Как да намерите моларния обем на газ. Моларна маса и моларен обем на веществото

За да се знае съставът на всяко газообразно вещество, е необходимо да можете да работите с такива понятия като моларен обем, моларна маса и плътност на веществото. В тази статия ще разгледаме какво е моларен обем и как да го изчислим?

Количество вещество

Количествените изчисления се извършват, за да се извърши действително определен процес или да се установи съставът и структурата на определено вещество. Тези изчисления са неудобни за извършване с абсолютните стойности на масите на атомите или молекулите поради факта, че те са много малки. Относителните атомни маси също в повечето случаи са невъзможни за използване, тъй като не са свързани с общоприетите мерки за масата или обема на дадено вещество. Поради това е въведено понятието количество вещество, което се обозначава гръцка буква v (nu) или n. Количеството на веществото е пропорционално на броя, съдържащ се в веществото структурни звена(молекули, атомни частици).

Единицата за количество на веществото е молът.

Един мол е количеството вещество, което съдържа толкова структурни единици, колкото има атоми в 12 g въглероден изотоп.

Масата на 1 атом е 12 а. e. m., така че броят на атомите в 12 g от въглеродния изотоп е:

Na \u003d 12g / 12 * 1,66057 * 10 на степен -24g \u003d 6,0221 * 10 на степен 23

Физическата величина Na се нарича константа на Авогадро. Един мол от всяко вещество съдържа 6,02 * 10 на степен 23 частици.

Ориз. 1. Закон на Авогадро.

Моларен обем газ

Моларният обем на газ е съотношението на обема на дадено вещество към количеството на това вещество. Тази стойност се изчислява чрез разделяне на моларната маса на веществото на неговата плътност съгласно следната формула:

където Vm е моларният обем, M е моларната маса и p е плътността на веществото.

Ориз. 2. Формула за моларен обем.

IN международна система Si измерване на моларния обем на газообразните вещества се извършва в кубични метри на mol (m 3 / mol)

Моларният обем на газообразните вещества се различава от веществата в течно и твърдо състояние по това, че газообразен елемент от 1 мол винаги заема същия обем (ако се наблюдават едни и същи параметри).

Обемът на газа зависи от температурата и налягането, така че когато изчислявате, трябва да вземете обема на газа при нормални условия. За нормални условия се считат температура от 0 градуса и налягане от 101,325 kPa. Моларният обем на 1 mol газ при нормални условия е винаги еднакъв и равен на 22,41 dm 3 / mol. Този обем се нарича моларен обем на идеален газ. Тоест, в 1 мол от всеки газ (кислород, водород, въздух), обемът е 22,41 dm 3 / m.

Ориз. 3. Моларен обем газ при нормални условия.

Таблица "моларен обем на газовете"

Следната таблица показва обема на някои газове:

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 анализираме правилата за вземане на решения изчислителни задачи,въз основа на уравненията химична реакция, препоръчително е тези закони да се разгледат в самото начало на систематичното изучаване на общата химия

Френският учен J.L. Гей-Лусак създаде закона обемни отношения:

Например, 1 л хлор се свързва с 1 л водород , образувайки 2 литра хлороводород ; 2 литра 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 съотношения се обясняват лесно, ако изхождаме от концепцията за двуатомната природа на молекулите на простите 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 изрази хипотеза, която по-късно беше потвърдена от експериментални данни и затова стана известна като закон на Авогадро:

От закона на Авогадро следва важно 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. Под нормалното условия, (не) т.е. температура 273K (O°C) 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 1.492g ; 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 веществото на системата;н е количеството материя в системата. Пример за запис:V м газ (Добре.)\u003d 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 същото числомолекули, а оттам и 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 е масата 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 (обозначаван д H2 ). Моларната маса на водорода е 2g/mol . Следователно получаваме.

Молекулното тегло на дадено вещество в газообразно състояние е равно на удвоената му водородна плътност.

Плътността на газа често 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 29g/mol. В този случай моларната маса се дава от M = 29D б .

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

Законът 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 = конст
Където T - температура по скала ДА СЕ (келвин)

Комбинираният газов закон 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 е известен при други условия. 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 \u003d 22,4 l / mol) .

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

Където н - количеството на газовото вещество, mol; м — маса, g; М е моларната маса на газа, g/yol ; Р е универсалната газова константа. R \u003d 8,31 J / (mol * K)

: V \u003d n * Vm, където V е обемът на газа (l), n е количеството вещество (mol), Vm е моларният обем на газа (l / mol), при нормално (n.o.) е стандарт стойност и е равна на 22, 4 l/mol. Случва се в условието да няма количество вещество, но има маса на определено вещество, тогава правим това: n = m / M, където m е масата на веществото (g), M е моларна маса на веществото (g / mol). Намираме моларната маса според таблицата D.I. Менделеев: под всеки елемент е неговата атомна маса, съберете всички маси и вземете тази, от която се нуждаем. Но такива задачи са доста редки, обикновено има . Решението на подобни проблеми е малко по-различно. Нека разгледаме един пример.

Какъв обем водород ще се отдели при нормални условия, ако алуминий с тегло 10,8 g се разтвори в излишък от солна киселина.

Ако имаме работа с газова система, тогава се прилага следната формула: q(x) = V(x)/V, където q(x)(phi) е частта от компонента, V(x) е обемът на компонента (l), V е обемът на системата (l). За да намерим обема на компонента, получаваме формулата: V(x) = q(x)*V. И ако трябва да намерите обема на системата, тогава: V = V(x)/q(x).

Забележка

Има и други формули за намиране на обема, но ако трябва да намерите обема на газ, ще ви свършат работа само формулите, дадени в тази статия.

източници:

• "Ръководство по химия", G.P. Хомченко, 2005.
• как да намерите обхват на работа
• Намерете обема на водорода при електролизата на разтвор на ZnSO4

Идеален газ е този, при който взаимодействието между молекулите е незначително. В допълнение към налягането състоянието на газа се характеризира с температура и обем. Връзките между тези параметри са показани в газови закони.

Инструкция

Налягането на газа е право пропорционално на неговата температура, количеството вещество и обратно пропорционално на обема на съда, зает от газа. Коефициентът на пропорционалност е универсалната газова константа R, приблизително равна на 8,314. Измерва се в джаули, разделени на молове и на.

Тази разпоредба формира математическата зависимост P=νRT/V, където ν е количеството вещество (mol), R=8,314 е универсалната газова константа (J/mol K), T е температурата на газа, V е обемът. Налягането се изразява в. Може да се изрази и, докато 1 atm \u003d 101,325 kPa.

Разгледаната зависимост е следствие от уравнението на Менделеев-Клапейрон PV=(m/M) RT. Тук m е масата на газа (g), M е неговата моларна маса (g / mol), а фракцията m / M дава като резултат количеството вещество ν или броя на моловете. Уравнението на Менделеев-Клапейрон е валидно за всички газове, които могат да бъдат разгледани. Това е физически закон за газа.

Урок 1.

Тема: Количество вещество. къртица

Химията е наука за веществата.Как измервате веществата? 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. Но какво ще стане, ако комбинираме масата, която се измерва на везните, 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 изчислим броя на водородните атоми в тази маса (предложете на учениците да направят това с помощта на калкулатор).

N n \u003d 1g / (1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23

б) О-кислород

A o \u003d 16a.u.m \u003d 16 * 1,67 * 10 -24 g

N o \u003d 16g / (16 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23

в) С-въглерод

A c \u003d 12a.u.m \u003d 12 * 1,67 * 10 -24 g

N c \u003d 12 g / (12 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23

Нека заключим: ако вземем такава маса материя, която е равна на атомна масапо размер, но взети 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 \u003d 6,02 * 10 23 водни молекули и т.н.

N a \u003d 6,02 * 10 23 - числото на Авогадро или константата.

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

Има един мол от молекули, един мол от атоми, един мол от йони.

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

Kmol \u003d 10 3 mol, mmol \u003d 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 един учен.

Урок 2

Тема "Моларна маса на веществото"

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

Масата на един мол вещество е равна на неговото молекулно тегло, но изразено в грамове. Масата на един мол вещество се нарича моларна маса и се обозначава - М.

Формули:

M - моларна маса,
n е броят на моловете,
m е масата на веществото.

Масата на един мол се измерва в g/mol, масата на kmol се измерва в kg/kmol, а 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. обем течност и твърди веществаброене по отношение на плътността.

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) \u003d V (O 2), тогава n (H 2) \u003d n (O 2) и обратно, ако при равни условия n (H 2) \u003d n (O 2 ), тогава обемите на тези газове ще бъдат еднакви. А един мол вещество винаги съдържа един и същ 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.

V m \u003d 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(Решено на борда):

Пример 2(Можете да помолите учениците да решат):

Помолете учениците да попълнят таблицата.