Моларният обем на газ при нормални условия е равен. Газови закони. Закон на Авогадро. Моларен обем газ

Моларният обем на газа е равен на отношението на обема на газа към количеството вещество на този газ, т.е.

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

където V m е моларният обем на газа - постоянна стойност за всеки газ при дадени условия;

V(X) – обем газ X;

n(X) – количеството на газовото вещество X.

Моларният обем на газовете при нормални условия (нормално налягане p n = 101,325 Pa ≈ 101,3 kPa и температура T n = 273,15 K ≈ 273 K) е V m = 22,4 l/mol.

Закони за идеалния газ

При изчисления, включващи газове, често е необходимо да се премине от тези условия към нормални или обратното. В този случай е удобно да се използва формулата, следваща от комбинирания газов закон на Бойл-Мариот и Гей-Люсак:

pV / T = p n V n / T n

Където p е налягане; V - обем; T - температура по скалата на Келвин; индексът "n" показва нормални условия.

Обемна фракция

Съставът на газовите смеси често се изразява с помощта на обемната фракция - съотношението на обема на даден компонент към общия обем на системата, т.е.

φ(X) = V(X) / V

където φ(X) е обемната част на компонента X;

V(X) - обем на компонента X;

V е обемът на системата.

Обемната фракция е безразмерна величина; тя се изразява в части от единица или като процент.

Пример 1. Какъв обем ще заеме амоняк с тегло 51 g при температура 20°C и налягане 250 kPa?

Пример 2. Определете обема, който газова смес, съдържаща водород с тегло 1,4 g и азот с тегло 5,6 g, ще заема при нормални условия.

Закон за обемните отношения

Как да решим проблем с помощта на „Закона за обемните отношения“?

Закон за обемните съотношения: Обемите на газовете, участващи в реакция, са свързани помежду си като малки цели числа, равни на коефициентите в уравнението на реакцията.

Коефициентите в уравненията на реакциите показват броя на обемите на реагиращите и образуваните газообразни вещества.

Пример. Изчислете обема на въздуха, необходим за изгаряне на 112 литра ацетилен.

1. Съставяме уравнението на реакцията:

2. Въз основа на закона за обемните отношения изчисляваме обема на кислорода:

112 / 2 = X / 5, откъдето X = 112 5 / 2 = 280l

3. Определете обема на въздуха:

V(въздух) = V(O 2) / φ(O 2)

V(въздух) = 280 / 0,2 = 1400 л.

Урок 1.

Тема: Количество вещество. Къртица

Химията е наука за веществата.Как да измерваме вещества? В какви единици? В молекулите, които изграждат веществата, но това е много трудно да се направи. В грамове, килограми или милиграми, но така се измерва масата. Ами ако комбинираме масата, която се измерва на скала, и броя на молекулите на дадено вещество, възможно ли е това?

а) Н-водород

A n = 1a.u.m.

1a.u.m = 1,66*10 -24 g

Нека вземем 1 g водород и преброим броя на водородните атоми в тази маса (нека учениците направят това с помощта на калкулатор).

N n = 1g / (1,66*10 -24) g = 6,02*10 23

б) О-кислород

A o = 16 a.u.m = 16 * 1,67 * 10 -24 g

N o = 16 g / (16 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23

в) С-въглерод

A c = 12a.u.m = 12*1,67*10 -24 g

N c = 12g / (12* 1,66*10 -24) g = 6,02*10 23

Нека заключим: ако вземем маса на вещество, което е равно на атомната маса по размер, но взето в грамове, тогава винаги ще има (за всяко вещество) 6,02 * 10 23 атома от това вещество.

H 2 O - вода

18 g / (18 * 1,66 * 10 -24) g = 6,02 * 10 23 водни молекули и т.н.

N a = 6.02*10 23 - числото на Авогадро или константата.

Един мол е количеството вещество, което съдържа 6,02 * 10 23 молекули, атоми или йони, т.е. структурни звена.

Има молове молекули, молове атоми, молове йони.

n е броят на бенките (броят на бенките често се обозначава),
N е броят на атомите или молекулите,
N a = константа на Авогадро.

Kmol = 103 mol, mmol = 10 -3 mol.

Покажете портрет на Амедео Авогадро на мултимедийна инсталация и говорете накратко за него или инструктирайте ученика да подготви кратък доклад за живота на учения.

Урок 2.

Тема: „Моларна маса на вещество“

Каква е масата на 1 мол вещество? (Често учениците сами могат да направят заключение.)

Масата на един мол вещество е равна на неговата молекулна маса, но изразена в грамове. Масата на един мол вещество се нарича моларна маса и се означава с М.

Формули:

M - моларна маса,
n - брой молове,
m е масата на веществото.

Масата на един мол се измерва в g/mol, масата на kmole се измерва в kg/kmol, масата на mmol се измерва в mg/mol.

Попълнете таблицата (масите са разпределени).

Урок 3.

Тема: Моларен обем на газовете

Да решим проблема. Определете обема на водата, чиято маса при нормални условия е 180 g.

дадени:

Тези. Изчисляваме обема на течни и твърди тела чрез плътност.

Но при изчисляване на обема на газовете не е необходимо да знаете плътността. Защо?

Италианският учен Авогадро установи, че равни обеми различни газове при еднакви условия (налягане, температура) съдържат еднакъв брой молекули - това твърдение се нарича закон на Авогадро.

Тези. ако при равни условия V(H 2) =V(O 2), тогава n(H 2) =n(O 2) и обратно, ако при равни условия n(H 2) =n(O 2), тогава обемите на тези газове ще бъдат еднакви. А един мол вещество винаги съдържа същия брой молекули 6,02 * 10 23.

Заключаваме - при същите условия моловете газове трябва да заемат същия обем.

При нормални условия (t=0, P=101,3 kPa. или 760 mm Hg.), моловете от всякакви газове заемат същия обем. Този обем се нарича моларен.

Vm =22,4 l/mol

1 kmol заема обем от -22,4 m 3 /kmol, 1 mmol заема обем от -22,4 ml/mmol.

Пример 1.(Решава се на дъската):

Пример 2.(Можете да помолите учениците да решат):

Накарайте учениците да попълнят таблицата.

Газовете са най-простият обект за изследване, поради което техните свойства и реакции между газообразни вещества са изучени най-пълно. За да ни е по-лесно да разберем правилата за вземане на решения изчислителни задачи,въз основа на уравненията на химичните реакции,препоръчително е тези закони да се разгледат в самото начало на систематичното изучаване на общата химия

Френският учен J.L. Гей-Люсак постави закона обемни отношения:

Например, 1 литър хлор се свързва с 1 литър водород , образувайки 2 литра хлороводород ; 2 l серен оксид (IV) свържете се с 1 литър кислород, образувайки 1 литър серен оксид (VI).

Този закон позволи на италианския учен приемем, че молекулите на простите газове ( водород, кислород, азот, хлор и др. ) се състои от два еднакви атома . Когато водородът се свързва с хлора, техните молекули се разпадат на атоми, а последните образуват молекули на хлороводород. Но тъй като две молекули хлороводород се образуват от една молекула водород и една молекула хлор, обемът на последния трябва да бъде равен на сумата от обемите на първоначалните газове.
По този начин обемните отношения се обясняват лесно, ако изхождаме от идеята за двуатомната природа на молекулите на прости газове ( H2, Cl2, O2, N2 и др. ) - Това от своя страна служи като доказателство за двуатомния характер на молекулите на тези вещества.
Изследването на свойствата на газовете позволи на А. Авогадро да изложи хипотеза, която впоследствие беше потвърдена от експериментални данни и следователно стана известна като закон на Авогадро:

Законът на Авогадро предполага важен следствие: при същите условия 1 мол от всеки газ заема същия обем.

Този обем може да се изчисли, ако масата е известна 1 л газ При нормални условия условия, (n.s.) т.е. температура 273К (О°С) и натиск 101 325 Pa (760 mmHg) , масата на 1 литър водород е 0,09 g, неговата моларна маса е 1,008 2 = 2,016 g/mol. Тогава обемът, зает от 1 мол водород при нормални условия, е равен на 22.4 л

При същите условия масата 1л кислород 1.492гр ; кътник 32g/mol . Тогава обемът на кислорода при (n.s.) също е равен на 22,4 mol.

Следователно:

Моларният обем на газ е съотношението на обема на дадено вещество към количеството на това вещество:

Където V м - моларен обем газ (размерl/mol ); V е обемът на системното вещество;н - количеството вещество в системата. Примерен запис:V м газ (Добре.)=22,4 l/mol.

Въз основа на закона на Авогадро се определят моларните маси на газообразните вещества. Колкото по-голяма е масата на газовите молекули, толкова по-голяма е масата на същия обем газ. Еднакви обеми газове при еднакви условия съдържат еднакъв брой молекули и следователно молове газове. Съотношението на масите на равни обеми газове е равно на съотношението на техните моларни маси:

Където м 1 - маса на определен обем от първия газ; м 2 — маса на същия обем на втория газ; М 1 И М 2 - моларни маси на първия и втория газ.

Обикновено плътността на газа се определя по отношение на най-лекия газ - водород (обозначен д H2 ). Моларната маса на водорода е 2g/mol . Следователно получаваме.

Молекулната маса на дадено вещество в газообразно състояние е равна на удвоената му водородна плътност.

Често плътността на газа се определя спрямо въздуха (Д б ) . Въпреки че въздухът е смес от газове, те все още говорят за неговата средна моларна маса. То е равно на 29 g/mol. В този случай моларната маса се определя от израза M = 29D б .

Определянето на молекулните маси показа, че молекулите на простите газове се състоят от два атома (H2, F2, Cl2, O2 N2) , а молекулите на инертните газове са направени от един атом (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). За благородните газове „молекула“ и „атом“ са еквивалентни.

Закон на Бойл-Мариот: при постоянна температура обемът на дадено количество газ е обратно пропорционален на налягането, под което се намира.Оттук pV = const ,
Където Р - налягане, V - обем газ.

Закон на Гей-Люсак: при постоянно налягане и изменението на обема на газа е правопропорционално на температурата, т.е.
V/T = const,
Където T - температура по скала ДА СЕ (келвин)

Законът за комбинирания газ на Бойл-Мариот и Гей-Люсак:
pV/T = конст.
Тази формула обикновено се използва за изчисляване на обема на газ при дадени условия, ако неговият обем при други условия е известен. Ако се направи преход от нормални условия (или към нормални условия), тогава тази формула се записва, както следва:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
Където Р 0 ,В 0 ,T 0 - налягане, обем на газа и температура при нормални условия ( Р 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 К V 0 =22,4 l/mol) .

Ако масата и количеството на газ са известни, но е необходимо да се изчисли обемът му или обратно, използвайте Уравнение на Менделеев-Клейперон:

Където н - количеството на газовото вещество, mol; м — маса, g; М - моларна маса на газа, g/iol ; Р — универсална газова константа. R = 8,31 J/(mol*K)

Където m е маса, M е моларна маса, V е обем.

4. Закон на Авогадро.Създаден от италианския физик Авогадро през 1811 г. Еднакви обеми от всякакви газове, взети при една и съща температура и същото налягане, съдържат еднакъв брой молекули.

По този начин можем да формулираме концепцията за количеството на веществото: 1 мол вещество съдържа брой частици, равен на 6,02 * 10 23 (наречен константа на Авогадро)

Последицата от този закон е, че При нормални условия (P 0 =101,3 kPa и T 0 =298 K) 1 мол от всеки газ заема обем, равен на 22,4 литра.

5. Закон на Бойл-Мариот

При постоянна температура обемът на дадено количество газ е обратно пропорционален на налягането, под което се намира:

6. Закон на Гей-Люсак

При постоянно налягане промяната в обема на газа е право пропорционална на температурата:

V/T = конст.

7. Може да се изрази връзката между обема на газа, налягането и температурата комбиниран закон на Бойл-Мариот и Гей-Лусак,който се използва за преобразуване на газови обеми от едно състояние в друго:

P 0 , V 0 , T 0 - обемно налягане и температура при нормални условия: P 0 =760 mm Hg. Изкуство. или 101,3 kPa; T 0 =273 K (0 0 C)

8. Независима оценка на молекулярната стойност маси М може да се направи с помощта на т.нар уравнения на състоянието на идеалния газ или уравнения на Клапейрон-Менделеев :

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

Където R -налягане на газ в затворена система, V- обем на системата, T -газова маса, T -абсолютна температура, Р-универсална газова константа.

Обърнете внимание, че стойността на константата Рможе да се получи чрез заместване на стойности, характеризиращи един мол газ при нормални условия в уравнение (1.1):

r = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22,4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Примери за решаване на проблеми

Пример 1.Довеждане на обема на газа до нормални условия.

Какъв обем (n.s.) ще бъде зает от 0,4 × 10 -3 m 3 газ, намиращ се при 50 0 C и налягане от 0,954 × 10 5 Pa?

Решение.За да доведете обема на газа до нормални условия, използвайте обща формула, комбинираща законите на Бойл-Мариот и Гей-Лусак:

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

Обемът на газа (n.s.) е равен на , където T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

При (норма) газът заема обем, равен на 0,32×10 -3 m 3 .

Пример 2.Изчисляване на относителната плътност на газ от неговото молекулно тегло.

Изчислете плътността на етан C 2 H 6 на базата на водород и въздух.

Решение.От закона на Авогадро следва, че относителната плътност на един газ спрямо друг е равна на отношението на молекулните маси ( М ч) от тези газове, т.е. D=M 1 /M 2. Ако М 1 C2H6 = 30, М 2 H2 = 2, средното молекулно тегло на въздуха е 29, тогава относителната плътност на етана по отношение на водорода е D H2 = 30/2 =15.

Относителна плътност на етан във въздуха: D въздух= 30/29 = 1,03, т.е. етанът е 15 пъти по-тежък от водорода и 1,03 пъти по-тежък от въздуха.

Пример 3.Определяне на средното молекулно тегло на смес от газове чрез относителна плътност.

Изчислете средното молекулно тегло на смес от газове, състояща се от 80% метан и 20% кислород (по обем), като използвате относителните плътности на тези газове по отношение на водорода.

Решение.Често изчисленията се правят съгласно правилото за смесване, което гласи, че съотношението на обемите на газовете в двукомпонентна газова смес е обратно пропорционално на разликите между плътността на сместа и плътностите на газовете, които съставляват тази смес . Нека означим относителната плътност на газовата смес по отношение на водорода с д H2. ще бъде по-голяма от плътността на метана, но по-малка от плътността на кислорода:

80д H2 – 640 = 320 – 20 дН2; дН2 = 9,6.

Плътността на водорода на тази смес от газове е 9,6. средното молекулно тегло на газовата смес М H2 = 2 д H2 = 9,6×2 = 19,2.

Пример 4.Изчисляване на моларната маса на газ.

Масата на 0,327×10 -3 m 3 газ при 13 0 C и налягане 1,040×10 5 Pa е равна на 0,828×10 -3 kg. Изчислете моларната маса на газа.

Решение.Моларната маса на газ може да се изчисли с помощта на уравнението на Менделеев-Клапейрон:

Където м– маса на газа; М– моларна маса на газа; Р– моларна (универсална) газова константа, чиято стойност се определя от приетите мерни единици.

Ако налягането се измерва в Pa и обемът в m3, тогава Р=8,3144×103 J/(kmol×K).