Заедно с масата и обема в химически изчисленияЧесто се използва количество вещество, което е пропорционално на броя на структурните единици, съдържащи се в веществото. Във всеки случай трябва да се посочи кои структурни единици (молекули, атоми, йони и др.) се имат предвид. Единицата за количество на веществото е молът.
Молът е количеството вещество, съдържащо толкова молекули, атоми, йони, електрони или други структурни единици, колкото има атоми в 12 g от въглеродния изотоп 12C.
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.
Не е трудно да се покаже, че масата на 1 мол вещество (моларна маса), изразена в грамове, е числено равна на относителната молекулна маса на това вещество.
Да, роднина молекулна маса(или съкратено молекулно тегло) на свободния хлор C1g 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 Cl съдържа 2 мола хлорни атоми.
Съгласно закона на Авогадро равни обеми от всякакви газове, взети при същата температура и същото налягане, съдържат еднакъв брой молекули. С други думи, същият брой молекули от който и да е газ заема същия обем при едни и същи условия. В същото време 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 равен на 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 в 1 g N 2. В какъв случай и колко пъти броят на молекулите е по-голям?
2. Изразете масата на една молекула серен диоксид в грамове.
4. Колко молекули има в 5,00 ml хлор при нормални условия?
4. Какъв обем при нормални условия се заема от 27 10 21 молекули газ?
5. Изразете масата на една молекула NO 2 в грамове -
6. Какво е отношението на обемите, заети от 1 мол O2 и 1 мол Oz (условията са едни и същи)?
7. При еднакви условия се вземат равни маси кислород, водород и метан. Намерете отношението на взетите обеми газове.
8. На въпроса какъв обем ще заема 1 мол вода при нормални условия, отговорът е: 22,4 литра. Това правилният отговор ли е?
9. Изразете масата на една молекула HCl в грамове.
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 всеки 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 отношението на взетите обеми газове.
15. Сравнете броя на молекулите, съдържащи се в 1 g NO 2 и в 1 g N 2. В какъв 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 заемат 17 10 21 газови молекули при нормални условия?
СКОРОСТ НА ХИМИЧНИТЕ РЕАКЦИИ
При дефинирането на понятието скорост химическа реакция необходимо е 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. Скорост на хомогенна реакцияе количеството вещество, което реагира или се образува в резултат на реакция за единица време на единица обем на системата. Тъй като съотношението на броя молове на веществото към обема, в който то е разпределено, е моларната 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 е винаги положителен, независимо дали се основава на реагент или продукт, във формулата се използва знакът „±“:
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 големината на нейната скорост не е постоянна, а непрекъснато се променя: тя намалява с намаляването на концентрациите на изходните вещества. 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 клони отношението Δ СЪС/ Δτ при Δτ → 0, т.е. истинската скорост е равна на производната на концентрацията по отношение на времето.
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 = D + 2E, консумацията на вещество A е един мол, тази на вещество B е три мола, а доставката на вещество E е два мола. Ето защо υ (A) = ⅓ υ (B) = υ (D) =½ υ (E) или υ (E) . = ⅔ υ (IN) .
Ако възникне реакция между вещества, разположени в различни фази на хетерогенна система, тогава тя може да се случи само на границата между тези фази. Например, взаимодействието между киселинен разтвор и парче метал се случва само на повърхността на метала. Скорост на хетерогенна реакцияе количеството вещество, което реагира или се образува в резултат на реакция за единица време на единица интерфейсна повърхност:
.
Зависимостта на скоростта на химичната реакция от концентрацията на реагентите се изразява чрез закона за масовото действие: при постоянна температура скоростта на химичната реакция е право пропорционална на произведението на моларните концентрации на реагентите, повишени на степен, равни на коефициентитес формулите на тези вещества в уравнението на реакцията. След това за реакцията
2A + B → продукти
съотношението е валидно υ ~ · СЪС A 2 · СЪС B, а за преминаване към равенство се въвежда коефициент на пропорционалност к, Наречен константа на скоростта на реакцията:
υ = к· СЪС A 2 · СЪС B = к·[A] 2 ·[B]
(моларните концентрации във формулите могат да бъдат обозначени с буквата СЪСсъс съответния индекс и формулата на веществото в квадратни скоби). Физическото значение 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 c –1; s –1 ·(l/mol); s –1 · (l 2 /mol 2) и т.н., 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 масовото действие включва концентрациите само на онези вещества, които са в газова фазаили в разтвор. Концентрацията на веществото в твърдата фаза е постоянна стойности е включен в константата на скоростта, например, за процеса на изгаряне на въглища C + O 2 = CO 2, законът за масовото действие е написан:
υ = к аз·const··= к·,
Където к= к азконст.
В системи, където едно или повече вещества са газове, скоростта на реакцията също зависи от налягането. Например, когато водородът взаимодейства с йодните пари H 2 + I 2 = 2HI, скоростта на химичната реакция ще се определя от израза:
υ = к··.
Ако увеличите налягането, например, 4 пъти, тогава обемът, зает от системата, ще намалее със същото количество и, следователно, концентрациите на всяко от реагиращите вещества ще се увеличат със същото количество. Скоростта на реакцията в този случай ще се увеличи 9 пъти
Зависимост на скоростта на реакцията от температуратаописано от правилото на Вант Хоф: при всяко повишаване на температурата с 10 градуса скоростта на реакцията се увеличава 2-4 пъти. Това означава, че когато температурата се повишава в аритметична прогресия, скоростта на химичната реакция се увеличава експоненциално. Основата във формулата за прогресия е температурен коефициент на скорост на реакциятаγ, показващ колко пъти се увеличава скоростта на дадена реакция (или, което е същото, константата на скоростта) с повишаване на температурата с 10 градуса. Математически правилото на Вант Хоф се изразява с формулите:
или 
където и са скоростите на реакцията, съответно, в началото T 1 и окончателно T 2 температури. Правилото на Вант Хоф може да се изрази и чрез следните отношения:
; 
; 
; 
,
където и са съответно скоростта и константата на скоростта на реакцията при температура T; и – същите стойности при температура T +10н; н– брой „десетградусови“ интервали ( н =(T 2 –T 1)/10), с което се е променила температурата (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 веществата A и B, равни съответно на 0,05 и 0,01 mol/l, скоростта на реакцията е 5·10 -5 mol/(l -мин).
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 веществото B 2 в системата 2A 2 (g) + B 2 (g) = 2A 2 B (g), така че когато концентрацията на вещество А намалее 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] =0,008 mol/l. Какви са началните концентрации на вещества А и В?
5. В системата CO + C1 2 = COC1 2 концентрацията се повишава от 0,04 на 0,12 mol/l, а концентрацията на хлор се повишава от 0,02 на 0,06 mol/l. Колко пъти се увеличи скоростта на предната реакция?
6. Реакцията между веществата A и B се изразява с уравнението: A + 2B → C. Началните концентрации са: [A] 0 = 0,04 mol/l, [B] o = 0,05 mol/l. Константата на скоростта на реакцията е 0,4. намирам начална скоростреакции и скоростта на реакцията след известно време, когато концентрацията на вещество А намалее с 0,01 mol/l.
7. Как ще се промени скоростта на реакцията 2CO + O2 = 2CO2, протичаща в затворен съд, ако налягането се удвои?
8. Изчислете колко пъти ще се увеличи скоростта на реакцията, 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?
14. . Намерете стойността на константата на скоростта на реакцията A + B -> AB, ако при концентрации на веществата 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 веществата 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 се повишава от 0,05 на 0,1 mol/l, а концентрацията на хлор се повишава от 0,04 на 0,06 mol/l. Колко пъти се увеличи скоростта на предната реакция?
17. Изчислете колко пъти ще се увеличи скоростта на реакцията, ако температурата на системата се повиши от 20 °C до 80 °C, като стойността на температурния коефициент на скоростта на реакцията се приеме равна на 2.
18. Изчислете колко пъти ще се увеличи скоростта на реакцията, ако температурата на системата се повиши от 40 °C до 90 °C, като стойността на температурния коефициент на скоростта на реакцията се приеме равна на 4.
ХИМИЧНА ВРЪЗКА. ОБРАЗУВАНЕ И СТРУКТУРА НА МОЛЕКУЛИТЕ
1.Какви видове химични връзки познавате? Дайте пример за образуване на йонна връзка, като използвате метода на валентната връзка.
2. Каква химична връзка се нарича ковалентна? Какво е характерно за ковалентен типвръзки?
4. Какви свойства се характеризират с ковалентна връзка? Покажете това с конкретни примери.
4. Какъв вид химична връзка има в молекулите Н2; Cl 2 HC1?
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 йонния тип връзка?
7. Какъв тип връзка има в молекулите NaCl, N 2, Cl 2?
8. Начертайте всички възможни начини за припокриване на s-орбиталата с p-орбиталата;. Посочете посоката на комуникация в този случай.
9. Обяснете донорно-акцепторния механизъм ковалентна връзкаизползвайки примера за образуване на фосфониев йон [PH 4 ]+.
10. В молекулите на CO, C0 2, полярна или неполярна връзка е? Обяснете. Опишете водородната 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 краен случай на ковалентна връзка?
14. Какво е метална връзка? Как се различава от ковалентната връзка? Какви свойства на металите определя?
14. Какъв е характерът на връзките между атомите в молекулите; KHF 2, H 2 0, HNO ?
15. Как можем да обясним високата сила на връзката между атомите в молекулата на азота N2 и значително по-ниската сила в молекулата на фосфора P4?
16 . Какъв вид връзка се нарича водородна връзка? Защо образуването на водородни връзки не е характерно за молекулите H2S и HC1, за разлика от H2O и HF?
17. Каква връзка се нарича йонна? Йонната връзка има ли свойствата на наситеност и насоченост? Защо това е краен случай на ковалентно свързване?
18. Какъв тип връзка има в молекулите NaCl, N 2, Cl 2?
Преди да решите задачи, трябва да знаете формулите и правилата как да намерите обема на газа. Трябва да помним закона на Авогадро. А обемът на самия газ може да се изчисли с помощта на няколко формули, като се избере подходящата от тях. При избора на необходимата формула, голямо значениеимат условия на околната среда, по-специално температура и налягане.
Закон на Авогадро
Той казва, че при едно и също налягане и същата температура, същите 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, всеки газ при същото налягане и температура (760 mm Hg и t = 0*C) винаги заема един обем = 22,4136 m3.
Как да определите обема на газа
- Най-често в задачите може да се намери формулата V=n*Vm. Тук обемът на газа в литри е V, Vm е моларният обем на газа (l/mol), който при нормални условия е = 22,4 l/mol, а n е количеството вещество в молове. Когато условията нямат количество вещество, но има маса на веществото, тогава процедираме 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 е записано под всеки елемент, като неговата атомна маса. Нека съберем всички маси и да получим това, което търсим.
- И така, как да изчислим обема на газа. Ето я задачата: солна киселинаразтворете 10 g алуминий. Въпрос: колко водород може да се отдели при u.? Уравнението на реакцията изглежда така: 2Al+6HCl(g)=2AlCl3+3H2. В самото начало намираме алуминия (количеството), който е реагирал по формулата: n(Al)=m(Al)/M(Al). Вземаме масата на алуминия (моларна) от периодичната таблица M(Al) = 27 g/mol. Нека заместим: n(Al)=10/27=0,37 mol. от химично уравнениеОчевидно 3 мола водород са се образували при разтваряне на 2 мола алуминий. Необходимо е да се изчисли колко водород ще се отдели от 0,4 мола алуминий: n(H2)=3*0,37/2=0,56mol. Нека заместим данните във формулата и да намерим обема на този газ. V=n*Vm=0.56*22.4=12.54l.
Целта на урока:формират концепцията за моларни, милимоларни и киломоларни обеми на газове и техните мерни единици.
Цели на урока:
- Образователни– затвърдяване на предварително изучени формули и намиране на връзката между обема и масата, количеството на веществото и броя на молекулите, затвърдяване и систематизиране на знанията на учениците.
- Развитие– развиват умения и способности за решаване на проблеми, способности за логично мислене, разширяват кръгозора на учениците, техните Творчески умения, умение за работа с допълнителна литература, дълготрайна памет, интерес към темата.
- Образователни– да обучава индивиди с 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 с количество вещество 1 мол.
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 часовете
1. Организационен момент.
2. Фронтален разговор по проблеми.
Как се нарича масата на 1 мол вещество?
Как да свържем моларната маса и количеството на веществото?
Какво е числото на Авогадро?
Как числото на Авогадро е свързано с количеството материя?
Как можем да свържем масата и броя на молекулите на дадено вещество?
3. Сега попълнете таблицата, като решите задачите – това е групова работа.
| Формула, вещества | Тегло, g | Моларна маса, g/mol | Количество вещество, мол | Брой молекули | Число на Авогадро, молекули/мол |
| ZnO | ? | 81 g/mol | ? къртица | 18 10 23 молекули | 6 10 23 |
| MgS | 5.6g | 56 g/mol | ? къртица | ? | 6 10 23 |
| BaCl2 | ? | ? g/mol | 0,5 mol | 3 10 23 молекули | 6 10 23 |
4. Учене на нов материал.
„...Искаме не само да знаем как работи природата (и как природен феномен), но и по възможност да постигнем цел, може би утопична и дръзка на вид - да разберем защо природата е точно такава, каквато е, а не друга. Учените намират най-голямо удовлетворение в това.”
Алберт Айнщайн
Така че нашата цел е да намерим най-голямото 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 известната от физиката формула ρ = m / V (g/ml, g/cm3, kg/m3)
Нека измерим този обем с помощта на мерителни съдове. Нека измерим моларните обеми на алкохол, сяра, желязо, захар. Различни са, защото... различни плътности (таблица с различни плътности).
Ами газовете? Оказва се, че 1 мол от всеки газ при околни условия. (0°C и 760 mm Hg) заема същия моларен обем от 22,4 l/mol (показан на таблицата). Как ще се нарече обемът от 1 киломол? Киломолар. Тя е равна на 22,4 m 3 / kmol. Милимоларен обем 22,4 ml/mol.
Откъде идва този номер?
Това следва от закона на Авогадро. Следствие от закона на Авогадро: 1 мол от всеки газ при околни условия. заема обем от 22,4 l/mol.
Сега ще чуем малко за живота на италианския учен. (доклад за живота на Авогадро)
Сега нека да разгледаме зависимостта на стойностите от различни показатели:
| Формула на веществото | Агрегатно състояние (под №) | Тегло, g | Плътност, g/ml | Обем на порции от 1 мол, l | Количество вещество, мол | Връзка между обем и количество вещество |
| NaCl | Твърди | 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 |
| H 2 | Газ | 2 | 0,09 | 22,4 | 1 | 22,4 |
| CO2 | Газ | 44 | 1,96 | 22,4 | 1 | 22,4 |
| SO 2 | 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 стандартни условия) се изразява със същото количество, което се нарича моларен обем.)
Означава се с V m и се измерва в l/mol и т.н. Нека изведем формула за намиране на моларния обем
Vm = V/v , от тук можете да намерите количеството вещество и обема газ. Сега нека си спомним предварително изучените формули, възможно ли е да ги комбинираме? Можете да получите универсални формули за изчисления.
m/M = V/V m;
V/V m = N/Na
5. Сега нека консолидираме придобитите знания с помощта на мислено изчисление, така че знанията чрез умения да се прилагат автоматично, тоест да се превърнат в умения.
За верен отговор ще получите точка, а според броя на точките ще получите оценка.
- Каква е формулата на водорода?
- Какво е относителното му молекулно тегло?
- Каква е неговата моларна маса?
- Колко водородни молекули ще има във всеки случай?
- Какъв обем ще заемат при нормални условия? 3 g H2?
- Колко ще тежат 12 10 23 водородни молекули?
- Какъв обем ще заемат тези молекули във всеки случай?
Сега нека решим задачите в групи.
Задача No1
Пример: Какъв обем заема 0,2 mol N 2 при нулево ниво?
- Какъв обем заемат 5 mol O 2 на нивото на земята?
- Какъв обем заема 2,5 mol H 2 на нивото на земята?
Задача No2
Пример: Какво количество вещество съдържа водород с обем 33,6 литра на нивото на земята?
Задачи за самостоятелно решаване
Решете задачи според дадения пример:
- Какво количество вещество съдържа кислород с обем 0,224 литра при околни условия?
- Какво количество вещество съдържа въглеродният диоксид с обем 4,48 литра на нивото на земята?
Задача No3
Пример: Какъв обем ще заемат 56 g CO газ при стандартни условия?
Задачи за самостоятелно решаване
Решете задачи според дадения пример:
- Какъв обем ще заемат 8 g O 2 газ при околни условия?
- Какъв обем ще заемат 64 g газ SO 2 при нулево ниво?
Задача No4
Пример: Какъв обем съдържа 3·10 23 молекули водород H 2 при нулево ниво?
Задачи за самостоятелно решаване
Решете задачи според дадения пример:
- Какъв обем съдържа 12,04 · 10 23 молекули водород CO 2 при стандартни условия?
- Какъв обем съдържа 3,01·10 23 молекули водород O 2 при стандартни условия?
Концепцията за относителната плътност на газовете трябва да се даде въз основа 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. Заменяйки m в тази формула с M и V с V m, получаваме ρ = M/V m. Тогава относителна плътностможе да се изрази с дясната страна на последната формула:
D = 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 в сравнение с въздуха и водорода.
6. Обобщаване.
Решете задачи за консолидиране:
Намерете масата (у.с.): а) 6 литра. О 3; б) 14 л. газ H 2 S?
Какъв е обемът на водорода при околни условия? се образува при взаимодействието на 0,23 g натрий с вода?
Каква е моларната маса на газа, ако 1 литър. има ли маса 3,17 g? (Съвет! m = ρ V)
Връзката между налягането и обема на идеален газ при постоянна температура е показана на фиг. 1.
Налягането и обемът на газовата проба са обратно пропорционални, т.е. техните продукти са постоянна стойност: pV = const. Тази връзка може да бъде написана във форма, по-удобна за решаване на задачи:
стр. 1 V 1 = p 2 V 2(закон на Бойл-Мариот).
Нека си представим, че 50 литра газ (В 1 ), под налягане от 2 atm (p 1), компресиран до обем от 25 l (V 2), тогава новото му налягане ще бъде равно на:
Зависимостта на свойствата на идеалните газове от температурата се определя от закона на Гей-Лусак: обемът на газа е право пропорционален на неговата абсолютна температура (при постоянна маса: V = kT,Където к-фактор на пропорционалност). Тази връзка обикновено се записва в по-удобна форма за решаване на проблеми:
Например, ако 100 литра газ при температура 300K се нагреят до 400K без промяна на налягането, тогава при по-висока температура новият обем газ ще бъде равен на
Запис на Закона за обединения газ pV/T= = const може да се преобразува в уравнението на Менделеев-Клапейрон:
Където Р-универсална газова константа, а е броят молове газ.
Уравнението на Менделеев-Клапейрон позволява голямо разнообразие от изчисления. Например, можете да определите броя молове газ при налягане 3 atm и температура 400 K, заемащи обем от 70 l:
Едно от следствията на единния закон за газа: равни обеми от различни газове при една и съща температура и налягане съдържат еднакъв брой молекули. Това е законът на Авогадро.
Важно следствие също следва от закона на Авогадро: масите на два идентични обема от различни газове (естествено, при същото налягане и температура) са свързани като техните молекулни маси:
m 1 /м 2 = М 1 /М 2 (м 1 и m 2 - маси на два газа);
M1 АЗ СЪМ 2 представлява относителната плътност.
Законът на Авогадро се прилага само за идеални 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) отклонения от идеалността се наблюдават вече при нормални условия и се увеличават с увеличаване на налягането и понижаване на температурата.
Пример 1. Въглероден диоксид с обем 1 литър при нормални условия има маса 1,977 г. Какъв е реалният обем на мол от този газ (при нормални условия)? Обяснете отговора си.
Решение.Моларна маса M (CO 2) = 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. Газообразен 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 началното налягане на хлора (стр 1 ) при 0 o C:
по подобен начин намираме налягането на хлора (p 2) при 273 o C: p 2 = 0,62 atm.
Пример 3. Какъв е обемът, зает от 10 g въглероден оксид (II) при температура 15 o C и налягане 790 mm Hg? Изкуство.?
Решение.
Задачи
1
. Какъв обем (при нормални условия) заема 0,5 мола кислород?
2
. Какъв обем заема водородът, съдържащ 18-10 23 молекули (при стандартни условия)?
3
. Каква е моларната маса на серен (IV) оксид, ако плътността на водорода 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 има 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 помощта на "газов" термометър. За тази цел стъклена тръба с вътрешен обем 80 ml се напълва с азот при температура 20 o C и налягане 101,325 kPa. След това тръбата бавно и внимателно се изнася от помещението в по-топло помещение. Поради термичното разширение газът напуска тръбата и се събира над течността, чието налягане на парите е незначително. Общият обем газ, напускащ тръбата (измерен при 20 o C и 101,325 kPa) е 3,5 ml. Колко мола азот са необходими за запълване на стъклената тръба и каква е температурата на по-топлата стая?
7
. Химикът, който определя атомната маса на новия елемент X в средата на 19 век, използва следния метод: той приготвя четири съединения, съдържащи елемент X (A, B, C и D), и определя масовата част на елемента ( %) във всяка от тях. В съд, от който преди това е бил евакуиран въздухът, той поставя всяко съединение, превърнато 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 в масите на празния и пълния съд. Подобна процедура се провежда с азот. В резултат на това може да се състави следната таблица:
| Газ | Общо тегло, g | Масова част () на елемента x в веществото, % |
| N 2 | 0,652 | - |
| А | 0,849 | 97,3 |
| б | 2,398 | 68,9 |
| IN | 4,851 | 85,1 |
| Ж | 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 маси на съединенията, като се използва хипотезата на Авогадро, че равни обеми газове и пари при еднакво налягане и температура съдържат равен брой молекули. Въпреки това, експерименти с някои вещества, проведени по метода на Дюма, противоречат на хипотезата на Авогадро и поставят под съмнение самата възможност за определяне на молекулната маса с помощта на този метод. Ето описание на един такъв експеримент (фиг. 2).
А.В гърлото на съда Ас известен обем, поставя проба от амоняк и я загрява в пещ Vдо тази температура да се ,при което целият амоняк се изпари. Получените пари изместиха въздуха от съда и част от тях бяха изпуснати под формата на мъгла. Загрят до да сесъдът, в който налягането е равно на атмосферното налягане, се запечатва в талията r, след което се охлажда и се претегля.
След това съдът се отваря, измива се от кондензирал амоняк, изсушава се и се претегля отново. От разликата се определя масата m на амоняка.
Тази маса, когато се нагрее 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 определени предварително. Съотношението на молекулното тегло на амоняка към молекулното тегло на водорода се определя по формулата
Разбрахме стойността M/M(N 2) = 13.4. Съотношението, изчислено с помощта на формулата NH4CI, е 26,8.
b.Експериментът се повтаря, но гърлото на съда се затваря със запушалка от порест азбест. д,пропусклив за газове и пари. В същото време получихме отношение М/М(Н2) = 14.2.
V.Повторихме експеримент b, но увеличихме първоначалното количество амоняк 3 пъти. Съотношението стана равно на M/M (H2) = 16.5.
Обяснете резултатите от описания експеримент и докажете, че в този случай е спазен законът на Авогадро.
1.
Един мол от всеки газ заема обем (при стандартни условия) от 22,4 литра; 0,5 mol O 2 заема обем от 22,40,5 = 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.
Когато n. г. 1 мол NH3, равен на 17 g, заема обем от 22,4 l, 68 g заема обем хл ,
От уравнението за състоянието на газа p o V o /T o = p 1 V 1 /T 1 намираме
смеси от H2S и O2.
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 заемаше обем от 76,5 ml (V 1) при 20 o C, започва да заема обем V 2 = 80 ml. Тогава според T 1 /T 2 = = V 1 /V 2 имаме
Да приемем, че при температура 250 o C веществата A, B, C, D са идеални газове. Тогава според закона на Авогадро
Маса на елемент X в 1 мол вещества A, B, C и D (g/mol):
M(A) . 0,973 = 35,45; М(B) . 0,689 = 70,91; M(V). 0,851 = 177,17; M(G) . 0,922= 141,78
Тъй като молекулата на веществото трябва да съдържа цяло число атоми на елемента X, е необходимо да се намери най-големият общ делител на получените количества. То е 35,44 g/mol и това число може да се счита за вероятно атомна масаелемент X.
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:
| NH4CI | NH3 | + HCl. | |
| 53,5 | 17 | 36,5 |
Амонякът и хлороводородът присъстват в газовата фаза, средното им относително молекулно тегло е M t
Промяната в резултата при наличие на азбестова тапа е по-малко ясна. Въпреки това, в средата на миналия век експериментите с порести („добре оформени“) прегради показаха, че амонячните пари съдържат два газа. По-лекият амоняк преминава през порите по-бързо и се открива лесно или чрез миризма, или чрез използване на мокра индикаторна хартия.
Строг израз за оценка на относителната пропускливост на газове през порести прегради се предоставя от молекулярно-кинетичната теория на газовете. Средна скорост на газовите молекули 
, където R е газовата константа; T -абсолютна температура; М -моларна маса. Според тази формула амонякът трябва да дифундира по-бързо от хлороводорода:
Следователно, когато в гърлото на колбата се постави азбестова тапа, газът в колбата ще има време да се обогати донякъде с тежък НС1 през времето, когато налягането се изравни с атмосферното. Относителната плътност на газа се увеличава. С увеличаване на масата на NH 4 C1 по-късно ще се установи налягане, равно на атмосферното (азбестовият тап предотвратява бързото изтичане на пари от колбата), газът в колбата ще съдържа повече хлороводород, отколкото в предишния случай; плътността на газа ще се увеличи.
