12 10 23 водородни молекули?
- Какъв обем ще заемат тези молекули във всеки случай?
Сега нека решаваме задачи в групи.
Задача №1
Проба: Какъв е обемът на 0,2 mol N 2 при н.о.?
- Какъв обем е зает от 5 mol O 2 при n.o.?
- Какъв обем е зает от 2,5 mol H 2 при н.о.?
Задача №2
Проба: Колко вещество съдържат 33,6 литра водород при н.о.?
Задачи за самостоятелно решаване
Решете задачи според дадения пример:
- Какво количество вещество съдържа кислород с обем 0,224 литра при н.о.?
- Какво количество вещество съдържа въглероден диоксид с обем 4,48 литра при н.о.?
Задача №3
Проба: Какъв обем ще поемат 56 g CO газ при N.S.?
Задачи за самостоятелно решаване
Решете задачи според дадения пример:
- Какъв обем ще заемат 8 g газ O 2 при n.o.?
- Какъв обем ще заемат 64 g SO 2 газ при N.O.?
Задача №4
Проба: Какъв обем съдържа 3 10 23 молекули водород H 2 при н.о.?
Задачи за самостоятелно решаване
Решете задачи според дадения пример:
- Какъв обем съдържа 12,04 · 10 23 молекули водород CO 2 при н.о.?
- Какъв обем съдържа 3,01 10 23 молекули водород O 2 при н.о.?
Концепцията за относителната плътност на газовете трябва да се даде на базата на познанията им за плътността на тялото: D = ρ 1 / ρ 2, където ρ 1 е плътността на първия газ, ρ 2 е плътността на втори газ. Знаете формулата ρ = m/V. Замествайки m в тази формула с M и V с V m , получаваме ρ = M / V m . Тогава относителната плътност може да бъде изразена с помощта на дясната страна на последната формула:
D \u003d ρ 1 / ρ 2 = M 1 / M 2.
Заключение: относителната плътност на газовете е число, което показва колко пъти моларната маса на един газ е по-голяма от моларната маса на друг газ.
Например, определете относителната плътност на кислорода по въздух, по водород.
6. Обобщаване.
Решете проблеми за поправяне:
Намерете масата (н.о.): а) 6 l. Около 3; б) 14 л. газ H 2 S?
Какъв е обемът на водорода при н.о. образуван при взаимодействието на 0,23 g натрий с вода?
Каква е моларната маса на газа, ако е 1 литър. масата му е 3,17 g? (Съвет! m = ρ V)
Връзката между налягането и обема на идеалния газ при постоянна температура е показана на фиг. един.
Налягането и обемът на газовата проба са обратно пропорционални, т.е. техните продукти са постоянни: pV = const. Тази връзка може да се запише в по-удобна форма за решаване на задачи:
p1 V 1 =стр 2 V 2(Закон на Бойл-Мариот).
Представете си, че 50 литра газ (В 1 ), под налягане от 2 atm (p 1), компресиран до обем от 25 l (V 2), тогава неговото ново налягане ще бъде равно на:
Зависимостта на свойствата на идеалните газове от температурата се определя от закона на Гей-Люсак: обемът на газа е право пропорционален на неговата абсолютна температура (при постоянна маса: V = kT,където к-коефициент на пропорционалност). Тази релация обикновено се записва в по-удобна форма за решаване на проблеми:
Например, ако 100 литра газ при температура 300K се нагреят до 400K, без да се променя налягането, тогава при по-висока температура новият обем газ ще бъде равен на
Записване на закона за комбинирания газ pV/T== const може да се преобразува в уравнението на Менделеев-Клапейрон:
където R-универсална газова константа, a е броят на моловете газ.
Уравнението на Менделеев-Клапейрон позволява голямо разнообразие от изчисления. Например, можете да определите броя на моловете газ при налягане от 3 атм и температура от 400K, заемащи обем от 70 литра:
Едно от последствията от закона за комбинирания газ: равни обеми различни газове при една и съща температура и налягане съдържат еднакъв брой молекули. Това е законът на Авогадро.
От своя страна, важно следствие също следва от закона на Авогадро: масите на два еднакви обема различни газове (разбира се, при същото налягане и температура) са свързани като техните молекулни тегла:
м 1 /м 2 =М 1 /М 2 (м 1 и m 2 са масите на два газа);
M1 АЗ СЪМ 2 е относителната плътност.
Законът на Авогадро важи само за идеалните газове. При нормални условия газовете, които трудно се компресират (водород, хелий, азот, неон, аргон) могат да се считат за идеални. За въглероден оксид (IV), амоняк, серен оксид (IV) отклоненията от идеалността вече се наблюдават при нормални условия и се увеличават с повишаване на налягането и понижаване на температурата.
Пример 1. Въглеродният диоксид с обем 1 литър при нормални условия има маса 1,977 г. Какъв е реалният обем, зает от мол от този газ (при n.a.)? Обяснете отговора.
Решение.Моларната маса M (CO 2) \u003d 44 g / mol, тогава обемът на мола е 44 / 1,977 = 22,12 (l). Тази стойност е по-малка от приетата за идеални газове (22,4 l). Намаляването на обема е свързано с увеличаване на взаимодействието между молекулите на CO 2, т.е. отклонение от идеалността.
Пример 2. Газообразният хлор с тегло 0,01 g, разположен в запечатана ампула с обем 10 cm 3, се нагрява от 0 до 273 o C. Какво е първоначалното налягане на хлора при 0 o C и при 273 o C?
Решение. M r (Cl 2)=70,9; следователно 0,01 g хлор съответства на 1,4 10 -4 mol. Обемът на ампулата е 0,01 l. Използване на уравнението на Менделеев-Клапейрон pV=vRT,Намерете първоначалното налягане на хлора (стр 1 ) при 0 o C:
по подобен начин намираме налягането на хлора (p 2) при 273 o C: p 2 \u003d 0,62 атм.
Пример 3. Какъв е обемът, който се заема от 10 g въглероден окис (II) при температура 15 o C и налягане 790 mm Hg. Изкуство.?
Решение.
Задачи
1
. Какъв обем (при N.S.) заема 0,5 mol кислород?
2
. Какъв обем заема водородът, съдържащ 18-10 23 молекули (при n.a.)?
3
. Каква е молната маса на серен оксид (IV), ако водородната плътност на този газ е 32?
4
. Какъв обем заема 68 g амоняк при налягане 2 atm и температура 100 o C?
5
. В затворен съд с вместимост 1,5 литра се намира смес от сероводород с излишък от кислород при температура 27 o C и налягане 623,2 mm Hg. Изкуство. Намерете общото количество вещества в съда.
6
. В голяма стая температурата може да се измери с "газов" термометър. За тази цел стъклена епруветка с вътрешен обем 80 ml се пълни с азот при температура 20°С и налягане 101,325 kPa. След това тръбата бавно и внимателно се изнася от стаята в по-топла стая. Поради термичното разширение газът излиза от тръбата и се събира над течността, чието парно налягане е незначително. Общият обем газ, излизащ от тръбата (измерен при 20°С и 101,325 kPa) е 3,5 ml. Колко мола азот са били необходими за запълване на стъклената тръба и каква е температурата в по-топлата стая?
7
. Химик, който определя атомната маса на нов елемент X в средата на 19-ти век, използва следния метод: той получава четири съединения, съдържащи елемент X (A, B, C и D), и определя масовата част на елемента ( %) във всеки от тях. В съд, от който преди това е бил евакуиран въздух, той поставя всяко съединение, превежда в газообразно състояние при 250 o C и настройва налягането на парите на веществото на 1,013 10 5 Pa. Масата на газообразното вещество се определя от разликата между масите на празен и пълен съд. Подобна процедура беше извършена с азот. Резултатът беше таблица като тази:
| Газ | Общо тегло, g | Масова част () на елемента x в веществото,% |
| N 2 | 0,652 | - |
| НО | 0,849 | 97,3 |
| Б | 2,398 | 68,9 |
| AT | 4,851 | 85,1 |
| г | 3,583 | 92,2 |
Определете вероятната атомна маса на елемент X.
8 . През 1826 г. френският химик Дюма предлага метод за определяне на плътността на парите, приложим за много вещества. Използвайки този метод, беше възможно да се намерят молекулните тегла на съединенията, като се използва хипотезата на Авогадро, че равни количества молекули се съдържат в равни обеми газове и пари при еднакво налягане и температура. Експериментите с някои вещества, направени по метода на Дюма, обаче противоречат на хипотезата на Авогадро и поставят под въпрос самата възможност за определяне на молекулното тегло по този метод. Ето описание на един от тези експерименти (фиг. 2).
а.На гърлото на съд ас известен обем се поставя претеглена порция амоняк b и се загрява в пещ вдо тази температура да се ,при което целият амоняк се изпарява. Получените пари изместиха въздуха от съда, някои от тях се откроиха под формата на мъгла. загрят да сесъдът, налягането в който е равно на атмосферното налягане, се запечатва по протежение на стеснението r, след това се охлажда и се претегля.
След това съдът се отваря, измива се от кондензиран амоняк, суши се и се претегля отново. По разлика се определя масата m на амоняка.
Тази маса, когато се нагрява до да сеимаше натиск R,равен на атмосферния, в съд с обем v.За съд а налягането и обемът на известна маса водород при стайна температура бяха предварително определени. Съотношението на молекулното тегло на амоняка към молекулното тегло на водорода се определя по формулата
Разбрах стойността M / M (H 2) \u003d 13.4. Съотношението, изчислено по формулата NH4Cl, е 26.8.
б.Експериментът се повтаря, но гърлото на съда се затваря с пореста азбестова запушалка. д,пропускливи за газове и пари. В същото време получихме връзката М/ M (H 2) \u003d 14.2.
вПовторихме експеримент b, но увеличихме първоначалната проба амоняк с 3 пъти. Съотношението стана равно на M/M (H 2) = 16,5.
Обяснете резултатите от описания експеримент и докажете, че в този случай е спазен законът на Авогадро.
1.
Мол от всеки газ заема обем (при n.a.) от 22,4 литра; 0,5 mol O 2 заема обем от 22,40,5 \u003d 11,2 (l).
2.
Броят на водородните молекули, равен на 6,02-10 23 (числото на Авогадро), при n. г. заема обем от 22,4 l (1 mol); тогава
3.
Моларна маса на серен(IV) оксид: M(SO 2) = 322 = 64 (g/mol).
4.
При n. г. 1 мол NH3, равен на 17 g, заема обем от 22,4 литра, 68 g заема обем хл ,
От уравнението на газовото състояние p o V o /T o = p 1 V 1 /T 1 намираме
смеси от H 2 S и O 2 .
6 . При пълнене на тръбата с азот
В епруветката остава (при първоначални условия) V 1: 80-3,5 = 76,5 (ml). С повишаване на температурата азотът, който заема обем от 76,5 ml (V 1) при 20 o C, започва да заема обем от V 2 = 80 ml. Тогава според Т 1 /Т 2 = = V 1 /V 2 имаме
Да предположим, че при температура от 250 ° C веществата A, B, C, D са идеални газове. Тогава според закона на Авогадро
Маса на елемент X в 1 mol вещество A, B, C и D (g/mol):
M(A) . 0,973 = 35,45; М(Б) . 0,689 = 70,91; М (В). 0,851 = 177,17; M(G) . 0,922 = 141,78
Тъй като в молекулата на веществото трябва да има цял брой атоми на елемента X, е необходимо да се намери най-големият общ делител на получените стойности. Това е 35,44 g / mol и това число може да се счита за вероятно атомна масаелемент х.
8. Всеки съвременен химик може лесно да обясни резултатите от експеримента. Добре известно е, че сублимацията на амоняка - амониев хлорид - е обратим процес на термично разлагане на тази сол:
| NH4Cl | NH3 | + НС1. | |
| 53,5 | 17 | 36,5 |
В газовата фаза са амоняк и хлороводород, тяхното средно относително молекулно тегло М т
По-малко ясна е промяната в резултата при наличие на азбестова тапа. Въпреки това, в средата на миналия век, именно експерименти с порести („скучни“) прегради показаха, че амонячната пара съдържа два газа. По-лекият амоняк преминава през порите по-бързо и е лесен за забелязване по миризма или с мокра индикаторна хартия.
Строг израз за оценка на относителната пропускливост на газовете през порести прегради е даден от молекулярно-кинетичната теория на газовете. Средна скорост на газовите молекули 
, където R е газовата константа; Т -абсолютна температура; М -моларна маса. Според тази формула амонякът трябва да се разпространява по-бързо от хлороводорода:
Следователно, когато азбестова запушалка се въведе в гърлото на колбата, газът в колбата ще има време да се обогати донякъде с тежък НС1 през времето, когато налягането се изравни с атмосферното налягане. Относителната плътност на газа в този случай се увеличава. С увеличаване на масата на NH 4 C1 по-късно ще се установи налягане, равно на атмосферното налягане (азбестовата тапа предотвратява бързото излизане на парите от колбата), газът в колбата ще съдържа повече хлороводород, отколкото в предишната калъф; плътността на газа ще се увеличи.
