Чому дорівнює молярний обсяг газів. Міль. Закон Авогадро. Молярний об'єм газу. Хімічний зв'язок. освіта та структура молекул

Поряд з масою та обсягом у хімічних розрахункахчасто використовується кількість речовини, пропорційне числу структурних одиниць, що містяться в речовині. При цьому в кожному випадку має бути зазначено, які саме структурні одиниці (молекули, атоми, іони тощо) маються на увазі. Одиницею кількості речовини є моль.

Моль - кількість речовини, що містить стільки молекул, атомів, іонів, електронів або інших структурних одиниць, скільки міститься атомів 12 г ізотопу вуглецю 12С.

Число структурних одиниць, що містяться в 1 молі речовини (постійна Авогадро) визначено з великою точністю; у практичних розрахунках його приймають рівним 6,02 1024 моль-1.

Неважко показати, що маса 1 молячи речовини (мольна маса), - виражена в грамах, чисельно дорівнює відносної молекулярної маси цієї речовини.

Так, відносна молекулярна маса(або, скорочено молекулярна маса) вільного хлору С1г дорівнює 70,90. Отже мольна маса молекулярного хлору становить 70,90 г/моль. Однак мольна маса атомів хлору вдвічі менша (45,45 г/моль), оскільки 1 моль молекул хлору Сl містить 2 моли атомів хлору.

Відповідно до закону Авогадро, у рівних обсягах будь-яких газів, узятих за однієї й тієї ж температурі та однаковому тиску, міститься однакове число молекул. Іншими словами, те саме число молекул будь-якого газу займає при однакових умовах один і той же обсяг. Водночас 1 моль будь-якого газу містить однакову кількість молекул. Отже, за однакових умов 1 моль будь-якого газу займає той самий обсяг. Цей обсяг називається мольним обсягом газу і за нормальних умов (0°С, тиск 101, 425 кПа) дорівнює 22,4 л.

Наприклад, твердження «вміст діоксиду вуглецю в повітрі становить 0,04% (про.)» означає, що при парціальному тиску 2, рівному тиску повітря, і при тій же температурі діоксид вуглецю, що міститься в повітрі, займе 0,04% загального обсягу, займаного повітрям.

Контрольне завдання

1. Зіставити числа молекул, що містяться в 1 г NH 4 і в 1 г N 2 . У якому разі і у скільки разів число молекул більше?

2. Виразити у грамах масу однієї молекули діоксиду сірки.



4. Скільки молекул міститься в 5,00 мл хлору за нормальних умов?

4. Який обсяг за нормальних умов займають 27 10 21 молекул газу?

5. Виразити в грамах масу однієї молекули NО 2 -

6. Яке співвідношення обсягів, які займає 1 мол О 2 і 1 мол Оз (умови однакові)?

7. Взято рівні маси кисню, водню та метану за однакових умов. Знайти відношення обсягів узятих газів.

8. На питання, який обсяг займе 1 моль води за нормальних умов, отримано відповідь: 22,4 л. Чи правильна це відповідь?

9. Виразити у грамах масу однієї молекули HCl.

Скільки молекул діоксиду вуглецю знаходиться в 1 л повітря, якщо об'ємний вміст 2 становить 0,04% (умови нормальні)?

10. Скільки молей міститься в 1 м 4 будь-якого газу за нормальних умов?

11. Виразити в грамах масу однієї молекули Н2О-

12. Скільки молей кисню перебуває в 1 л повітря, якщо об'ємне

14. Скільки молей азоту знаходиться в 1 л повітря, якщо об'ємний вміст його становить 78% (умови нормальні)?

14. Взято рівні маси кисню, водню та азоту за однакових умов. Знайти відношення обсягів узятих газів.

15. Зіставити числа молекул, що містяться в 1 г NО 2 і в 1 г N 2 . У якому разі і у скільки разів число молекул більше?

16. Скільки молекул міститься у 2,00 мл водню за нормальних умов?

17. Виразити в грамах масу однієї молекули Н2О-

18. Який обсяг за нормальних умов займають 17 10 21 молекул газу?

ШВИДКІСТЬ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

При визначенні поняття швидкості хімічної реакції необхідно розрізняти гомогенні та гетерогенні реакції. Якщо реакція протікає в гомогенній системі, наприклад, в розчині або суміші газів, то вона йде у всьому обсязі системи. Швидкістю гомогенної реакціїназивається кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу в одиниці об'єму системи. Оскільки відношення числа молей речовини до об'єму, в якому вона розподілена, є молярною концентрацією речовини, швидкість гомогенної реакції можна також визначити як зміна концентрації в одиницю часу будь-якої речовини: вихідного реагенту або продукту реакції. Щоб результат розрахунку завжди був позитивним, незалежно від того, виробляється він за реагентом або продуктом, у формулі використовується знак «±»:



Залежно від характеру реакції час може бути виражений у секундах, як вимагає система СІ, але й у хвилинах чи годинах. У результаті реакції величина її швидкості не стала, а безперервно змінюється: зменшується, оскільки зменшуються концентрації вихідних речовин. Наведений вище розрахунок дає середнє значення швидкості реакції за деякий інтервал часу Δτ = τ 2 – τ 1 . Справжня (миттєва) швидкість визначається як межа якого прагне відношення Δ З/ Δτ при Δτ → 0, тобто справжня швидкість дорівнює похідній концентрації за часом.

Для реакції, у рівнянні якої є стехіометричні коефіцієнти, що відрізняються від одиниці, значення швидкості, виражені за різними речовинами, неоднакові. Наприклад, для реакції А + 4В = D + 2Е витрата речовини А дорівнює одному молю, речовини В – трьом молям, прихід речовини Е – двом молям. Тому υ (А) = ⅓ υ (В) = υ (D) =½ υ (Е) або υ (Е). = ⅔ υ (В).

Якщо реакція протікає між речовинами, що у різних фазах гетерогенної системи, вона може йти тільки поверхні розділу цих фаз. Наприклад, взаємодія розчину кислоти та шматка металу відбувається лише на поверхні металу. Швидкістю гетерогенної реакціїназивається кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється в результаті реакції за одиницю часу на одиниці поверхні поділу фаз:

.

Залежність швидкості хімічної реакції від концентрації речовин, що реагують, виражається законом діючих мас: при постійній температурі швидкість хімічної реакції прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагуючих речовин, зведених у ступені, рівні коефіцієнтампри формулах цих речовин у рівнянні реакції. Тоді для реакції

2А + В → продукти

справедливе співвідношення υ ~ · ЗА 2 · ЗВ, а для початку рівності вводиться коефіцієнт пропорційності kзваний константою швидкості реакції:

υ = k· ЗА 2 · ЗВ = k· [А] 2 · [В]

(молярні концентрації у формулах можуть позначатися як буквою Зз відповідним індексом, і формулою речовини, укладеної в квадратні дужки). Фізичний зміст константи швидкості реакції – швидкість реакції при концентраціях всіх речовин, що реагують, рівних 1 моль/л. Розмірність константи швидкості реакції залежить від числа співмножників у правій частині рівняння і може бути з -1; з -1 · (Л / моль); з –1 ·(л 2 /моль 2) тощо, тобто такий, щоб у будь-якому випадку при обчисленнях швидкість реакції виражалася в моль·л -1 ·с -1 .

Для гетерогенних реакцій до рівняння закону дії мас входять концентрації тільки тих речовин, які знаходяться в газовій фазіабо у розчині. Концентрація речовини, що знаходиться у твердій фазі, представляє постійну величинуі входить до константи швидкості, наприклад, для процесу горіння вугілля С + О 2 = СО 2 закон дії мас записується:

υ = k I·const··= k·,

де k= k IВ· const.

У системах, де одна або кілька речовин є газами, швидкість реакції залежить також від тиску. Наприклад, при взаємодії водню з парами йоду H 2 + I 2 =2HI швидкість хімічної реакції визначатиметься виразом:

υ = k··.

Якщо збільшити тиск, наприклад, в 4 рази, то в стільки ж разів зменшиться об'єм, який займає система, і, отже, у стільки ж разів збільшаться концентрації кожної з реагуючих речовин. Швидкість реакції у цьому випадку зросте у 9 разів

Залежність швидкості реакції від температуриописується правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 градусів швидкість реакції збільшується у 2-4 рази. Це означає, що при підвищенні температури арифметичної прогресії швидкість хімічної реакції зростає в геометричній прогресії. Підставою у формулі прогресії є температурний коефіцієнт швидкості реакціїγ, що показує, у скільки разів збільшується швидкість цієї реакції (або, що те саме – константа швидкості) при зростанні температури на 10 градусів. Математично правило Вант-Гоффа виражається формулами:

або

де і - швидкості реакції відповідно при початковій t 1 та кінцевої t 2 температурах. Правило Вант-Гоффа може бути також виражено такими співвідношеннями:

; ; ; ,

де і – відповідно швидкість та константа швидкості реакції при температурі t; і – ті самі величини при температурі t +10n; n- Число «десятиградусних» інтервалів ( n =(t 2 –t 1)/10), куди змінилася температура (може бути числом цілим чи дробовим, позитивним чи негативним).

Контрольне завдання

1. Знайти значення константи швидкості реакції А + В -> АВ, якщо при концентраціях речовин А і В, рівних відповідно 0,05 та 0,01 моль/л, швидкість реакції дорівнює 5 10 -5 моль/(л-хв).

2. У скільки разів зміниться швидкість реакції 2А + В -> А2В, якщо концентрацію речовини А збільшити у 2 рази, а концентрацію речовини зменшити у 2 рази?

4. У скільки разів слід збільшити концентрацію речовини, В 2 у системі 2А 2 (р.) + В 2 (р.) = 2А 2 В(р.), щоб при зменшенні концентрації речовини А в 4 рази швидкість прямої реакції не змінилася ?

4. Через деякий час після початку реакції ЗА+В->2C+D концентрації речовин становили: [А] =0,04 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [З] = 0,008 моль/л. Які вихідні концентрації речовин А та В?

5. У системі СО + С12 = СОС12 концентрацію збільшили від 0,04 до 0,12 моль/л, а концентрацію хлору - від 0,02 до 0,06 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

6. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням: А + 2В → С. Початкові концентрації становлять: [А] 0 = 0,04 моль/л, [В] про = 0,05 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,4. Знайти початкову швидкістьреакції та швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,01 моль/л.

7. Як зміниться швидкість реакції 2СО + О2 = 2СО2 , що протікає в закритій посудині, якщо збільшити тиск у 2 рази?

8. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 20 до 100 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнташвидкості реакції дорівнює 4.

9. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (р.) → 2N02(r.), якщо збільшити тиск у системі в 4 рази;

10. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), якщо зменшити об'єм системи у 4 рази?

11. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), якщо підвищити концентрацію NO у 4 рази?

12. Чому дорівнює температурний коефіцієнт швидкості реакції, якщо зі збільшенням температури на 40 градусів швидкість реакції

зростає у 15,6 рази?

14. . Знайти значення константи швидкості реакції А + В -> АВ, якщо при концентраціях речовин А і В, рівних відповідно 0,07 та 0,09 моль/л, швидкість реакції дорівнює 2,7 10 -5 моль/(л-хв).

14. Реакція між речовинами А та В виражається рівнянням: А + 2В → С. Початкові концентрації становлять: [А] 0 = 0,01 моль/л, [В] про = 0,04 моль/л. Константа швидкості реакції дорівнює 0,5. Знайти початкову швидкість реакції та швидкість реакції після деякого часу, коли концентрація речовини А зменшиться на 0,01 моль/л.

15. Як зміниться швидкість реакції 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), якщо збільшити тиск у системі в 2 рази;

16. У системі СО + С12 = СОС12 концентрацію збільшили від 0,05 до 0,1 моль/л, а концентрацію хлору - від 0,04 до 0,06 моль/л. У скільки разів зросла швидкість прямої реакції?

17. Обчислити, скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 20 °С до 80 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнта швидкості реакції рівним 2.

18. Обчислити, у скільки разів збільшиться швидкість реакції, якщо підвищити температуру системи від 40 до 90 °С, прийнявши значення температурного коефіцієнта швидкості реакції рівним 4.

ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК. ОСВІТА Й СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ

1. Які типи хімічного зв'язку Вам відомі? Наведіть приклад утворення іонного зв'язку методом валентних зв'язків.

2. Який хімічний зв'язок називають ковалентним? Що характерно для ковалентного типузв'язку?

4. Якими властивостями характеризується ковалентний зв'язок? Покажіть це на прикладах.

4. Який тип хімічного зв'язку у молекулах Н 2; Cl 2 НС1?

5. Який характер мають зв'язки в молекулах NCI 4 , CS 2 , СО 2 ? Вкажіть для кожної з них напрямок усунення загальної електронної пари.

6. Який хімічний зв'язок називають іонним? Що притаманно іонного типу зв'язку?

7. Який тип зв'язку в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2?

8. Зобразіть всі можливі способи перекривання s-орбіталі з р-орбіталлю; Вкажіть спрямованість зв'язку при цьому.

9. Поясніть донорно-акцепторний механізм ковалентного зв'язкуз прикладу освіти іона фосфонія [РН 4 ]+.

10. У молекулах СО, С0 2 зв'язок полярний чи неполярний? Поясніть. Опишіть водневий зв'язок.

11. Чому деякі молекули, що мають полярні зв'язки, загалом неполярні?

12.Ковалентний або іонний тип зв'язку характерний для таких сполук: Nal, S0 2 , KF? Чому іонний зв'язок є граничним випадком ковалентного?

14. Що таке металевий зв'язок? Чим вона відрізняється від ковалентного зв'язку? Які властивості металів вона зумовлює?

14. Який характер зв'язків між атомами у молекулах; KHF 2 , Н 2 0, HNO ?

15. Чим пояснити високу міцність зв'язку між атомами в молекулі азоту N 2 та значно меншу у молекулі фосфору Р 4 ?

16 . Який зв'язок називають водневим? Чому для молекул H2S та НС1 на відміну від Н2О та HF утворення водневих зв'язків не характерне?

17. Який зв'язок називають іонним? Чи має іонний зв'язок властивостями насичуваності та спрямованості? Чому вона є граничним випадком ковалентного зв'язку?

18. Який тип зв'язку в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2?

Перш ніж розв'язувати завдання, 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, є числом Авогадро. З цього закону випливає, що: 1 Кмоль (кіломоль) ідеального газу, причому будь-якого, за однакового тиску і температури (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), що 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.

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, довготривалу 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:

  1. Організаційний момент (1 хв.)
  2. Перевірка знань у вигляді фронтального опитування (10 хв.)
  3. Заповнення таблиці (5 хв.)
  4. Пояснення нового матеріалу (10 хв.)
  5. Закріплення (10 хв.)
  6. Підбиття підсумків (3 хв.)
  7. 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 обсяг мірним посудом. Відміряємо молярні обсяги спирту, сірки, заліза, цукру. Вони різні, т.к. щільність різна, (таблиця різних густин).

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. Слідство 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 обсягом 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.

  1. Назвіть формулу водню?
  2. Якою є його відносна молекулярна маса?
  3. Яка його молярна маса?
  4. Скільки молекул водню буде у кожному випадку?
  5. Який обсяг займуть за н.у. 3 г H 2?
  6. Скільки важитимуть 12 10 23 молекул водню?
  7. Який обсяг займуть ці молекули у кожному випадку?

А тепер вирішимо завдання щодо груп.

Завдання №1

Який обсяг займає 0,2 моль N 2 при н.у.?

  1. Який обсяг займають 5 моль O 2 при н.
  2. 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:

  1. Яка кількість речовини містить кисень об'ємом 0,224 л за н.у.?
  2. Яка кількість речовини містить вуглекислий газ об'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:

  1. Який обсяг займуть 8 р газу O 2 при н.у.?
  2. 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:

  1. У якому обсязі міститься 12,04 ·10 23 молекул водню СО 2 при н.у.?
  2. 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 щільністьможна висловити, 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?

Яка молярна маса газу, якщо 1 л. його має масу 3,17 р? (Підказка! m = ρ·V)

Залежність між тиском та обсягом ідеального газу при постійній температурі показана на рис. 1.

Тиск і обсяг зразка газу обернено пропорційні, тобто їх твори є постійною величиною: pV = const. Це співвідношення може бути записано у більш зручному для вирішення завдань вигляді:

p 1 V 1 = p 2 V 2(Закон Бойля-Маріотта).

Уявімо, що 50 л газу (V 1 ), що знаходиться під тиском 2 атм (p 1), стиснули до об'єму 25 л (V 2), тоді його новий тиск дорівнюватиме:

Залежність властивостей ідеальних газів від температури визначається законом Гей-Люссака: обсяг газу прямо пропорційний його абсолютній температурі (при постійній масі: V = kT,де k -коефіцієнт пропорційності). Це співвідношення зазвичай записується в більш зручній формі для вирішення завдань:

Наприклад, якщо 100 л газу, що знаходиться при температурі 300К, нагрівають до 400К, не змінюючи тиску, то при вищій температурі новий обсяг газу дорівнюватиме

Запис об'єднаного газового закону pV/T= = const може бути перетворена на рівняння Менделєєва-Клапейрона:

де R -універсальна постійна газова, a - число молей газу.

Рівняння Менделєєва-Клапейрона дозволяє проводити найрізноманітніші обчислення. Наприклад, можна визначити кількість молей газу при тиску 3 атм і температурі 400К, що займають об'єм 70 л:

Один із наслідків об'єднаного газового закону: у рівних обсягах різних газів при однаковій температурі та тиску міститься однакове число молекул. Це закон Авогадро.

Із закону Авогадро у свою чергу випливає також важливий наслідок: маси двох однакових обсягів різних газів (природно, за однакових тисків і температури) ставляться як їх молекулярні маси:

m 1 /m 2 = M 1 /M 2 (m 1 та m 2 - маси двох газів);

M 1 IM 2 є відносною щільністю.

Закон Авогадро застосовується лише до ідеальних газів. За нормальних умов гази, що важко стискаються (водень, гелій, азот, неон, аргон) можна вважати ідеальними. У оксиду вуглецю (IV), аміаку, оксиду сірки (IV) відхилення від ідеальності спостерігаються вже за нормальних умов і зростають із зростанням тиску та зниженням температури.

Приклад 1. Вуглекислий газ об'ємом 1 л за нормальних умов має масу 1,977 р. Який реальний об'єм займає міль цього газу (за н. у.)? Відповідь поясніть.

Рішення.Молярна маса М (CO 2) = 44 г/моль, тоді обсяг молячи 44/1,977 = 22,12 (л). Ця величина менша за прийняту для ідеальних газів (22,4 л). Зменшення обсягу пов'язане зі зростанням взаємодії між молекулами СО 2, тобто відхиленням від ідеальності.

Приклад 2. Газоподібний хлор масою 0,01 г, що знаходиться в запаяній ампулі об'ємом 10 см 3 нагрівають від 0 до 273 o С. Чому дорівнює початковий тиск хлору при 0 o С і при 273 o С?

Рішення. М r (Сl 2)=70,9; звідси 0,01 г хлору відповідає 1,4 10 -4 моль. Об'єм ампули дорівнює 0,01 л. Використовуючи рівняння Менделєєва-Клапейрона pV=vRT,знаходимо початковий тиск хлору (p 1 ) при 0 o З:

аналогічно знаходимо тиск хлору (р 2) при 273 o З: р2 = 0,62 атм.

Приклад 3. Чому дорівнює об'єм, який займають 10 г оксиду вуглецю (II) при температурі 15 o З тиску 790 мм рт. ст.?

Рішення.

Завдання

1 . Який обсяг (за н. у.) займає 0,5 моль кисню?
2 . Який обсяг займає водень, що містить 18-1023 молекул (при н. у.)?
3 . Чому дорівнює молярна маса оксиду сірки(IV), якщо щільність цього газу воднем дорівнює 32?
4 . Який обсяг займають 68 г аміаку при тиску 2 атм та температурі 100 o С?
5 . У замкнутому посудині ємністю 1,5 л знаходиться суміш сірководню з надлишком кисню при температурі 27 o З тиску 623,2 мм рт. ст. Знайдіть сумарну кількість речовин у посудині.
6 . У великому приміщенні температура може вимірюватись за допомогою "газового" термометра. Для цієї мети скляну трубку, що має внутрішній об'єм 80 мл, заповнили азотом при температурі 20 o З тиску 101,325 кПа. Після цього трубку повільно і обережно винесли з кімнати до більш теплого приміщення. Завдяки термічному розширенню газ вийшов з трубки і був зібраний над рідиною, тиск пари якої незначно. Загальний обсяг газу, що вийшов з трубки (виміряний при 20 o З і 101,325 кПа), дорівнює 3,5 мл. Скільки молей азоту знадобилося для заповнення скляної трубки і яка температура теплішого приміщення?
7 . Хімік, що визначав атомну масу нового елемента X в середині XIX ст., скористався наступним методом: він отримував чотири сполуки, що містять елемент X (А, Б, В та Г), і визначав масову частку елемента (%) у кожному з них. У посудину, з якої попередньо було відкачано повітря, він поміщав кожне з'єднання, переведене в газоподібний стан при 250 o С, і встановлював при цьому тиск парів речовини 1013 10 5 Па. По різниці мас порожньої та повної судин визначалася маса газоподібної речовини. Аналогічна процедура проводилася із азотом. У результаті можна було скласти таку таблицю:

Газ Загальна маса, г Масова частка () елемента x у речовині, %
N 2 0,652 -
А 0,849 97,3
Б 2,398 68,9
У 4,851 85,1
Г 3,583 92,2

Визначте ймовірну атомну масу елемента X.

8 . У 1826 р. французький хімік Дюма запропонував спосіб визначення щільності парів, застосовний до багатьох речовин. За цим методом можна було знаходити молекулярні маси сполук, використовуючи гіпотезу Авогадро про те, що в рівних обсягах газів і пар при рівному тиску та температурі містяться однакові кількості молекул. Однак експерименти з деякими речовинами, зроблені за способом Дюма, суперечили гіпотезі Авогадро і ставили під сумнів можливість визначення молекулярної маси даним способом. Ось опис однієї з таких експериментів (рис. 2).

а.У шийці судини авідомого обсягу помістили навішення нашатиря б і нагріли в печі вдо такої температури t o ,за якої весь нашатир випарувався. Пара витіснили повітря з судини, частина їх виділилася назовні у вигляді туману. Нагрітий до t oпосудину, тиск у якому дорівнював атмосферному, запаяли по перетяжці г, потім охолодили і зважили.

Потім посудину розкрили, відмили від сконденсованого нашатирю, висушили і знову зважили. По різниці визначили масу m нашатирю.

Ця маса при нагріванні до t oмала тиск р,рівне атмосферному, в посудині об'ємом V.Для судини заздалегідь були визначені тиск і обсяг відомої маси водню при кімнатній температурі. Відношення молекулярної маси нашатирю до молекулярної маси водню визначали за формулою

Отримали величину М/М(Н 2) = 13,4. Відношення, обчислене за формулою NH 4 Cl, становило 26,8.

б.Досвід повторили, але шийку судини закрили пористою азбестовою пробкою д,проникною для газів та пари. При цьому набули відношення М/М(Н 2) = 14,2.

в.Повторили досвід б, але збільшили початкову навішення нашатирю в 3 рази. Ставлення дорівнювало М/М (Н 2) = 16,5.
Поясніть результати описаного експерименту та доведіть, що закон Авогадро в цьому випадку дотримувався.

1. Моль будь-якого газу займає об'єм (за н. у.) 22,4 л; 0,5 моль 2 займає обсяг 22,40,5 = 11,2 (л).
2. Число молекул водню, що дорівнює 6,02-10 23 (число Авогадро), при н. у. займає об'єм 22,4 л (1 моль); тоді

3. Молярна маса оксиду cepи(IV): M(SO 2) = 322 = 64 (г/моль).
4. За н. у. 1 моль NНз, що дорівнює 17 г, займає об'єм 22,4 л, 68 г займає об'єм хл ,

З рівняння газового стану p o V o /T o = p 1 V 1 /T 1 знаходимо

суміші H 2 S і 2 .

6 . При заповненні трубки азотом

У трубці залишилося (за початкових умов) V 1: 80-3,5 = 76,5 (мл). При підвищенні температури азот, що займав об'єм 76,5 мл (V 1) при 20 o З, став займати об'єм V 2 = 80 мл. Тоді, згідно з Т 1 /Т 2 = = V 1 /V 2 маємо

Припустимо, що за температури 250 про З речовини А, Б, У, Р є ідеальними газами. Тоді за законом Авогадро

Маса елемента X в 1 моль речовини А, Б, В та Г (г/моль):

М(А). 0,973 = 35,45; М(Б). 0,689 = 70,91; М (В). 0,851 = 177,17; М(Г). 0,922 = 141,78

Оскільки молекулі речовини має бути ціле число атомів елемента X, потрібно знайти найбільший спільний дільник отриманих величин. Він становить 35,44 г/моль, і це число можна вважати ймовірним атомною масоюелемент X.

8. Пояснити результати експерименту легко зможе будь-який сучасний хімік. Добре відомо, що сублімація нашатирю - хлориду амонію - є оборотним процесом термічного розкладання цієї солі:

NH 4 Cl NH 3 + HCl.
53,5 17 36,5

У газовій фазі знаходяться аміак і хлороводень, їх середня відносна молекулярна маса М т

Менш зрозуміла зміна результату за наявності азбестової пробки. Однак у середині минулого століття саме досліди з пористими ("свердловистими") перегородками показали, що в парах нашатиря містяться два гази. Більш легкий аміак проходить крізь пори швидше, і його легко помітити або запахом, або за допомогою вологого індикаторного паперу.

Суворий вираз для оцінки відносної проникності газів крізь пористі перегородки дає молекулярно-кінетична теоо газів. Середня швидкість молекул газу
, де R - постійна газова; Т -абсолютна температура; М -молярна маса. За цією формулою аміак повинен дифундувати швидше за хлороводень:

Отже, при введенні в горло колби азбестової пробки газ у колбі встигне збагатитися важким НС1 за час, поки відбувається вирівнювання тиску з атмосферним. Відносна густина газу при цьому зростає. При збільшенні маси NH 4 C1 тиск, що дорівнює атмосферному, встановиться пізніше (азбестова пробка перешкоджає швидкому витіканню парів з колби), газ у колбі міститиме хлороводню більше, ніж у попередньому випадку; густина газу збільшиться.