Cómo encontrar el volumen molar de un gas. Masa molar y volumen molar de una sustancia

Para conocer la composición de cualquier sustancia gaseosa, es necesario poder operar con conceptos tales como volumen molar, masa molar y densidad de una sustancia. En este artículo, consideraremos qué es el volumen molar y cómo calcularlo.

Cantidad de sustancia

Los cálculos cuantitativos se llevan a cabo con el fin de llevar a cabo realmente un proceso en particular o averiguar la composición y estructura de una determinada sustancia. Estos cálculos son inconvenientes de realizar con los valores absolutos de las masas de los átomos o moléculas debido a que son muy pequeños. En la mayoría de los casos, las masas atómicas relativas también son imposibles de usar, ya que no están relacionadas con las medidas generalmente aceptadas de la masa o el volumen de una sustancia. Por lo tanto, se introdujo el concepto de cantidad de una sustancia, que se denota letra griega v (nu) o n. La cantidad de una sustancia es proporcional al número contenido en la sustancia. unidades estructurales(moléculas, partículas atómicas).

La unidad de cantidad de una sustancia es el mol.

Un mol es la cantidad de una sustancia que contiene tantas unidades estructurales como átomos hay en 12 g de un isótopo de carbono.

La masa de 1 átomo es 12 a. ej., por lo que el número de átomos en 12 g del isótopo de carbono es:

Na \u003d 12g / 12 * 1.66057 * 10 elevado a -24g \u003d 6.0221 * 10 elevado a 23

La cantidad física Na se llama constante de Avogadro. Un mol de cualquier sustancia contiene 6,02 * 10 a la potencia de 23 partículas.

Arroz. 1. Ley de Avogadro.

Volumen molar de gas

El volumen molar de un gas es la relación entre el volumen de una sustancia y la cantidad de esa sustancia. Este valor se calcula dividiendo la masa molar de una sustancia por su densidad de acuerdo con la siguiente fórmula:

donde Vm es el volumen molar, M es la masa molar y p es la densidad de la sustancia.

Arroz. 2. Fórmula de volumen molar.

EN sistema internacional Si la medición del volumen molar de sustancias gaseosas se realiza en metros cúbicos por mol (m 3 / mol)

El volumen molar de las sustancias gaseosas se diferencia de las sustancias en estado líquido y sólido en que un elemento gaseoso de 1 mol siempre ocupa el mismo volumen (si se observan los mismos parámetros).

El volumen de gas depende de la temperatura y la presión, por lo tanto, al calcular, debe tomar el volumen de gas en condiciones normales. Se consideran condiciones normales una temperatura de 0 grados y una presión de 101,325 kPa. El volumen molar de 1 mol de gas en condiciones normales es siempre el mismo e igual a 22,41 dm 3 /mol. Este volumen se llama volumen molar de un gas ideal. Es decir, en 1 mol de cualquier gas (oxígeno, hidrógeno, aire), el volumen es de 22,41 dm 3 / m.

Arroz. 3. Volumen molar de gas en condiciones normales.

Tabla "volumen molar de gases"

La siguiente tabla muestra el volumen de algunos gases:

Los gases son el objeto de investigación más simple, por lo que sus propiedades y reacciones entre sustancias gaseosas se han estudiado más a fondo. Para facilitarnos el análisis de las reglas de decisión tareas de calculo,basado en las ecuaciones reacciones químicas, es aconsejable considerar estas leyes al comienzo del estudio sistemático de la química general.

científico francés J.L. Gay-Lussac hizo la ley relaciones masivas:

Por ejemplo, 1 litro de cloro se conecta con 1 l de hidrógeno , formando 2 litros de cloruro de hidrógeno ; 2 litros de óxido de azufre (IV) conectar con 1 litro de oxígeno, formando 1 litro de óxido de azufre (VI).

Esta ley permitió al científico italiano suponga que las moléculas de los gases simples ( hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, cloro, etc. ) consiste en dos átomos idénticos . Cuando el hidrógeno se combina con el cloro, sus moléculas se descomponen en átomos y estos últimos forman moléculas de cloruro de hidrógeno. Pero como se forman dos moléculas de cloruro de hidrógeno a partir de una molécula de hidrógeno y una molécula de cloro, el volumen de este último debe ser igual a la suma de los volúmenes de los gases iniciales.
Así, las relaciones de volumen se explican fácilmente si partimos del concepto de la naturaleza diatómica de las moléculas de los gases simples ( H2, Cl2, O2, N2, etc. )- Esto, a su vez, sirve como prueba de la naturaleza diatómica de las moléculas de estas sustancias.
El estudio de las propiedades de los gases permitió a A. Avogadro expresar una hipótesis, que luego fue confirmada por datos experimentales y, por lo tanto, se conoció como la ley de Avogadro:

De la ley de Avogadro se sigue una importante consecuencia: en las mismas condiciones, 1 mol de cualquier gas ocupa el mismo volumen.

Este volumen se puede calcular si se conoce la masa. 1l gas. por debajo de lo normal condiciones, (n.o.), es decir, temperatura 273K (°C) y presión 101 325 Pa (760 mmHg) , la masa de 1 litro de hidrogeno es 0.09 g, su masa molar es 1.008 2 = 2.016 g/mol. Entonces el volumen ocupado por 1 mol de hidrógeno en condiciones normales es igual a 22,4 litros

En las mismas condiciones, la masa 1l oxígeno 1.492g ; molar 32g/mol . Entonces el volumen de oxígeno en (n.s.) también es igual a 22,4 moles.

Por eso:

El volumen molar de un gas es la relación entre el volumen de una sustancia y la cantidad de esa sustancia:

Dónde V metro - volumen molar de gas (dimensiónl/mol ); V es el volumen de la sustancia del sistema;norte es la cantidad de materia en el sistema. Ejemplo de grabación:V metro gas (Bien.)\u003d 22,4 l / mol.

Con base en la ley de Avogadro, se determinan las masas molares de las sustancias gaseosas. Cuanto mayor es la masa de las moléculas de gas, mayor es la masa del mismo volumen de gas. Volúmenes iguales de gases en las mismas condiciones contienen el mismo numero moléculas y, por lo tanto, moles de gases. La relación de las masas de volúmenes iguales de gases es igual a la relación de sus masas molares:

Dónde metro 1 - masa de un cierto volumen del primer gas; metro 2 es la masa del mismo volumen del segundo gas; METRO 1 Y METRO 2 - masas molares del primer y segundo gas.

Por lo general, la densidad de un gas se determina en relación con el gas más ligero: hidrógeno (denotado D H2 ). La masa molar del hidrogeno es 2g/mol . Por lo tanto, obtenemos.

El peso molecular de una sustancia en estado gaseoso es igual al doble de su densidad de hidrógeno.

La densidad de un gas a menudo se determina en relación con el aire. (D B ) . Aunque el aire es una mezcla de gases, todavía se habla de su masa molar promedio. Es igual a 29g/mol. En este caso, la masa molar viene dada por METRO = 29D B .

La determinación de los pesos moleculares mostró que las moléculas de los gases simples constan de dos átomos (H2, F2, Cl2, O2 N2) , y las moléculas de gases inertes - de un átomo (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Para Gases nobles"molécula" y "átomo" son equivalentes.

Ley de Boyle - Mariotte: a temperatura constante, el volumen de una cantidad dada de gas es inversamente proporcional a la presión bajo la cual se encuentra.De aquí pV = constante ,
Dónde R - presión, V - volumen de gas.

Ley de Gay-Lussac: a presión constante y el cambio en el volumen del gas es directamente proporcional a la temperatura, es decir
V/T = constante
Dónde T - temperatura en una escala A (kelvin)

La ley combinada de los gases de Boyle - Mariotte y Gay-Lussac:
pV/T = const.
Esta fórmula suele utilizarse para calcular el volumen de un gas en determinadas condiciones, si se conoce su volumen en otras condiciones. Si se hace una transición de condiciones normales (o a condiciones normales), entonces esta fórmula se escribe de la siguiente manera:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
Dónde R 0 ,V 0 ,T 0 -presión, volumen de gas y temperatura en condiciones normales ( R 0 = 101 325 pa , T 0 = 273K V 0 \u003d 22,4 l / mol) .

Si se conoce la masa y la cantidad de gas, pero es necesario calcular su volumen, o viceversa, utilice Ecuación de Mendeleev-Claiperon:

Dónde norte - cantidad de sustancia gaseosa, mol; metro — masa, g; METRO es la masa molar del gas, g/añol ; R es la constante universal de los gases. R \u003d 8.31 J / (mol * K)

: V \u003d n * Vm, donde V es el volumen de gas (l), n es la cantidad de sustancia (mol), Vm es el volumen molar de gas (l / mol), en condiciones normales (n.o.) es un estándar valor y es igual a 22, 4 l/mol. Sucede que en la condición no hay cantidad de una sustancia, pero hay una masa de cierta sustancia, entonces hacemos esto: n = m / M, donde m es la masa de la sustancia (g), M es la masa molar de la sustancia (g/mol). Encontramos la masa molar según la tabla D.I. Mendeleev: debajo de cada elemento está su masa atómica, sume todas las masas y obtenga la que necesitamos. Pero tales tareas son bastante raras, generalmente hay un archivo . La solución a tales problemas es ligeramente diferente. Veamos un ejemplo.

¿Qué volumen de hidrógeno se liberará en condiciones normales si se disuelve aluminio que pesa 10,8 g en un exceso de ácido clorhídrico?

Si estamos tratando con un sistema de gas, entonces se aplica la siguiente fórmula: q(x) = V(x)/V, donde q(x)(phi) es la fracción del componente, V(x) es el volumen del componente (l), V es el volumen del sistema (l). Para encontrar el volumen del componente, obtenemos la fórmula: V(x) = q(x)*V. Y si necesitas encontrar el volumen del sistema, entonces: V = V(x)/q(x).

nota

Hay otras fórmulas para encontrar el volumen, pero si necesitas encontrar el volumen de un gas, solo las fórmulas dadas en este artículo servirán.

Fuentes:

• "Manual de Química", G.P. Jomchenko, 2005.
• cómo encontrar el ámbito de trabajo
• Encuentre el volumen de hidrógeno en la electrólisis de una solución de ZnSO4

Un gas ideal es aquel en el que la interacción entre las moléculas es despreciable. Además de la presión, el estado de un gas se caracteriza por la temperatura y el volumen. Las relaciones entre estos parámetros se muestran en leyes de los gases.

Instrucción

La presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura, la cantidad de sustancia, e inversamente proporcional al volumen del recipiente ocupado por el gas. El coeficiente de proporcionalidad es la constante universal de los gases R, aproximadamente igual a 8,314. Se mide en joules dividido por moles y por.

Esta disposición forma la dependencia matemática P=νRT/V, donde ν es la cantidad de sustancia (mol), R=8.314 es la constante universal de los gases (J/mol K), T es la temperatura del gas, V es el volumen. La presión se expresa en . Se puede expresar y, mientras que 1 atm \u003d 101.325 kPa.

La dependencia considerada es consecuencia de la ecuación de Mendeleev-Clapeyron PV=(m/M) RT. Aquí m es la masa del gas (g), M es su masa molar (g/mol), y la fracción m/M da como resultado la cantidad de sustancia ν, o el número de moles. La ecuación de Mendeleev-Clapeyron es válida para todos los gases que se pueden considerar. Esta es una ley física de los gases.

Lección 1.

Tema: Cantidad de sustancia. lunar

La química es la ciencia de las sustancias.¿Cómo se miden las sustancias? ¿En qué unidades? En las moléculas que componen las sustancias, pero esto es muy difícil de hacer. En gramos, kilogramos o miligramos, pero así se mide la masa. Pero y si combinamos la masa que se mide en la balanza y el número de moléculas de una sustancia, ¿es esto posible?

a) H-hidrógeno

A n = 1a.u.m.

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

Tomemos 1 g de hidrógeno y calculemos el número de átomos de hidrógeno en esta masa (ofrezca a los estudiantes que hagan esto usando una calculadora).

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

b) O-oxígeno

A o \u003d 16a.u.m \u003d 16 * 1.67 * 10 -24 g

No \u003d 16g / (16 * 1.66 * 10 -24) g \u003d 6.02 * 10 23

c) C-carbono

A c \u003d 12a.u.m \u003d 12 * 1.67 * 10 -24 g

Nc \u003d 12g / (12 * 1.66 * 10 -24) g \u003d 6.02 * 10 23

Concluyamos: si tomamos tal masa de materia, que es igual a masa atomica de tamaño, pero tomado en gramos, siempre habrá (para cualquier sustancia) 6.02 * 10 23 átomos de esta sustancia.

H2O - agua

18g / (18 * 1.66 * 10 -24) g \u003d 6.02 * 10 23 moléculas de agua, etc.

N a \u003d 6.02 * 10 23 - Número o constante de Avogadro.

Mol: la cantidad de una sustancia que contiene 6,02 * 10 23 moléculas, átomos o iones, es decir, unidades estructurales.

Hay un mol de moléculas, un mol de átomos, un mol de iones.

n es el número de moles, (el número de moles a menudo se denomina nu),
N es el número de átomos o moléculas,
Na = constante de Avogadro.

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

Muestre un retrato de Amedeo Avogadro en una instalación multimedia y hable brevemente sobre él, o pida al alumno que prepare un breve informe sobre la vida de un científico.

Lección 2

Tema "Masa molar de la materia"

¿Cuál es la masa de 1 mol de una sustancia? (Los estudiantes a menudo pueden sacar la conclusión por sí mismos).

La masa de un mol de una sustancia es igual a su peso molecular, pero expresado en gramos. La masa de un mol de una sustancia se llama masa molar y se denota - M.

Fórmulas:

M - masa molar,
n es el número de moles,
m es la masa de la sustancia.

La masa de un mol se mide en g/mol, la masa de un kmol se mide en kg/kmol y la masa de un mmol se mide en mg/mol.

Rellena la tabla (las tablas están distribuidas).

Lección 3

Tema: Volumen molar de los gases

Resolvamos el problema. Determine el volumen de agua, cuya masa en condiciones normales es de 180 g.

Dado:

Aquellos. volumen de líquido y sólidos contando en términos de densidad.

Pero, al calcular el volumen de gases, no es necesario conocer la densidad. ¿Por qué?

El científico italiano Avogadro determinó que volúmenes iguales de diferentes gases en las mismas condiciones (presión, temperatura) contienen el mismo número de moléculas; esta afirmación se denomina ley de Avogadro.

Aquellos. si en igualdad de condiciones V (H 2) \u003d V (O 2), entonces n (H 2) \u003d n (O 2), y viceversa, si en igualdad de condiciones n (H 2) \u003d n (O 2 ) entonces los volúmenes de estos gases serán los mismos. Y un mol de una sustancia siempre contiene el mismo número de moléculas 6.02 * 10 23 .

Concluimos - en las mismas condiciones, los moles de gases deben ocupar el mismo volumen.

En condiciones normales (t=0, P=101,3 kPa o 760 mm Hg), los moles de cualquier gas ocupan el mismo volumen. Este volumen se llama molar.

V m \u003d 22,4 l / mol

1 kmol ocupa un volumen de -22,4 m3/kmol, 1 mmol ocupa un volumen de -22,4 ml/mmol.

Ejemplo 1(Decidido en la junta):

Ejemplo 2(Puede pedir a los estudiantes que resuelvan):

Pida a los estudiantes que completen la tabla.