Kako pronaći molarni volumen gasa. Molarna masa i molarni volumen supstance

Da bi se poznavao sastav bilo koje plinovite tvari, potrebno je biti u stanju raditi s konceptima kao što su molarni volumen, molarna masa i gustoća tvari. U ovom članku ćemo razmotriti što je molarni volumen i kako ga izračunati?

Količina supstance

Kvantitativni proračuni se provode kako bi se stvarno izvršio određeni proces ili saznao sastav i struktura određene tvari. Ove proračune je nezgodno praviti s apsolutnim vrijednostima masa atoma ili molekula zbog činjenice da su vrlo male. Relativne atomske mase također je u većini slučajeva nemoguće koristiti, jer nisu povezane s općenito prihvaćenim mjerama mase ili zapremine supstance. Stoga je uveden koncept količine supstance koja je označena grčko pismo v (nu) ili n. Količina tvari je proporcionalna broju sadržanom u tvari strukturne jedinice(molekule, atomske čestice).

Jedinica za količinu supstance je mol.

Mol je količina tvari koja sadrži onoliko strukturnih jedinica koliko ima atoma u 12 g ugljikovog izotopa.

Masa 1 atoma je 12 a. e. m., pa je broj atoma u 12 g ugljikovog izotopa:

Na = 12g / 12 * 1,66057 * 10 na stepen od -24g = 6,0221 * 10 na stepen od 23

Fizička veličina Na naziva se Avogadrova konstanta. Jedan mol bilo koje supstance sadrži 6,02 * 10 na snagu 23 čestice.

Rice. 1. Avogadrov zakon.

Molarna zapremina gasa

Molarna zapremina gasa je odnos zapremine supstance i količine te supstance. Ova vrijednost se izračunava dijeljenjem molarne mase tvari s njenom gustinom prema sljedećoj formuli:

gdje je Vm molarni volumen, M molarna masa, a p je gustina supstance.

Rice. 2. Formula molarne zapremine.

IN međunarodni sistem Si mjerenje molarne zapremine plinovitih tvari vrši se u kubnim metrima po molu (m 3 / mol)

Molarni volumen gasovitih supstanci razlikuje se od supstanci u tečnom i čvrstom stanju po tome što gasoviti element od 1 mol uvek zauzima isti volumen (ako se posmatraju isti parametri).

Zapremina gasa zavisi od temperature i pritiska, tako da prilikom izračunavanja treba uzeti zapreminu gasa na normalnim uslovima. Normalnim uslovima smatraju se temperatura od 0 stepeni i pritisak od 101,325 kPa. Molarna zapremina 1 mol gasa u normalnim uslovima je uvek ista i jednaka je 22,41 dm 3 /mol. Ovaj volumen se naziva molarni volumen idealnog plina. To jest, u 1 molu bilo kojeg plina (kiseonik, vodonik, vazduh), zapremina je 22,41 dm 3 / m.

Rice. 3. Molarna zapremina gasa u normalnim uslovima.

Tabela "molarna zapremina gasova"

Sljedeća tabela prikazuje zapreminu nekih gasova:

Plinovi su najjednostavniji predmet za istraživanje, stoga su njihova svojstva i reakcije između plinovitih tvari najpotpunije proučavane. Kako bismo lakše analizirali pravila odlučivanja računski zadaci,na osnovu jednačina hemijske reakcije, preporučljivo je razmotriti ove zakone na samom početku sistematskog proučavanja opšte hemije

Francuski naučnik J.L. Gay-Lussac je napravio zakon masovni odnosi:

Na primjer, 1 l hlora povezuje sa 1 l vodonika , formirajući 2 litre hlorovodonika ; 2 litre sumporovog oksida (IV) povezati se sa 1 litar kiseonika, formirajući 1 litar sumpor-oksida (VI).

Ovaj zakon je dopustio italijanskom naučniku pretpostavimo da su molekuli jednostavnih plinova ( vodonik, kiseonik, azot, hlor itd. ) sastoji se od dva identična atoma . Kada se vodonik spoji sa hlorom, njihovi molekuli se raspadaju na atome, a potonji formiraju molekule klorovodika. Ali budući da se iz jednog molekula vodika i jedne molekule klora formiraju dva molekula klorovodika, volumen potonjeg mora biti jednak zbroju volumena početnih plinova.
Dakle, volumni omjeri se lako objašnjavaju ako pođemo od koncepta dvoatomske prirode molekula jednostavnih plinova ( H2, Cl2, O2, N2, itd. )- Ovo zauzvrat služi kao dokaz dvoatomske prirode molekula ovih supstanci.
Proučavanje svojstava plinova omogućilo je A. Avogadru da izrazi hipotezu, koja je kasnije potvrđena eksperimentalnim podacima, te je stoga postala poznata kao Avogadrov zakon:

Iz Avogadrovog zakona slijedi jedan važan posljedica: pod istim uslovima, 1 mol bilo kog gasa zauzima istu zapreminu.

Ovaj volumen se može izračunati ako je poznata masa 1 l gas. Pod normalno uslovi, (n.o.) tj. temperatura 273K (O°C) i pritisak 101 325 Pa (760 mmHg) , masa 1 litre vodonika je 0,09 g, njegova molarna masa je 1,008 2 = 2,016 g/mol. Tada je zapremina koju zauzima 1 mol vodonika u normalnim uslovima jednaka 22,4 l

Pod istim uslovima, masa 1l kiseonik 1.492g ; molar 32g/mol . Tada je zapremina kiseonika u (n.s.) takođe jednaka 22,4 mol.

dakle:

Molarna zapremina gasa je odnos zapremine supstance i količine te supstance:

Gdje V m - molarna zapremina gasa (dimenzijal/mol ); V je zapremina supstance sistema;n je količina materije u sistemu. Primjer snimanja:V m gas (Pa.)\u003d 22,4 l / mol.

Na osnovu Avogadrova zakona određuju se molarne mase gasovitih materija. Što je veća masa molekula gasa, veća je i masa iste zapremine gasa. Jednake zapremine gasova pod istim uslovima sadrže isti broj molekula, a time i molova gasova. Odnos masa jednakih zapremina gasova jednak je odnosu njihovih molarnih masa:

Gdje m 1 - masa određene zapremine prvog gasa; m 2 je masa iste zapremine drugog gasa; M 1 I M 2 - molarne mase prvog i drugog gasa.

Obično se gustina gasa određuje u odnosu na najlakši gas - vodonik (označen D H2 ). Molarna masa vodonika je 2g/mol . Dakle, dobijamo.

Molekularna težina supstance u gasovitom stanju jednaka je dvostrukoj njenoj gustini vodonika.

Gustina gasa se često određuje u odnosu na vazduh. (D B ) . Iako je zrak mješavina plinova, još uvijek govore o njegovoj prosječnoj molarnoj masi. To je jednako 29 g/mol. U ovom slučaju, molarna masa je data sa M = 29D B .

Određivanje molekulskih težina pokazalo je da se molekuli jednostavnih plinova sastoje od dva atoma (H2, F2, Cl2, O2 N2) , a molekule inertnih plinova - iz jednog atoma (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Za plemenitih gasova"molekula" i "atom" su ekvivalentni.

Boyleov zakon - Mariotte: pri konstantnoj temperaturi, zapremina date količine gasa je obrnuto proporcionalna pritisku pod kojim se nalazi.Odavde pV = konst ,
Gdje R - pritisak, V - zapremina gasa.

Gay-Lussacov zakon: pri konstantnom pritisku i promena zapremine gasa je direktno proporcionalna temperaturi, tj.
V/T = konst
Gdje T - temperatura na skali TO (kelvin)

Kombinovani gasni zakon Boylea - Mariotte i Gay-Lussac:
pV/T = konst.
Ova formula se obično koristi za izračunavanje zapremine gasa pod datim uslovima, ako je njegova zapremina poznata pod drugim uslovima. Ako se napravi prijelaz iz normalnih uvjeta (ili u normalne uvjete), tada se ova formula piše na sljedeći način:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
Gdje R 0 ,V 0 ,T 0 -pritisak, zapremina gasa i temperatura u normalnim uslovima ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 K V 0 \u003d 22,4 l / mol) .

Ako su masa i količina plina poznate, ali je potrebno izračunati njegovu zapreminu, ili obrnuto, koristite Mendeljejev-Claiperonova jednadžba:

Gdje n - količina gasovite supstance, mol; m — masa, g; M je molarna masa gasa, g/yol ; R je univerzalna plinska konstanta. R \u003d 8,31 J / (mol * K)

: V \u003d n * Vm, gdje je V volumen plina (l), n količina tvari (mol), Vm je molarni volumen plina (l / mol), pri normalnom (n.o.) je standard vrijednost i jednaka je 22,4 l/mol. Dešava se da u stanju nema količine supstance, ali postoji masa određene supstance, onda radimo ovo: n = m / M, gde je m masa supstance (g), M je molarna masa supstance (g/mol). Molarnu masu nalazimo prema tabeli D.I. Mendeljejev: ispod svakog elementa je njegova atomska masa, saberite sve mase i dobijete onu koja nam je potrebna. Ali takvi zadaci su prilično rijetki, obično postoji . Rješenje takvih problema je malo drugačije. Pogledajmo primjer.

Koja će se zapremina vodonika osloboditi u normalnim uslovima ako se aluminijum mase 10,8 g rastvori u višku hlorovodonične kiseline.

Ako imamo posla sa gasnim sistemom, onda se dešava sledeća formula: q(x) = V(x)/V, gde je q(x)(phi) deo komponente, V(x) je zapremina komponente (l), V je zapremina sistema (l). Da bismo pronašli zapreminu komponente, dobijamo formulu: V(x) = q(x)*V. A ako treba da pronađete zapreminu sistema, onda: V = V(x)/q(x).

Bilješka

Postoje i druge formule za pronalaženje zapremine, ali ako treba da pronađete zapreminu gasa, poslužiće samo formule date u ovom članku.

Izvori:

• "Priručnik iz hemije", G.P. Homčenko, 2005.
• kako pronaći obim posla
• Odrediti volumen vodonika u elektrolizi otopine ZnSO4

Idealan plin je onaj u kojem je interakcija između molekula zanemarljiva. Pored pritiska, stanje gasa karakteriše temperatura i zapremina. Odnosi između ovih parametara su prikazani u gasni zakoni.

Uputstvo

Pritisak gasa je direktno proporcionalan njegovoj temperaturi, količini supstance i obrnuto proporcionalan zapremini posude koju zauzima gas. Koeficijent proporcionalnosti je univerzalna plinska konstanta R, približno jednaka 8,314. Mjeri se u džulima podijeljeno molovima i po.

Ova odredba formira matematičku zavisnost P=νRT/V, gde je ν količina supstance (mol), R=8,314 je univerzalna gasna konstanta (J/mol K), T je temperatura gasa, V je zapremina. Pritisak se izražava u . Može se izraziti i, dok je 1 atm = 101,325 kPa.

Razmatrana zavisnost je posledica Mendeljejev-Klapejronove jednačine PV=(m/M) RT. Ovdje je m masa plina (g), M njegova molarna masa (g/mol), a frakcija m/M daje kao rezultat količinu tvari ν, odnosno broj molova. Mendeljejev-Klapejronova jednačina važi za sve gasove koji se mogu razmatrati. Ovo je zakon fizičkog gasa.

Lekcija 1.

Tema: Količina supstance. krtica

Hemija je nauka o supstancama. Kako mjerite supstance? U kojim jedinicama? U molekulima koji čine tvari, ali to je vrlo teško učiniti. U gramima, kilogramima ili miligramima, ali ovako se mjeri masa. Ali što ako kombiniramo masu koja se mjeri na vagi i broj molekula neke supstance, da li je to moguće?

a) H-vodonik

A n = 1a.u.m.

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

Uzmimo 1 g vodonika i izračunajmo broj atoma vodika u ovoj masi (ponudi učenicima da to urade pomoću kalkulatora).

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

b) O-kiseonik

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

c) C-ugljenik

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

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

Hajde da zaključimo: ako uzmemo takvu masu materije, koja je jednaka atomska masa po veličini, ali uzeto u gramima, tada će uvijek postojati (za bilo koju tvar) 6,02 * 10 23 atoma ove tvari.

H 2 O - voda

18g / (18 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23 molekula vode itd.

N a \u003d 6,02 * 10 23 - Avogadrov broj ili konstanta.

Mol - količina supstance koja sadrži 6,02 * 10 23 molekula, atoma ili jona, tj. strukturne jedinice.

Postoji mol molekula, mol atoma, mol jona.

n je broj molova, (broj molova se često naziva nu),
N je broj atoma ili molekula,
N a = Avogadrova konstanta.

Kmol = 10 3 mol, mmol \u003d 10 -3 mol.

Pokažite portret Amedea Avogadra na multimedijalnoj instalaciji i ukratko pričajte o njemu ili uputite učenika da pripremi kratak izvještaj o životu naučnika.

Lekcija 2

Tema "Molarna masa materije"

Kolika je masa 1 mola supstance? (Učenici često mogu sami izvući zaključak.)

Masa jednog mola supstance jednaka je njenoj molekulskoj težini, ali izražena u gramima. Masa jednog mola supstance naziva se molarna masa i označava se - M.

Formule:

M - molarna masa,
n je broj molova,
m je masa supstance.

Masa mola se meri u g/mol, masa kmola se meri u kg/kmol, a masa mmol meri se u mg/mol.

Popunite tabelu (tabele su raspoređene).

Lekcija 3

Tema: Molarna zapremina gasova

Hajde da rešimo problem. Odrediti zapreminu vode čija je masa u normalnim uslovima 180 g.

Dato:

One. zapreminu tečnosti i čvrste materije računajući u smislu gustine.

Ali, kada se izračunava zapremina gasova, nije potrebno znati gustinu. Zašto?

Italijanski naučnik Avogadro utvrdio je da jednake zapremine različitih gasova pod istim uslovima (pritisak, temperatura) sadrže isti broj molekula – ova izjava se naziva Avogadrov zakon.

One. ako pod jednakim uslovima V (H 2) = V (O 2), onda n (H 2) = n (O 2), i obrnuto, ako je pod jednakim uslovima n (H 2) = n (O 2 ) tada će zapremine ovih gasova biti iste. A mol tvari uvijek sadrži isti broj molekula 6,02 * 10 23 .

zaključujemo - pod istim uslovima molovi gasova treba da zauzimaju istu zapreminu.

U normalnim uslovima (t=0, P=101,3 kPa ili 760 mm Hg), molovi svih gasova zauzimaju istu zapreminu. Ovaj volumen se naziva molarni.

V m \u003d 22,4 l / mol

1 kmol zauzima zapreminu od -22,4 m 3 / kmol, 1 mmol zauzima zapreminu od -22,4 ml / mmol.

Primjer 1(Odlučeno na odboru):

Primjer 2(Možete tražiti od učenika da riješe):

Zamolite učenike da popune tabelu.