كيفية إيجاد الحجم المولي للغاز. الكتلة المولية والحجم المولي للمادة

من أجل معرفة تكوين أي مواد غازية ، من الضروري أن تكون قادرًا على العمل بمفاهيم مثل الحجم المولي والكتلة المولية وكثافة مادة ما. في هذه المقالة سوف ننظر في ما هو الحجم المولي وكيف نحسبه؟

كمية الجوهر

يتم إجراء الحسابات الكمية من أجل تنفيذ عملية معينة بالفعل أو معرفة تكوين وهيكل مادة معينة. هذه الحسابات غير ملائمة للقيم المطلقة لكتل ​​الذرات أو الجزيئات نظرًا لحقيقة أنها صغيرة جدًا. من المستحيل أيضًا استخدام الكتل الذرية النسبية في معظم الحالات ، لأنها لا تتعلق بالقياسات المقبولة عمومًا لكتلة أو حجم مادة ما. لذلك ، تم تقديم مفهوم كمية المادة ، والتي يتم الإشارة إليها رسالة يونانيةت (نو) أو ن. تتناسب كمية المادة مع العدد الموجود في المادة الوحدات الهيكلية(الجزيئات والجسيمات الذرية).

وحدة كمية المادة هي الخلد.

الخلد هو كمية المادة التي تحتوي على العديد من الوحدات الهيكلية مثل عدد الذرات في 12 جم من نظير الكربون.

كتلة ذرة واحدة هي 12 أ. م ، لذا فإن عدد الذرات في 12 جم من نظير الكربون هو:

Na \ u003d 12g / 12 * 1.66057 * 10 إلى قوة -24 جم \ u003d 6.0221 * 10 إلى أس 23

تسمى الكمية الفيزيائية Na بثابت Avogadro. يحتوي مول واحد من أي مادة على 6.02 * 10 أس 23 جسيمًا.

أرز. 1. قانون أفوجادرو.

الحجم المولي للغاز

الحجم المولي للغاز هو النسبة بين حجم المادة وكميتها. تُحسب هذه القيمة بقسمة الكتلة المولية لمادة ما على كثافتها وفقًا للصيغة التالية:

حيث Vm هو الحجم المولي ، M هو الكتلة المولية ، و p هي كثافة المادة.

أرز. 2. صيغة الحجم المولي.

في النظام الدولييتم إجراء قياس Si للحجم المولي للمواد الغازية بالمتر المكعب لكل مول (م 3 / مول)

يختلف الحجم المولي للمواد الغازية عن المواد الموجودة في الحالة السائلة والصلبة في أن العنصر الغازي من 1 مول يحتل دائمًا نفس الحجم (إذا لوحظت نفس المعلمات).

يعتمد حجم الغاز على درجة الحرارة والضغط ، لذلك عند الحساب ، يجب أن تأخذ حجم الغاز الظروف الطبيعية. تعتبر الظروف العادية درجة حرارة 0 درجة وضغط 101.325 كيلو باسكال. الحجم المولي لـ 1 مول من الغاز في الظروف العادية دائمًا ما يكون هو نفسه ويساوي 22.41 dm 3 / mol. يسمى هذا الحجم بالحجم المولي للغاز المثالي. أي في 1 مول من أي غاز (أكسجين ، هيدروجين ، هواء) ، الحجم 22.41 dm 3 / m.

أرز. 3. الحجم المولي للغاز في الظروف العادية.

جدول "الحجم المولي للغازات"

يوضح الجدول التالي حجم بعض الغازات:

الغازات هي أبسط شيء للبحث ، لذلك تمت دراسة خصائصها وتفاعلاتها بين المواد الغازية بشكل كامل. من أجل تسهيل تحليل قواعد القرار مهام الحسابعلى أساس المعادلات تفاعلات كيميائية, من المستحسن النظر في هذه القوانين في بداية الدراسة المنهجية للكيمياء العامة

قال العالم الفرنسي ج. وضع جاي لوساك القانون العلاقات الجماعية:

على سبيل المثال، 1 لتر كلور يربط مع 1 لتر من الهيدروجين , تشكيل 2 لتر من كلوريد الهيدروجين ; 2 لتر من أكسيد الكبريت (IV) متصل مع 1 لتر من الأكسجين مكونًا لترًا واحدًا من أكسيد الكبريت (VI).

سمح هذا القانون للعالم الإيطالي افترض أن جزيئات الغازات البسيطة ( الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكلور ، إلخ. ) يتألف من ذرتان متطابقتان . عندما يتحد الهيدروجين مع الكلور ، تنقسم جزيئاتها إلى ذرات ، وتشكل الأخيرة جزيئات كلوريد الهيدروجين. ولكن نظرًا لأن جزيئين من كلوريد الهيدروجين يتكونان من جزيء واحد من الهيدروجين وجزيء واحد من الكلور ، فيجب أن يكون حجم الأخير مساويًا لمجموع أحجام الغازات الأولية.
وبالتالي ، يمكن شرح نسب الحجم بسهولة إذا انطلقنا من مفهوم الطبيعة ثنائية الذرة لجزيئات الغازات البسيطة ( H2 ، Cl2 ، O2 ، N2 ، إلخ. ) - وهذا بدوره بمثابة دليل على الطبيعة ثنائية الذرة لجزيئات هذه المواد.
سمحت دراسة خصائص الغازات لـ A. Avogadro بالتعبير عن فرضية تم تأكيدها لاحقًا من خلال البيانات التجريبية ، وبالتالي أصبحت تُعرف باسم قانون Avogadro:

من قانون Avogadro يتبع مهمة عاقبة: في ظل نفس الظروف ، يحتل 1 مول من أي غاز نفس الحجم.

يمكن حساب هذا الحجم إذا كانت الكتلة معروفة 1 لتر غاز. تحت العادي الظروف ، (لا) أي درجة الحرارة 273 كلفن (درجة حرارة الغرفة) والضغط 101325 باسكال (760 مم زئبق) , كتلة 1 لتر من الهيدروجين 0.09 جم ، كتلته المولية 1.008 2 = 2.016 جم / مول. ثم الحجم الذي يشغله 1 مول من الهيدروجين في ظل الظروف العادية يساوي 22.4 لتر

في ظل نفس الظروف ، الكتلة 1 لتر الأكسجين 1.492 جرام ؛ الضرس 32 جم / مول . ثم حجم الأكسجين عند (n.s.) يساوي أيضًا 22.4 مول.

لذلك:

الحجم المولي للغاز هو نسبة حجم المادة إلى كمية تلك المادة:

أين الخامس م - الحجم المولي للغاز (البعدلتر / مول ) ؛ V هو حجم مادة النظام ؛ن هو مقدار المادة في النظام. مثال على التسجيل:الخامس م غاز (حسنًا.)= 22.4 لتر / مول.

بناءً على قانون أفوجادرو ، يتم تحديد الكتل المولية للمواد الغازية. كلما زادت كتلة جزيئات الغاز ، زادت كتلة نفس حجم الغاز. تحتوي أحجام متساوية من الغازات تحت نفس الظروف نفس العددالجزيئات ، وبالتالي مولات الغازات. نسبة كتل الأحجام المتساوية من الغازات تساوي نسبة كتلها المولية:

أين م 1 - كتلة حجم معين من الغاز الأول ؛ م 2 هي كتلة الحجم نفسه من الغاز الثاني ؛ م 1 و م 2 - الكتل المولية للغازين الأول والثاني.

عادة ، يتم تحديد كثافة الغاز بالنسبة إلى أخف غاز - الهيدروجين (يشار إليه د H2 ). الكتلة المولية للهيدروجين هي 2 جم / مول . لذلك ، نحصل عليه.

الوزن الجزيئي لمادة في الحالة الغازية يساوي ضعف كثافة الهيدروجين.

غالبًا ما يتم تحديد كثافة الغاز بالنسبة للهواء. (د ب ) . على الرغم من أن الهواء عبارة عن مزيج من الغازات ، إلا أنها لا تزال تتحدث عن متوسط ​​كتلتها المولية. يساوي 29 جم / مول. في هذه الحالة ، يتم إعطاء الكتلة المولية بواسطة م = 29 د ب .

أظهر تحديد الأوزان الجزيئية أن جزيئات الغازات البسيطة تتكون من ذرتين (H2، F2، Cl2، O2 N2) وجزيئات الغازات الخاملة - من ذرة واحدة (هو ، ني ، أر ، كر ، إكس ، آكانيوز). ل غازات نبيلة"الجزيء" و "الذرة" متكافئان.

قانون بويل - ماريوت: عند درجة حرارة ثابتة ، يتناسب حجم كمية معينة من الغاز عكسًا مع الضغط الذي يقع تحته.من هنا pV = const ,
أين ر - ضغط، الخامس - حجم الغاز.

قانون جاي لوساك: عند ضغط ثابت والتغير في حجم الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة ، أي
V / T = const
أين تي - درجة الحرارة على مقياس ل (كلفن)

قانون الغاز المشترك لبويل-ماريوت وجاي-لوساك:
pV / T = const.
تُستخدم هذه الصيغة عادةً لحساب حجم الغاز في ظل ظروف معينة ، إذا كان حجمه معروفًا في ظل ظروف أخرى. إذا تم الانتقال من الظروف العادية (أو إلى الظروف العادية) ، تتم كتابة هذه الصيغة على النحو التالي:
pV / T = ص 0 الخامس 0 / ت 0 ,
أين ر 0 ،الخامس 0 ، ت 0 - الضغط وحجم الغاز ودرجة الحرارة في ظل الظروف العادية ( ر 0 = 101 325 باسكال , تي 0 = 273 ك الخامس 0 = 22.4 لتر / مول) .

إذا كانت كتلة الغاز وكميته معروفة ، ولكن من الضروري حساب حجمه ، أو العكس ، استخدمه معادلة مندليف-كلابيرون:

أين ن - كمية مادة الغاز ، مول ؛ م - الكتلة ، ز ؛ م هي الكتلة المولية للغاز ، ز / صفار ; ر هو ثابت الغاز العام. ص \ u003d 8.31 جول / (مول * ك)

: V \ u003d n * Vm ، حيث V هو حجم الغاز (l) ، n هو مقدار المادة (mol) ، Vm هو الحجم المولي للغاز (l / mol) ، في الوضع الطبيعي (n.o.) هو معيار القيمة ويساوي 22 ، 4 لتر / مول. يحدث أنه في الحالة لا توجد كمية من مادة ، ولكن توجد كتلة من مادة معينة ، ثم نقوم بهذا: n = m / M ، حيث m هي كتلة المادة (g) ، M هي الكتلة المولية للمادة (جم / مول). نجد الكتلة المولية وفقًا للجدول D.I. منديليف: تحت كل عنصر توجد كتلته الذرية ، اجمع كل الكتل واحصل على الكتلة التي نحتاجها. لكن مثل هذه المهام نادرة جدًا ، وعادةً ما يكون هناك ملف. حل هذه المشاكل مختلف قليلاً. لنلقي نظرة على مثال.

ما هو حجم الهيدروجين الذي سيتم إطلاقه في ظل الظروف العادية إذا تم إذابة الألومنيوم الذي يزن 10.8 جم في فائض من حمض الهيدروكلوريك.

إذا كنا نتعامل مع نظام غاز ، فإن الصيغة التالية تحدث: q (x) = V (x) / V ، حيث q (x) (phi) هو جزء المكون ، V (x) هو الحجم للمكون (ل) ، V هو حجم النظام (ل). للعثور على حجم المكون ، نحصل على الصيغة: V (x) = q (x) * V. وإذا كنت بحاجة إلى العثور على حجم النظام ، فعندئذٍ: V = V (x) / q (x).

ملحوظة

هناك صيغ أخرى لإيجاد الحجم ، ولكن إذا كنت بحاجة إلى إيجاد حجم الغاز ، فلن تفعل سوى الصيغ الواردة في هذه المقالة.

مصادر:

• "كتيب في الكيمياء" ، G.P. خومتشينكو ، 2005.
• كيف تجد نطاق العمل
• أوجد حجم الهيدروجين في التحليل الكهربائي لمحلول ZnSO4

الغاز المثالي هو الغاز الذي يكون فيه التفاعل بين الجزيئات ضئيلًا. بالإضافة إلى الضغط ، تتميز حالة الغاز بدرجة الحرارة والحجم. يتم عرض العلاقات بين هذه المعلمات بتنسيق قوانين الغاز.

تعليمات

يتناسب ضغط الغاز طرديا مع درجة حرارته وكمية المادة ويتناسب عكسيا مع حجم الوعاء الذي يشغله الغاز. معامل التناسب هو ثابت الغاز العام R ، يساوي تقريبًا 8.314. يقاس بالجول مقسومًا على المولات وعلى.

يشكل هذا الحكم الاعتماد الرياضي P = νRT / V ، حيث ν هي كمية المادة (مول) ، R = 8.314 هو ثابت الغاز العالمي (J / mol K) ، T هي درجة حرارة الغاز ، V هو الحجم. يتم التعبير عن الضغط بـ. يمكن التعبير عنها ، بينما 1 atm = 101.325 كيلو باسكال.

الاعتماد المدروس هو نتيجة لمعادلة Mendeleev-Clapeyron PV = (m / M) RT. هنا m هي كتلة الغاز (g) ، M هي كتلته المولية (g / mol) ، والكسر m / M يعطي نتيجة لذلك كمية المادة ν ، أو عدد المولات. معادلة مندليف - كلابيرون صالحة لجميع الغازات التي يمكن أخذها في الاعتبار. هذا هو قانون الغاز الطبيعي.

الدرس 1.

الموضوع: مقدار المادة. خلد

الكيمياء هي علم المواد.كيف تقيس المواد؟ في أي وحدات؟ في الجزيئات التي تتكون منها المواد ، لكن هذا صعب جدًا. بالجرام أو الكيلوجرامات أو المليغرام ، ولكن هذه هي الطريقة التي تُقاس بها الكتلة. ولكن ماذا لو جمعنا الكتلة التي تُقاس بالمقاييس وعدد جزيئات مادة ما ، فهل هذا ممكن؟

أ) هيدروجين الهيدروجين

أ ن = 1 أ.

1a.m = 1.66 * 10-24 جرام

لنأخذ 1 جم من الهيدروجين ونحسب عدد ذرات الهيدروجين في هذه الكتلة (اعرض على الطلاب القيام بذلك باستخدام الآلة الحاسبة).

N n \ u003d 1g / (1.66 * 10 -24) جم \ u003d 6.02 * 10 23

ب) O- الأكسجين

أ \ u003d 16a.u.m \ u003d 16 * 1.67 * 10-24 جم

N o \ u003d 16 جم / (16 * 1.66 * 10-24) جم \ u003d 6.02 * 10 23

ج) الكربون سي

أ ج \ u003d 12a.u.m \ u003d 12 * 1.67 * 10-24 جم

N ج \ u003d 12 جم / (12 * 1.66 * 10-24) جم \ u003d 6.02 * 10 23

دعونا نستنتج: إذا أخذنا مثل هذه الكتلة من المادة ، والتي تساوي الكتلة الذريةفي الحجم ، ولكن بالجرام ، سيكون هناك دائمًا (لأي مادة) 6.02 * 10 23 ذرة من هذه المادة.

H 2 O - الماء

18 جم / (18 * 1.66 * 10-24) جم = 6.02 * 10 23 جزيء ماء ، إلخ.

N a \ u003d 6.02 * 10 23 - رقم Avogadro أو ثابت.

الخلد - كمية مادة تحتوي على 6.02 * 10 23 جزيء أو ذرة أو أيونات ، أي الوحدات الهيكلية.

يوجد مول من الجزيئات ، مول من الذرات ، مول من الأيونات.

n هو عدد الشامات ، (غالبًا ما يشار إلى عدد الشامات بـ nu) ،
N هو عدد الذرات أو الجزيئات ،
N a = ثابت أفوجادرو.

كمول \ u003d 10 3 مول ، مليمول \ u003d 10 -3 مول.

اعرض صورة لأميديو أفوجادرو على تركيب وسائط متعددة وتحدث عنها بإيجاز ، أو اطلب من الطالب إعداد تقرير قصير عن حياة عالم.

الدرس 2

الموضوع "الكتلة المولية للمادة"

ما كتلة 1 مول من مادة؟ (يمكن للطلاب في كثير من الأحيان استخلاص الاستنتاج بأنفسهم).

كتلة مول واحد من مادة تساوي وزنها الجزيئي ، ولكن يُعبر عنها بالجرام. كتلة مول واحد من مادة تسمى الكتلة المولية ويشار إليها - M.

الصيغ:

M - الكتلة المولية ،
ن هو عدد الشامات ،
م هي كتلة المادة.

تقاس كتلة الخلد بالجرام / مول ، وتقاس كتلة الكيل بالكيلو جرام / كمول ، وتقاس كتلة المليمول بالملجم / مول.

املأ الجدول (يتم توزيع الجداول).

الدرس 3

الموضوع: الحجم المولي للغازات

لنحل المشكلة. أوجد حجم الماء الذي تبلغ كتلته في الظروف العادية 180 جم.

منح:

أولئك. حجم السائل و المواد الصلبةالعد من حيث الكثافة.

لكن عند حساب حجم الغازات ، ليس من الضروري معرفة الكثافة. لماذا؟

قرر العالم الإيطالي أفوجادرو أن أحجامًا متساوية من الغازات المختلفة تحت نفس الظروف (الضغط ودرجة الحرارة) تحتوي على نفس عدد الجزيئات - وهذا البيان يسمى قانون أفوجادرو.

أولئك. إذا كان في ظل ظروف متساوية V (H 2) \ u003d V (O 2) ، ثم n (H 2) \ u003d n (O 2) ، والعكس صحيح ، إذا كان في ظل ظروف متساوية n (H 2) \ u003d n (O 2) ) ثم ستكون أحجام هذه الغازات هي نفسها. ويحتوي مول المادة دائمًا على نفس عدد الجزيئات 6.02 * 10 23.

نستنتج - في ظل نفس الظروف ، يجب أن تشغل مولات الغازات نفس الحجم.

في ظل الظروف العادية (t = 0 ، P = 101.3 كيلو باسكال أو 760 مم زئبق) ، تحتل مولات أي غازات نفس الحجم. هذا الحجم يسمى الضرس.

V م \ u003d 22.4 لتر / مول

1 كمول يحتل حجم -22.4 م 3 / كمول ، 1 مليمول يحتل حجم -22.4 مل / مليمول.

مثال 1(قرر على السبورة):

مثال 2(يمكنك أن تطلب من الطلاب حلها):

اطلب من الطلاب إكمال الجدول.