Химия молярный объем газов. Объем одного моля газа при нормальных условиях. Моль. Закон Авогадро. Молярный объем газа

Где m-масса,M-молярная масса, V- объем.

4. Закон Авогадро. Установлен итальянским физиком Авогадро в 1811 г. Одинаковые объемы любых газов, отобранные при одной температуре и одинаковом давлении, содержат одно и тоже число молекул.

Таким образом, можно сформулировать понятие количества вещества: 1 моль вещества содержит число частиц, равное 6,02*10 23 (называемое постоянной Авогадро)

Следствием этого закона является то, что 1 моль любого газа занимает при нормальных условиях (Р 0 =101,3кПа и Т 0 =298К) объём, равный 22,4л.

5. Закон Бойля-Мариотта

При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:

6. Закон Гей-Люссака

При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:

V/T = const.

7. Зависимость между объемом газа, давлением и температурой можно выразить объединенным законом Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, которым пользуются для приведения объемов газа от одних условий к другим:

P 0 , V 0 ,T 0 -давление объема и температуры при нормальных условиях: P 0 =760 мм рт. ст. или 101,3 кПа; T 0 =273 К (0 0 С)

8. Независимая оценка значения молекулярноймассы М может быть выполнена с использованием так называемого уравнения состояния идеального газа или уравнения Клапейро­на-Менделеева :

pV=(m/M)*RT=vRT. (1.1)

где р - давление газа в замкнутой системе, V - объем си­стемы, т - масса газа, Т - абсолютная температура, R - универсальная газовая постоянная.

Отметим, что значение постоянной R может быть получе­но подстановкой величин, характеризующих один моль газа при н.у., в уравнение (1.1):

r = (р V)/(Т)=(101,325кПа 22.4 л)/(1 моль 273К)=8.31Дж/моль.К)

Примеры решения задач

Пример 1. Приведение объема газа к нормальным условиям.

Какой объем (н.у.) займут 0,4×10 -3 м 3 газа, находящиеся при 50 0 С и давлении 0,954×10 5 Па?

Решение. Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются общей формулой, объединяющей законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Объем газа (н.у.) равен , где Т 0 = 273 К; р 0 = 1,013×10 5 Па; Т = 273 + 50 = 323 К;

м 3 = 0,32×10 -3 м 3 .

При (н.у.) газ занимает объем, равный 0,32×10 -3 м 3 .

Пример 2. Вычисление относительной плотности газа по его молекулярной массе.

Вычислите плотность этана С 2 Н 6 по водороду и воздуху.

Решение. Из закона Авогадро вытекает, что относительная плотность одного газа по другому равна отношению молекулярных масс (М ч ) этих газов, т.е. D=М 1 /М 2 . Если М 1 С2Н6 = 30, М 2 Н2 = 2, средняя молекулярная масса воздуха равна 29, то относительная плотность этана по водороду равна D Н2 = 30/2 =15.

Относительная плотность этана по воздуху: D возд = 30/29 = 1,03, т.е. этан в 15 раз тяжелее водорода и в 1,03 раза тяжелее воздуха.

Пример 3. Определение средней молекулярной массы смеси газов по относительной плотности.

Вычислите среднюю молекулярную массу смеси газов, состоящей из 80 % метана и 20 % кислорода (по объему), используя значения относительной плотности этих газов по водороду.

Решение. Часто вычисления производят по правилу смешения, которое заключается в том, что отношение объемов газов в двухкомпонентной газовой смеси обратно пропорционально разностям между плотностью смеси и плотностями газов, составляющих эту смесь. Обозначим относительную плотность газовой смеси по водороду через D Н2 . она будет больше плотности метана, но меньше плотности кислорода:

80D Н2 – 640 = 320 – 20D Н2 ; D Н2 = 9,6.

Плотность этой смеси газов по водороду равна 9,6. средняя молекулярная масса газовой смеси М Н2 = 2D Н2 = 9,6×2 = 19,2.

Пример 4. Вычисление молярной массы газа.

Масса0,327×10 -3 м 3 газа при 13 0 С и давлении 1,040×10 5 Па равна 0,828×10 -3 кг. Вычислите молярную массу газа.

Решение. Вычислить молярную массу газа можно, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

где m – масса газа; М – молярная масса газа; R – молярная (универсальная) газовая постоянная, значение которой определяется принятыми единицами измерения.

Если давление измерять в Па, а объем в м 3 , то R =8,3144×10 3 Дж/(кмоль×К).

Для того, чтобы узнать состав любых газообразных веществ необходимо уметь оперировать такими понятиями, как молярный объем, молярная масса и плотность вещества. В данной статье рассмотрим, что такое молярный объем, и как его вычислить?

Количество вещества

Количественные расчеты проводят с целью, чтобы в реальности осуществить тот или иной процесс или узнать состав и строение определенного вещества. Эти расчеты неудобно производить с абсолютными значениями массы атомов или молекул из-за того, что они очень малы. Относительные атомные массы также в большинстве случаев невозможно использовать, так как они не связаны с общепринятыми мерами массы или объема вещества. Поэтому введено понятие количество вещества, которое обозначается греческой буквой v (ню) или n. Количество вещества пропорционально числу содержащихся в веществе структурных единиц (молекул, атомных частиц).

Единицей количества вещества является моль.

Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода.

Масса 1 атома равна 12 а. е. м., поэтому число атомов в 12 г изотопа углерода равно:

Na= 12г/12*1,66057*10в степени-24г=6,0221*10 в степени 23

Физическая величина Na называется постоянной Авогадро. Один моль любого вещества содержит 6,02*10 в степени 23 частиц.

Рис. 1. Закон Авогадро.

Молярный объем газа

Молярный объем газа – это отношение объема вещества к количеству этого вещества. Эту величину вычисляют при делении молярной массы вещества на его плотность по следующей формуле:

где Vm – молярный объем, М – молярная масса, а p – плотность вещества.

Рис. 2. Молярный объем формула.

В международной системе Си измерение молярного объема газообразных веществ осуществляется в кубических метрах на моль (м 3 /моль)

Молярный объем газообразных веществ отличается от веществ, находящихся в жидком и твердом состоянии тем, что газообразный элемент количеством 1 моль всегда занимает одинаковый объем (если соблюдены одинаковые параметры).

Объем газа зависит от температуры и давления, поэтому при расчетах следует брать объем газа при нормальных условиях. Нормальными условиями считается температура 0 градусов и давление 101,325 кПа. Молярный объем 1 моля газа при нормальных условиях всегда одинаков и равен 22,41 дм 3 /моль. Этот объем называется молярным объемом идеального газа. То есть, в 1 моле любого газа (кислород, водород, воздух) объем равен 22,41 дм 3 /м.

Рис. 3. Молярный объем газа при нормальных условиях.

Таблица «молярный объем газов»

В следующей таблице представлен объем некоторых газов:

Молярный объем газа равен отношению объема газа к количеству вещества этого газа, т.е.

V m = V(X) / n(X),

где V m - молярный объем газа - постоянная величина для любого газа при данных условиях;

V(X) – объем газа Х;

n(X) – количество вещества газа Х.

Молярный объем газов при нормальных условиях (нормальном давлении р н = 101 325 Па ≈ 101,3 кПа и температуре Т н =273,15 К ≈ 273 К) составляет V m = 22,4 л/моль.

Законы идеальных газов

В расчетах, связанных с газами, часто приходится переходить от данных условий к нормальным или наоборот. При этом удобно пользоваться формулой, следующей из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

pV / Т = p н V н / Т н

Где p -давление; V - объем; Т- температура вшкале Кельвина; индекс «н» указывает на нормальные условия.

Объемная доля

Состав газовых смесей часто выражают при помощи объемной доли - отношения объема данного компонента к общему объему системы, т.е.

φ(Х) = V(X) / V

где φ(Х) - объемная доля компонента Х;

V(X) - объем компонента Х;

V - объем системы.

Объемная доля - безразмерная величина, её выражают в долях от единицы или в процентах.

Пример 1. Какой объем займет при температуре 20°С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?

Пример 2. Определите объем, который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.

Закон объемных отношений

Как решить задачу с использованием «Закона объемных отношений»?

Закон объемных отношений: объемы газов, участвующих в реакции, относятся друг к другу как небольшие целые числа, равные коэффициентам в уравнении реакции.

Коэффициенты в уравнениях реакций показывают числа объемов реагирующих и образовавшихся газообразных веществ.

Пример. Вычислите объем воздуха, необходимый для сгорания 112 л ацетилена.

1. Составляем уравнение реакции:

2. На основании закона объемных отношений вычисляем объем кислорода:

112 / 2 = Х / 5, откуда Х = 112 · 5 / 2 = 280л

3. Определяем объм воздуха:

V(возд) = V(O 2) / φ(O 2)

V(возд) = 280 / 0,2 = 1400 л.

Массу 1 моль вещества называют молярной. А как называют объём 1 моль вещества? Очевидно, что и его называют молярным объёмом.

Чему равен молярный объём воды? Когда мы отмеривали 1 моль воды, мы не взвешивали на весах 18 г воды - это неудобно. Мы пользовались мерной посудой: цилиндром или мензуркой, так как знали, что плотность воды равна 1 г/мл. Поэтому молярный объём воды равен 18 мл/моль. У жидкостей и твёрдых веществ молярный объём зависит от их плотности (рис. 52, а). Другое дело у газов (рис. 52, б).

Рис. 52.
Молярные объёмы (н. у.):
а - жидкостей и твёрдых веществ; б - газообразных веществ

Если взять 1 моль водорода Н 2 (2 г), 1 моль кислорода O 2 (32 г), 1 моль озона O 3 (48 г), 1 моль углекислого газа СO 2 (44 г) и даже 1 моль водяных паров Н 2 O (18 г) при одинаковых условиях, например нормальных (в химии принято называть нормальными условиями (н. у.) температуру 0 °С и давление 760 мм рт. ст., или 101,3 кПа), то окажется, что 1 моль любого из газов займёт один и тот же объём, равный 22,4 л, и содержит одинаковое число молекул - 6 × 10 23 .

А если взять 44,8 л газа, то какое количество вещества его будет взято? Конечно же 2 моль, так как заданный объём вдвое больше молярного. Следовательно:

где V - объём газа. Отсюда

Молярный объём - это физическая величина, равная отношению объёма вещества к количеству вещества.

Молярный объём газообразных веществ выражается в л/моль. Vm - 22,4 л/моль. Объём одного киломоля называют киломолярным и измеряют в м 3 /кмоль (Vm = 22,4 м 3 /кмоль). Соответственно миллимолярныи объём равен 22,4 мл/ммоль.

Задача 1. Найдите массу 33,6 м 3 аммиака NH 3 (н. у.).

Задача 2. Найдите массу и объём (н. у.), который имеют 18 × 10 20 молекул сероводорода H 2 S.

При решении задачи обратим внимание на число молекул 18 × 10 20 . Так как 10 20 в 1000 раз меньше 10 23 , очевидно, расчёты следует вести с использованием ммоль, мл/ммоль и мг/ммоль.

Ключевые слова и словосочетания

1. Молярный, миллимолярный и киломолярный объёмы газов.
2. Молярный объём газов (при нормальных условиях) равен 22,4 л/моль.
3. Нормальные условия.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

1. Найдите массу и число молекул при н. у. для: а) 11,2 л кислорода; б) 5,6 м 3 азота; в) 22,4 мл хлора.
2. Найдите объём, который при н. у. займут: а) 3 г водорода; б) 96 кг озона; в) 12 × 10 20 молекул азота.
3. Найдите плотности (массу 1 л) аргона, хлора, кислорода и озона при н. у. Сколько молекул каждого вещества будет содержаться в 1 л при тех же условиях?
4. Рассчитайте массу 5 л (н. у.): а) кислорода; б) озона; в) углекислого газа СO 2 .
5. Укажите, что тяжелее: а) 5 л сернистого газа (SO 2) или 5 л углекислого газа (СO 2); б) 2 л углекислого газа (СO 2) или 3 л угарного газа (СО).

Названия кислот образуются от русского названия центрального атома кислоты с добавлением суффиксов и окончаний. Если степень окисления центрального атома кислоты соответствует номеру группы Периодической системы, то название образуется с помощью простейшего прилагательного от названия элемента: H 2 SO 4 – серная кислота, HMnO 4 – марганцовая кислота. Если кислотообразующие элементы имеют две степени окисления, то промежуточная степень окисления обозначается суффиксом –ист-: H 2 SO 3 – сернистая кислота, HNO 2 – азотистая кислота. Для названий кислот галогенов, имеющих много степеней окисления, применяются различные суффиксы: типичные примеры – HClO 4 – хлорн ая кислота, HClO 3 – хлорноват ая кислота, HClO 2 – хлорист ая кислота, HClO – хлорноватист ая кислота (бескислородная кислота HCl называется хлороводородной кислотой – обычно соляной кислотой). Кислоты могут различаться числом молекул воды, гидратирующей оксид. Кислоты, содержащие наибольшее число атомов водорода, называются ортокислотами: H 4 SiO 4 – ортокремниевая кислота, H 3 PO 4 – ортофосфорная кислота. Кислоты, содержащие 1 или 2 атома водорода, называются метакислотами: H 2 SiO 3 – метакремниевая кислота, HPO 3 – метафосфорная кислота. Кислоты, содержащие два центральных атома, называются ди кислотами: H 2 S 2 O 7 – дисерная кислота, H 4 P 2 O 7 – дифосфорная кислота.

Названия комплексных соединенийобразуются так же, как названия солей , но комплексному катиону или аниону дается систематическое название, то есть оно читается справа налево: K 3 – гексафтороферрат(III) калия, SO 4 – сульфат тетраамминмеди(II).

Названия оксидов образуются с помощью слова «оксид» и родительного падежа русского названия центрального атома оксида с указанием, в случае необходимости, степени окисления элемента:Al 2 O 3 – оксид алюминия,Fe 2 O 3 – оксид железа(III).

Названия оснований образуются с помощью слова «гидроксид» и родительного падежа русского названия центрального атома гидроксида с указанием, в случае необходимости, степени окисления элемента: Al(OH) 3 – гидроксид алюминия, Fe(OH) 3 – гидроксид железа(III).

Названия соединений с водородом образуются в зависимости от кислотно-основных свойств этих соединений. Для газообразных кислотообразующих соединений с водородом применяются названия:H 2 S– сульфан (сероводород),H 2 Se– селан (селеноводород),HI– иодоводород; их растворы в воде называются соответственно сероводородной, селеноводородной и иодоводородной кислотами. Для некоторых соединений с водородом применяются специальные названия:NH 3 – аммиак,N 2 H 4 – гидразин,PH 3 – фосфин. Соединения с водородом, имеющим степень окисления –1, называются гидридами:NaH– гидрид натрия,CaH 2 –гидрид кальция.

Названия солей образуются от латинского названия центрального атома кислотного остатка с добавлением префиксов и суффиксов. Названия бинарных (двухэлементных) солей образуются с помощью суффикса –ид : NaCl – хлорид натрия, Na 2 S – сульфид натрия. Если центральный атом кислородсодержащего кислотного остатка имеет две положительные степени окисления, то высшая степень окисления обозначается суффиксом –ат : Na 2 SO 4 – сульфат натрия, KNO 3 – нитрат калия, а низшая степень окисления – суффиксом –ит : Na 2 SO 3 – сульфит натрия, KNO 2 – нитрит калия. Для названия кислородсодержащих солей галогенов пользуются префиксами и суффиксами: KClO 4 – пер хлорат калия, Mg(ClO 3) 2 – хлорат магния, KClO 2 – хлорит калия, KClO – гипо хлорит калия.

Насыщаемость ковалентн ых связ ей – проявляется в том, что в соединениях s- и p-элементов нет неспаренных электронов, то есть все неспаренные электроны атомов образуют связывающие электронные пары (исключения составляют NO, NO 2 , ClO 2 и ClO 3).

Неподеленные электронные пары (НЭП) –электроны, которые занимают атомные орбитали парами. Наличие НЭП обусловливает способность анионов или молекул, образовывать донорно-акцепторные связи в качестве доноров электронных пар.

Неспаренные электроны– электроны атома, содержащиеся по одному в орбитали. Для s- и p-элементов число неспаренных электронов определяет, сколько связывающих электронных пар может образовать данный атом с другими атомами по обменному механизму. В методе валентных связей исходят из того, что число неспаренных электронов может быть увеличено за счет неподеленных электронных пар, если в пределах валентного электронного уровня есть вакантные орбитали. В большинстве соединенийs- иp-элементов неспаренных электронов нет, так как все неспаренные электроны атомов образуют связи. Однако молекулы с неспаренными электронами существуют, например, NO, NO 2 , они обладают повышенной реакционной способностью и имеют тенденцию образовывать димеры типа N 2 O 4 за счет неспаренных электронов.

Нормальная концентрация – это число молей эквивалентов в 1 л раствора.

Нормальные условия - температура 273K (0 o C), давление 101,3 кПа (1 атм).

Обменный и донорно-акцепторный механизмы образования химической связи . Образование ковалентных связей между атомами может происходить двояко. Если образование связывающей электронной пары происходит за счет неспаренных электронов обоих связанных атомов, то такой способ образования связывающей электронной пары носит название обменного механизма – атомы обмениваются электронами, притом связывающие электроны принадлежат обоим связанным атомам. Если же связывающая электронная пара образуется за счет неподеленной электронной пары одного атома и вакантной орбитали другого атома, то такое образование связывающей электронной пары является донорно-акцепторным механизмом (см. метод валентных связей).

Обратимые ионные реакции – это такие реакции, в которых образуются продукты, способные образовывать исходные вещества (если иметь ввиду написанное уравнение, то про обратимые реакции можно сказать, что они могут протекать в ту и другую стороны с образованием слабых электролитов или малорастворимых соединений). Обратимые ионные реакции часто характеризуются неполнотой превращения; так как в течение обратимой ионной реакции образуются молекулы или ионы, которые вызывают смещение в сторону исходных продуктов реакции, то есть как бы «тормозят» реакцию. Обратимые ионные реакции описываются с помощью знака ⇄, а необратимые – знака →. Примером обратимой ионной реакции может служить реакция H 2 S + Fe 2+ ⇄ FeS + 2H + , а примером необратимой – S 2- + Fe 2+ → FeS.

Окислители – вещества, у которых при окислительно-восстановительных реакциях степени окисления некоторых элементов уменьшаются.

Окислительно-восстановительная двойственность – способность веществ выступать в окислительно-восстановительных реакциях в качестве окислителя или восстановителя в зависимости от партнера (например, H 2 O 2 , NaNO 2).

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это химические реакции, в течение которых изменяются степени окисления элементов реагирующих веществ.

Окислительно-восстановительный потенциал – величина, характеризующая окислительно-восстановительную способность (силу) и окислителя, и восстановителя, составляющих соответствующую полуреакцию. Так, окислительно-восстановительный потенциал пары Cl 2 /Cl - , равный 1,36 В, характеризует молекулярный хлор как окислитель и хлорид-ион как восстановитель.

Оксиды – соединения элементов с кислородом, в которых кислород имеет степень окисления, равную –2.

Ориентационные взаимодействия – межмолекулярные взаимодействия полярных молекул.

Осмос – явление переноса молекул растворителя на полупроницаемой (проницаемой только для растворителя) мембране в сторону меньшей концентрации растворителя.

Осмотическое давление – физико-химическое свойство растворов, обусловленное способностью мембран пропускать только молекулы растворителя. Осмотическое давление со стороны менее концентрированного раствора уравнивает скорости проникновения молекул растворителя в обе стороны мембраны. Осмотическое давление раствора равно давлению газа, в котором концентрация молекул такая же, как концентрация частиц в растворе.

Основания по Аррениусу – вещества, которые в процессе электролитической диссоциации отщепляют гидроксид-ионы.

Основания по Бренстеду – соединения (молекулы или ионы типа S 2- , HS -), которые могут присоединять ионы водорода.

Основания по Льюису (льюисовы основания ) – соединения (молекулы или ионы), с неподеленными электронными парами, способными образовывать донорно-акцепторные связи. Самым обычным льюисовым основанием являются молекулы воды, которые обладают сильными донорными свойствами.