Kemikaalien tutkimuksessa tärkeitä käsitteitä ovat sellaiset suureet kuin moolimassa, aineen tiheys, moolitilavuus. Joten mikä on molaarinen tilavuus ja miten se eroaa eri aggregaatiotiloissa oleville aineille?
Molaaritilavuus: yleistä tietoa
Kemiallisen aineen moolitilavuuden laskemiseksi on tarpeen jakaa tämän aineen moolimassa sen tiheydellä. Siten moolitilavuus lasketaan kaavalla:
missä Vm on aineen moolitilavuus, M on moolimassa, p on tiheys. Kansainvälisessä SI-järjestelmässä tämä arvo mitataan kuutiometreinä per mooli (m 3 / mol).
Riisi. 1. Molaarisen tilavuuden kaava.
Kaasumaisten aineiden moolitilavuus eroaa nestemäisessä ja kiinteässä olomuodossa olevista aineista siten, että 1 moolin kaasumainen elementti vie aina saman tilavuuden (jos samat parametrit havaitaan).
Kaasun tilavuus riippuu lämpötilasta ja paineesta, joten laskennassa tulisi ottaa kaasun tilavuus normaaleissa olosuhteissa. Normaaleina olosuhteina pidetään 0 asteen lämpötilaa ja 101,325 kPa:n painetta.
1 molin kaasun moolitilavuus normaaleissa olosuhteissa on aina sama ja on 22,41 dm 3 /mol. Tätä tilavuutta kutsutaan ihanteellisen kaasun moolitilavuudeksi. Eli 1 moolissa mitä tahansa kaasua (happi, vety, ilma) tilavuus on 22,41 dm 3 / m.
Moolitilavuus normaaleissa olosuhteissa voidaan johtaa ihanteellisen kaasun tilayhtälöllä, jota kutsutaan Claiperon-Mendeleev-yhtälöksi:
jossa R on yleinen kaasuvakio, R = 8,314 J/mol*K = 0,0821 l*atm/mol K
Yhden kaasumoolin tilavuus V=RT/P=8,314*273,15/101,325=22,413 l/mol, jossa T ja P ovat lämpötila (K) ja painearvoja normaaleissa olosuhteissa.
Riisi. 2. Taulukko moolitilavuuksista.
Avogadron laki
Vuonna 1811 A. Avogadro esitti hypoteesin, että sama määrä eri kaasuja samoissa olosuhteissa (lämpötila ja paine) sisältää saman määrän molekyylejä. Myöhemmin hypoteesi vahvistettiin ja siitä tuli laki, joka kantaa suuren italialaisen tiedemiehen nimeä.
Riisi. 3. Amedeo Avogadro.
Laki tulee selväksi, jos muistamme, että kaasumaisessa muodossa hiukkasten välinen etäisyys on verrattomasti suurempi kuin itse hiukkasten koko.
Siten Avogadron laista voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset:
- Samat tilavuudet mitä tahansa samassa lämpötilassa ja samassa paineessa otettuja kaasuja sisältävät saman määrän molekyylejä.
- 1 mooli täysin erilaisia kaasuja samoissa olosuhteissa vie saman tilavuuden.
- Yksi mooli mitä tahansa kaasua normaaleissa olosuhteissa vie 22,41 litran tilavuuden.
Avogadron lain seuraus ja moolitilavuuden käsite perustuvat siihen, että minkä tahansa aineen mooli sisältää saman määrän hiukkasia (kaasuille - molekyylejä), joka on yhtä suuri kuin Avogadron vakio.
Yhdessä litrassa liuosta olevan aineen moolimäärän selvittämiseksi on tarpeen määrittää aineen moolipitoisuus kaavalla c \u003d n / V, jossa n on liuenneen aineen määrä ilmaistuna moolia, V on liuoksen tilavuus, ilmaistuna litroina C - molaarisuus.
Mitä olemme oppineet?
8. luokan kemian koulun opetussuunnitelmassa tutkitaan aihetta "Molaarinen tilavuus". Yksi mooli kaasua sisältää aina saman tilavuuden, joka vastaa 22,41 kuutiometriä / mol. Tätä tilavuutta kutsutaan kaasun moolitilavuudeksi.
Aihekilpailu
Raportin arviointi
Keskiarvoluokitus: 4.2. Saatujen arvioiden kokonaismäärä: 64.
Kaikkien kaasumaisten aineiden koostumuksen tuntemiseksi on kyettävä toimimaan sellaisilla käsitteillä kuin aineen moolitilavuus, moolimassa ja tiheys. Tässä artikkelissa pohditaan, mikä on moolitilavuus ja kuinka se lasketaan?
Aineen määrä
Kvantitatiiviset laskelmat suoritetaan tietyn prosessin toteuttamiseksi tai tietyn aineen koostumuksen ja rakenteen selvittämiseksi. Näitä laskelmia on hankala tehdä atomien tai molekyylien massojen absoluuttisilla arvoilla, koska ne ovat hyvin pieniä. Suhteellisia atomimassoja on myös useimmissa tapauksissa mahdotonta käyttää, koska ne eivät liity yleisesti hyväksyttyihin aineen massan tai tilavuuden mittauksiin. Siksi otettiin käyttöön aineen määrän käsite, jota merkitään kreikkalaisella kirjaimella v (nu) tai n. Aineen määrä on verrannollinen aineen sisältämien rakenneyksiköiden (molekyylien, atomihiukkasten) lukumäärään.
Aineen määrän yksikkö on mooli.
Mooli on aineen määrä, joka sisältää niin monta rakenneyksikköä kuin on atomeja 12 g:ssa hiili-isotooppia.
Yhden atomin massa on 12 a. e. m., joten atomien lukumäärä 12 g:ssa hiili-isotooppia on:
Na \u003d 12g / 12 * 1,66057 * 10 potenssiin -24g \u003d 6,0221 * 10 potenssiin 23
Fysikaalista määrää Na kutsutaan Avogadron vakioksi. Yksi mooli mitä tahansa ainetta sisältää 6,02 * 10 23 hiukkasen teholla.
Riisi. 1. Avogadron laki.
Kaasun molaarinen tilavuus
Kaasun moolitilavuus on aineen tilavuuden suhde kyseisen aineen määrään. Tämä arvo lasketaan jakamalla aineen moolimassa sen tiheydellä seuraavan kaavan mukaan:
missä Vm on moolitilavuus, M on moolimassa ja p on aineen tiheys.
Riisi. 2. Molaarisen tilavuuden kaava.
Kansainvälisessä C-järjestelmässä kaasumaisten aineiden moolitilavuuden mittaus suoritetaan kuutiometreinä per mooli (m 3 / mol)
Kaasumaisten aineiden moolitilavuus eroaa nestemäisessä ja kiinteässä olomuodossa olevista aineista siten, että 1 moolin kaasumainen elementti vie aina saman tilavuuden (jos samat parametrit havaitaan).
Kaasun tilavuus riippuu lämpötilasta ja paineesta, joten laskennassa tulisi ottaa kaasun tilavuus normaaleissa olosuhteissa. Normaaleina olosuhteina pidetään 0 asteen lämpötilaa ja 101,325 kPa:n painetta. 1 molin kaasun moolitilavuus normaaleissa olosuhteissa on aina sama ja on 22,41 dm 3 /mol. Tätä tilavuutta kutsutaan ihanteellisen kaasun moolitilavuudeksi. Eli 1 moolissa mitä tahansa kaasua (happi, vety, ilma) tilavuus on 22,41 dm 3 / m.
Riisi. 3. Kaasun molaarinen tilavuus normaaleissa olosuhteissa.
Taulukko "kaasujen moolitilavuus"
Seuraava taulukko näyttää joidenkin kaasujen tilavuuden:
| Kaasu | Molaaritilavuus, l |
| H2 | 22,432 |
| O2 | 22,391 |
| Cl2 | 22,022 |
| CO2 | 22,263 |
| NH3 | 22,065 |
| SO2 | 21,888 |
| Ihanteellinen | 22,41383 |
Mitä olemme oppineet?
Kemiassa tutkitun kaasun moolitilavuus (luokka 8) sekä moolimassa ja tiheys ovat välttämättömiä määriä tietyn kemiallisen aineen koostumuksen määrittämiseksi. Molaarisen kaasun ominaisuus on, että yksi mooli kaasua sisältää aina saman tilavuuden. Tätä tilavuutta kutsutaan kaasun moolitilavuudeksi.
Aihekilpailu
Raportin arviointi
Keskiarvoluokitus: 4.3. Saatujen arvioiden kokonaismäärä: 182.
Missä m on massa, M on moolimassa, V on tilavuus.
4. Avogadron laki. Sen perusti italialainen fyysikko Avogadro vuonna 1811. Samat tilavuudet mitä tahansa kaasua, otettuna samassa lämpötilassa ja samassa paineessa, sisältävät saman määrän molekyylejä.
Siten aineen määrän käsite voidaan muotoilla: 1 mooli ainetta sisältää hiukkasten määrän, joka on yhtä suuri kuin 6,02 * 10 23 (kutsutaan Avogadro-vakioksi)
Tämän lain seuraus on se 1 mooli mitä tahansa kaasua vie normaaleissa olosuhteissa (P 0 \u003d 101,3 kPa ja T 0 \u003d 298 K) tilavuuden, joka vastaa 22,4 litraa.
5. Boyle-Mariotten laki
Vakiolämpötilassa tietyn kaasumäärän tilavuus on kääntäen verrannollinen paineeseen, jossa se on:
6. Gay-Lussacin laki
Vakiopaineessa kaasun tilavuuden muutos on suoraan verrannollinen lämpötilaan:
V/T = vakio.
7. Kaasun tilavuuden, paineen ja lämpötilan välinen suhde voidaan ilmaista Boyle-Mariotte ja Gay-Lussac yhdistetty laki, jota käytetään tuomaan kaasumäärät tilasta toiseen:
P 0 , V 0 ,T 0 - tilavuuspaine ja lämpötila normaaleissa olosuhteissa: P 0 =760 mm Hg. Taide. tai 101,3 kPa; T 0 \u003d 273 K (0 0 C)
8. Riippumaton molekyylin arvon arviointi massat M voidaan tehdä käyttämällä ns tilayhtälöt ihanteelliselle kaasulle tai Clapeyron-Mendeleev yhtälöt :
pV = (m/M)*RT = vRT.(1.1)
Missä R - kaasun paine suljetussa järjestelmässä, V- järjestelmän tilavuus, T - kaasun massa T - absoluuttinen lämpötila, R- yleinen kaasuvakio.
Huomaa, että vakion arvo R voidaan saada korvaamalla yhtälöön (1.1) arvot, jotka kuvaavat yhtä moolia kaasua N.C:ssa:
r = (p V) / (T) \u003d (101,325 kPa 22,4 l) / (1 mol 273K) \u003d 8,31J / mol.K)
Esimerkkejä ongelmanratkaisusta
Esimerkki 1 Kaasun tilavuuden saattaminen normaaleihin olosuhteisiin.
Mikä tilavuus (n.o.) vie 0,4 × 10 -3 m 3 kaasua lämpötilassa 50 0 C ja paineessa 0,954 × 10 5 Pa?
Ratkaisu. Kaasun tilavuuden saattamiseksi normaaleihin olosuhteisiin käytä yleistä kaavaa, joka yhdistää Boyle-Mariotte- ja Gay-Lussacin lait:
pV/T = p 0 V 0/TO .
Kaasun tilavuus (n.o.) on , missä T 0 = 273 K; p 0 \u003d 1,013 × 105 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;
m 3 \u003d 0,32 × 10 -3 m 3.
Kun (n.o.) kaasun tilavuus on 0,32 × 10 -3 m3.
Esimerkki 2 Kaasun suhteellisen tiheyden laskeminen sen molekyylipainosta.
Laske etaanin C 2 H 6 tiheys vedystä ja ilmasta.
Ratkaisu. Avogadron laista seuraa, että yhden kaasun suhteellinen tiheys toiseen verrattuna on yhtä suuri kuin molekyylimassojen suhde ( M h) näistä kaasuista, ts. D = M1/M2. Jos M 1С2Н6 = 30, M 2 H2 = 2, ilman keskimääräinen molekyylipaino on 29, jolloin etaanin suhteellinen tiheys suhteessa vetyyn on D H2 = 30/2 =15.
Etaanin suhteellinen tiheys ilmassa: D ilmaa= 30/29 = 1,03, so. etaani on 15 kertaa raskaampaa kuin vety ja 1,03 kertaa raskaampi kuin ilma.
Esimerkki 3 Kaasuseoksen keskimääräisen molekyylipainon määritys suhteellisella tiheydellä.
Laske keskimääräinen molekyylipaino kaasuseokselle, joka koostuu 80 % metaanista ja 20 % happea (tilavuuden mukaan), käyttämällä näiden kaasujen suhteellisen tiheyden arvoja vedyn suhteen.
Ratkaisu. Usein laskelmat tehdään sekoitussäännön mukaan, jonka mukaan kaksikomponenttisessa kaasuseoksessa olevien kaasujen tilavuuksien suhde on kääntäen verrannollinen seoksen tiheyden ja tämän seoksen muodostavien kaasujen tiheyksien välisiin eroihin. . Merkitään kaasuseoksen suhteellinen tiheys läpimenevän vedyn suhteen D H2. se on suurempi kuin metaanin tiheys, mutta pienempi kuin hapen tiheys:
80D H2 - 640 = 320 - 20 D H2; D H2 = 9,6.
Tämän kaasuseoksen vedyn tiheys on 9,6. kaasuseoksen keskimääräinen molekyylipaino M H2 = 2 D H2 = 9,6 × 2 = 19,2.
Esimerkki 4 Kaasun moolimassan laskeminen.
Kaasun massa 0,327 × 10 -3 m 3 lämpötilassa 13 0 C ja paineessa 1,040 × 10 5 Pa on 0,828 × 10 -3 kg. Laske kaasun moolimassa.
Ratkaisu. Voit laskea kaasun moolimassan käyttämällä Mendeleev-Clapeyron yhtälöä:
Missä m on kaasun massa; M on kaasun moolimassa; R- molaarinen (yleinen) kaasuvakio, jonka arvo määräytyy hyväksytyillä mittayksiköillä.
Jos paine mitataan Pa:na ja tilavuus m 3:nä, niin R\u003d 8,3144 × 103 J / (kmol × K).
Teoreettinen materiaali, katso sivu "Kaasun molaarinen tilavuus".
Peruskaavat ja käsitteet:
Esimerkiksi Avogadron laista seuraa, että samoissa olosuhteissa 1 litra vetyä ja 1 litra happea sisältävät saman määrän molekyylejä, vaikka niiden koot vaihtelevat suuresti.
Avogadron lain ensimmäinen seuraus:
Tilavuus, joka vie 1 moolin mitä tahansa kaasua normaaleissa olosuhteissa (n.s.), on 22,4 litraa ja sitä kutsutaan ns. kaasun moolitilavuus(Vm).
V m \u003d V / ν (m 3 / mol)
Mitä kutsutaan normaaleiksi olosuhteiksi (n.o.):
- normaali lämpötila = 0 °C tai 273 K;
- normaalipaine = 1 atm tai 760 mmHg tai 101,3 kPa
Avogadron lain ensimmäisestä seurauksesta seuraa, että esimerkiksi 1 mooli vetyä (2 g) ja 1 mooli happea (32 g) vievät saman tilavuuden, mikä vastaa 22,4 litraa n.o.
Kun tiedät V m, voit löytää minkä tahansa kaasun määrän (ν) ja minkä tahansa massan (m) tilavuuden:
V = V m ν V = V m (m/M)
Tyypillinen tehtävä 1: Mikä on tilavuus n.o.s. vie 10 moolia kaasua?
V = V m ν = 22,4 10 = 224 (l/mol)
Tyypillinen tehtävä 2: Mikä on tilavuus n.o.s. vie 16 g happea?
V(O 2) = V m (m/M) M r (O 2) = 32; M(O 2) \u003d 32 g / mol V (O 2) \u003d 22,4 (16/32) \u003d 11,2 l
Avogadron lain toinen seuraus:
Kun tiedämme kaasun tiheyden (ρ=m/V) n.o.:ssa, voimme laskea tämän kaasun moolimassan: M = 22,4 ρ
Yhden kaasun tiheyttä (D) kutsutaan muuten ensimmäisen kaasun tietyn tilavuuden massan suhteeksi toisen kaasun vastaavan tilavuuden massan suhteeksi samoissa olosuhteissa.
Esimerkkitehtävä 3: Määritä vedyn ja ilman hiilidioksidin suhteellinen tiheys.
D vety (CO 2) \u003d M r (CO 2) / M r (H 2) \u003d 44/2 \u003d 22 D ilma \u003d 44/29 \u003d 1,5
- yksi tilavuus vetyä ja yksi tilavuus klooria antavat kaksi tilavuutta kloorivetyä: H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl
- kaksi tilavuutta vetyä ja yksi tilavuus happea antavat kaksi tilavuutta vesihöyryä: 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Tehtävä 1 . Kuinka monta moolia ja molekyylejä sisältää 44 g hiilidioksidia.
Ratkaisu:
M(CO 2) \u003d 12 + 16 2 \u003d 44 g / mol ν \u003d m / M \u003d 44/44 \u003d 1 mol N (CO 2) \u003d ν N A \u003d ν N A \u003d \u003d \u003d \u003d 10 23
Tehtävä 2. Laske yhden otsonimolekyylin ja argonatomin massa.
Ratkaisu:
M (O 3) \u003d 16 3 \u003d 48 g m (O 3) \u003d M (O 3) / N A \u003d 48 / (6,02 10 23) \u003d 7,97 10 - 23 g u 0 g d 4 (Ar) (Ar) \u003d M (Ar) / N A = 40 / (6,02 10 23) \u003d 6,65 10 -23 g
Tehtävä 3. Mikä on äänenvoimakkuus osoitteessa n.o. varaa 2 moolia metaania.
Ratkaisu:
ν \u003d V / 22,4 V (CH 4) \u003d ν 22,4 \u003d 2 22,4 \u003d 44,8 l
Tehtävä 4. Määritä hiilimonoksidin (IV) tiheys ja suhteellinen tiheys vedylle, metaanille ja ilmalle.
Ratkaisu:
Mr (C02) = 12 + 16,2 = 44; M(CO 2) = 44 g/mol M r (CH 4) = 12 + 1 4 = 16; M(CH4) = 16 g/mol M r (H2) = 1 2 = 2; M(H2) = 2 g/mol M r (ilma) = 29; M (ilma) \u003d 29 g / mol ρ \u003d m / V ρ (CO 2) \u003d 44 / 22,4 \u003d 1,96 g / mol D (CH 4) \u003d M (CO 2) / M (CH 4) = 44/16 = 2,75 D(H2)=M(CO2)/M(H2)=44/2=22 D(ilma)=M(CO2)/M(ilma)=44/24= 1,52
Tehtävä 5. Määritä kaasuseoksen massa, joka sisältää 2,8 kuutiometriä metaania ja 1,12 kuutiometriä hiilimonoksidia.
Ratkaisu:
Mr (C02) = 12 + 16,2 = 44; M(CO 2) = 44 g/mol M r (CH 4) = 12 + 1 4 = 16; M(CH 4) \u003d 16 g / mol 22,4 kuutiometriä CH 4 \u003d 16 kg 2,8 kuutiometriä CH 4 \u003d x m (CH 4) \u003d x \u003d 2,8 16 / 22,4 kg \u0022 d \u0022 . \u003d 28 kg 1,12 kuutiometriä CO 2 \u003d x m (CO 2) \u003d x \u003d 1,12 28 / 22,4 \u003d 1,4 kg m (CH 4) + m (CO 2) = 3 kg, 4 d \u00.
Tehtävä 6. Määritä 112 kuutiometrin kaksiarvoisen hiilimonoksidin, jossa on palamattomia epäpuhtauksia, polttamiseen tarvittavat hapen ja ilman tilavuudet tilavuusosuuksina 0,50.
Ratkaisu:
- määritä puhtaan CO:n tilavuus seoksessa: V (CO) \u003d 112 0,5 \u003d 66 kuutiometriä
- määrittää hapen määrä, joka tarvitaan polttamaan 66 kuutiometriä CO:ta: 2CO + O 2 \u003d 2CO 2 2mol + 1mol 66m 3 + X m 3 V (CO) \u003d 2 22,4 \u003d 44,8 m 3 \ V (O 2) u003d 22,4 m 3 66 / 44,8 \u003d X / 22,4 X \u003d 66 22,4 / 44,8 \u003d 33 m 3 tai 2 V (CO) / V (O 2) \u003d / 2 V 0 (CO) / 2 V 0 ) V - moolitilavuudet V 0 - lasketut tilavuudet V 0 (O 2) \u003d V (O 2) (V 0 (CO) / 2 V (CO))
Tehtävä 7. Miten paine muuttuu vedyllä ja kloorilla täytetyssä astiassa, kun ne reagoivat? Samoin vedylle ja hapelle?
Ratkaisu:
- H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl - 1 mol vetyä ja 1 mol klooria vuorovaikutuksen seurauksena saadaan 2 mol kloorivetyä: 1 (mol) + 1 (mol) \u003d 2 (mol), siksi paine ei muutu, koska tuloksena oleva kaasuseoksen tilavuus on reaktioon osallistuvien komponenttien tilavuuksien summa.
- 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O - 2 (mol) + 1 (mol) \u003d 2 (mol) - paine astiassa laskee puolitoista kertaa, koska saatiin 2 tilavuutta kaasuseosta 3 tilavuudesta reaktioon joutuneita komponentteja.
Tehtävä 8. 12 litraa ammoniakin ja neliarvoisen hiilimonoksidin kaasuseosta n.o.s. joiden massa on 18 g. Kuinka paljon on kunkin kaasun seoksessa?
Ratkaisu:
V(NH3)=xl V(CO2)=y lM(NH3)=14+1 3=17 g/mol M(CO2)=12+16 2=44 g/mol m(NH3) \ u003d x / (22,4 17) g m (CO 2) \u003d y / (22,4 44) g Yhtälöjärjestelmä seoksen tilavuus: x + y \u003d 12 seoksen massa: x / (22,4 ) 17)+y/(22,4 44) =18 Ratkaisun jälkeen saadaan: x=4,62 l y=7,38 l
Tehtävä 9. Kuinka paljon vettä saadaan 2 g vetyä ja 24 g happea reaktion tuloksena.
Ratkaisu:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Reaktioyhtälöstä voidaan nähdä, että reagoivien aineiden lukumäärä ei vastaa yhtälön stoikiometristen kertoimien suhdetta. Tällaisissa tapauksissa laskelmat tehdään aineelle, joka on pienempi, eli tämä aine päättyy ensimmäisenä reaktion aikana. Jotta voit määrittää, mistä komponenteista on pulaa, sinun on kiinnitettävä huomiota reaktioyhtälön kertoimeen.
Lähtökomponenttien määrät ν(H2)=4/2=2 (mol) ν(O 2)=48/32=1,5 (mol)
Kiirettä ei kuitenkaan tarvitse. Meidän tapauksessamme reaktioon 1,5 moolilla happea tarvitaan 3 moolia vetyä (1,5 2), ja meillä on sitä vain 2 moolia, eli 1 mooli vetyä ei riitä kaikille 1,5 moolille happea reagoida. Siksi laskemme vedyn veden määrän:
ν (H 2 O) \u003d ν (H 2) \u003d 2 mol m (H 2 O) \u003d 2 18 \u003d 36 g
Tehtävä 10. 400 K:n lämpötilassa ja 3 ilmakehän paineessa kaasun tilavuus on 1 litra. Minkä tilavuuden tämä kaasu vie n.o.s.:ssa?
Ratkaisu:
Clapeyronin yhtälöstä:
P V/T = P n V n / T n V n = (PVT n)/(P n T) V n = (3 1 273) / (1 400) = 2,05 l
Kemiallisissa laskelmissa massan ja tilavuuden ohella käytetään usein aineen määrää, joka on verrannollinen aineen sisältämien rakenneyksiköiden lukumäärään. Tässä tapauksessa jokaisessa tapauksessa on ilmoitettava, mitä rakenneyksiköitä (molekyylejä, atomeja, ioneja jne.) tarkoitetaan. Aineen määrän yksikkö on mooli.
Mooli on aineen määrä, joka sisältää yhtä monta molekyylejä, atomeja, ioneja, elektroneja tai muita rakenneyksiköitä kuin on atomeja 12 g:ssa 12C-hiili-isotooppia.
Rakenneyksiköiden lukumäärä 1 moolissa ainetta (Avogadron vakio) määritetään suurella tarkkuudella; Käytännön laskelmissa se on yhtä suuri kuin 6,02 1024 mol -1.
On helppo osoittaa, että aineen 1 moolin massa (moolimassa) grammoina ilmaistuna on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän aineen suhteellinen molekyylipaino.
Siten vapaan kloorin C1r suhteellinen molekyylipaino (tai lyhyesti molekyylipaino) on 70,90. Siksi kloorin molekyylimassa on 70,90 g/mol. Klooriatomien moolimassa on kuitenkin puolet (45,45 g/mol), koska 1 mooli Cl-kloorimolekyylejä sisältää 2 moolia klooriatomeja.
Avogadron lain mukaan yhtä suuret tilavuudet mitä tahansa samassa lämpötilassa ja samassa paineessa otettuja kaasuja sisältävät saman määrän molekyylejä. Toisin sanoen sama määrä minkä tahansa kaasun molekyylejä vie saman tilavuuden samoissa olosuhteissa. Kuitenkin 1 mooli mitä tahansa kaasua sisältää saman määrän molekyylejä. Siksi samoissa olosuhteissa 1 mooli mitä tahansa kaasua vie saman tilavuuden. Tätä tilavuutta kutsutaan kaasun moolitilavuudeksi ja se on normaaleissa olosuhteissa (0 ° C, paine 101, 425 kPa) 22,4 litraa.
Esimerkiksi lause "ilman hiilidioksidipitoisuus on 0,04 % (tilavuus)" tarkoittaa, että ilmanpainetta vastaavassa CO 2 -osapaineessa ja samassa lämpötilassa ilman sisältämä hiilidioksidi ottaa 0,04 % ilman varaamasta kokonaistilavuudesta.
Ohjaustehtävä
1. Vertaa 1 g:n NH4:n ja 1 g:n N2:n sisältämien molekyylien lukumäärää. Missä tapauksessa ja kuinka monta kertaa molekyylien määrä on suurempi?
2. Ilmoita yhden rikkidioksidimolekyylin massa grammoina.
4. Kuinka monta molekyyliä on 5,00 ml:ssa klooria normaaleissa olosuhteissa?
4. Minkä tilavuuden normaaleissa olosuhteissa vie 27 10 21 kaasumolekyyliä?
5. Ilmoita yhden NO 2 -molekyylin massa grammoina -
6. Mikä on 1 mooli O 2:n ja 1 mooli Oz:n käyttämien tilavuuksien suhde (olosuhteet ovat samat)?
7. Happi-, vety- ja metaanimassat otetaan samoissa olosuhteissa. Etsi otettujen kaasujen tilavuuksien suhde.
8. Kysymykseen, kuinka paljon tilavuus 1 mooli vettä vie normaaleissa olosuhteissa, saatiin vastaus: 22,4 litraa. Onko tämä oikea vastaus?
9. Ilmoita yhden HCl-molekyylin massa grammoina.
Kuinka monta hiilidioksidimolekyyliä on 1 litrassa ilmaa, jos CO 2 -tilavuuspitoisuus on 0,04 % (normaaliolosuhteet)?
10. Kuinka monta moolia sisältää 1 m 4 mitä tahansa kaasua normaaleissa olosuhteissa?
11. Ilmoita yhden H 2 O-molekyylin massa grammoina
12. Kuinka monta moolia happea on 1 litrassa ilmaa, jos tilavuus
14. Kuinka monta moolia typpeä on 1 litrassa ilmaa, jos sen tilavuuspitoisuus on 78 % (normaaliolosuhteet)?
14. Hapen, vedyn ja typen massat otetaan samoissa olosuhteissa. Etsi otettujen kaasujen tilavuuksien suhde.
15. Vertaa 1 g NO 2:n ja 1 g N 2:n sisältämien molekyylien lukumäärää. Missä tapauksessa ja kuinka monta kertaa molekyylien määrä on suurempi?
16. Kuinka monta molekyyliä on 2,00 ml:ssa vetyä normaaleissa olosuhteissa?
17. Ilmoita yhden H 2 O-molekyylin massa grammoina
18. Minkä tilavuuden normaaleissa olosuhteissa vie 17 10 21 kaasumolekyyliä?
KEMIALLISTEN REAKTIOIDEN NOPEUS
Kun määritellään käsite kemiallisen reaktion nopeus on välttämätöntä erottaa homogeeniset ja heterogeeniset reaktiot. Jos reaktio etenee homogeenisessa systeemissä, esimerkiksi liuoksessa tai kaasuseoksessa, niin se tapahtuu koko järjestelmän tilavuudessa. Homogeenisen reaktion nopeus kutsutaan aineen määräksi, joka tulee reaktioon tai muodostuu reaktion tuloksena aikayksikköä kohti järjestelmän tilavuusyksikössä. Koska aineen moolimäärän suhde tilavuuteen, jossa se jakautuu, on aineen moolipitoisuus, homogeenisen reaktion nopeus voidaan määritellä myös seuraavasti: minkä tahansa aineen pitoisuuden muutos aikayksikköä kohti: alkuperäinen reagenssi tai reaktiotuote. Sen varmistamiseksi, että laskennan tulos on aina positiivinen, riippumatta siitä, tuotetaanko se reagenssilla vai tuotteella, kaavassa käytetään ±-merkkiä:
Reaktion luonteesta riippuen aika voidaan ilmaista paitsi sekunteina, kuten SI-järjestelmä vaatii, myös minuutteina tai tunteina. Reaktion aikana sen nopeuden arvo ei ole vakio, vaan muuttuu jatkuvasti: se pienenee, koska lähtöaineiden pitoisuudet pienenevät. Yllä oleva laskelma antaa reaktionopeuden keskiarvon tietyllä aikavälillä Δτ = τ 2 – τ 1 . Todellinen (hetkellinen) nopeus määritellään rajaksi, johon suhde Δ KANSSA/ Δτ kohdassa Δτ → 0, eli todellinen nopeus on yhtä suuri kuin pitoisuuden aikaderivaata.
Reaktiolle, jonka yhtälö sisältää stökiömetrisiä kertoimia, jotka eroavat yksiköstä, eri aineille ilmaistut nopeusarvot eivät ole samat. Esimerkiksi reaktiossa A + 4B \u003d D + 2E aineen A kulutus on yksi mooli, aineen B on kolme moolia, aineen E saapuminen on kaksi moolia. Siksi υ (A) = ⅓ υ (B) = υ (D) = ½ υ (E) tai υ (E) . = ⅔ υ (SISÄÄN) .
Jos reaktio etenee heterogeenisen järjestelmän eri vaiheissa olevien aineiden välillä, se voi tapahtua vain näiden faasien rajapinnalla. Esimerkiksi happoliuoksen ja metallipalan vuorovaikutus tapahtuu vain metallin pinnalla. Heterogeenisen reaktion nopeus kutsutaan aineen määräksi, joka tulee reaktioon tai muodostuu reaktion tuloksena aikayksikköä kohti faasien välisen rajapinnan yksikköä kohti:
.
Kemiallisen reaktion nopeuden riippuvuus reagoivien aineiden pitoisuudesta ilmaistaan massatoiminnan lailla: vakiolämpötilassa kemiallisen reaktion nopeus on suoraan verrannollinen lähtöaineiden molaaristen pitoisuuksien tuloon, joka on nostettu tehoihin, jotka vastaavat näiden aineiden kaavoissa reaktioyhtälössä olevia kertoimia. Sitten reaktioon
2A + B → tuotteet
suhde υ ~ · KANSSA A 2 KANSSA B, ja tasa-arvoon siirtymistä varten otetaan käyttöön suhteellisuuskerroin k, nimeltään reaktionopeus vakio:
υ = k· KANSSA A 2 KANSSA B = k[A] 2 [V]
(moolipitoisuudet kaavoissa voidaan merkitä kirjaimella KANSSA vastaava indeksi ja aineen kaava hakasulkeissa). Reaktionopeusvakion fysikaalinen merkitys on reaktionopeus kaikkien reagoivien aineiden pitoisuuksilla, jotka ovat 1 mol/l. Reaktionopeusvakion ulottuvuus riippuu yhtälön oikealla puolella olevien tekijöiden lukumäärästä ja voi olla -1; s -1 (l/mol); s –1 (l 2 / mol 2) jne. eli siten, että joka tapauksessa laskelmissa reaktionopeus ilmaistaan mol l –1 s –1.
Heterogeenisille reaktioille massan vaikutuksen lain yhtälö sisältää vain niiden aineiden pitoisuudet, jotka ovat kaasufaasissa tai liuoksessa. Aineen pitoisuus kiinteässä faasissa on vakioarvo ja se sisältyy nopeusvakioon, esimerkiksi hiilen palamisprosessissa C + O 2 = CO 2, massan vaikutuksen laki kirjoitetaan:
υ = k I const = k·,
Missä k= k I konst.
Järjestelmissä, joissa yksi tai useampi aine on kaasua, reaktionopeus riippuu myös paineesta. Esimerkiksi kun vety on vuorovaikutuksessa jodihöyryn H 2 + I 2 \u003d 2HI kanssa, kemiallisen reaktion nopeus määritetään lausekkeella:
υ = k··.
Jos painetta nostetaan esimerkiksi 4 kertaa, järjestelmän käyttämä tilavuus pienenee samalla määrällä, ja tämän seurauksena kunkin reagoivan aineen pitoisuus kasvaa saman verran. Reaktionopeus kasvaa tässä tapauksessa 9 kertaa
Reaktionopeuden lämpötilariippuvuus kuvataan van't Hoff -säännöllä: jokaista 10 astetta lämpötilan nousua kohden reaktionopeus kasvaa 2-4 kertaa. Tämä tarkoittaa, että kun lämpötila nousee eksponentiaalisesti, kemiallisen reaktion nopeus kasvaa eksponentiaalisesti. Etenemiskaavan perusta on reaktionopeuden lämpötilakerroinγ, joka osoittaa kuinka monta kertaa tietyn reaktion nopeus kasvaa (tai mikä on sama, nopeusvakio) lämpötilan noustessa 10 astetta. Matemaattisesti van't Hoff -sääntö ilmaistaan kaavoilla:
tai 
missä ja ovat vastaavasti reaktionopeudet alussa t 1 ja lopullinen t 2 lämpötilaa. Van't Hoffin sääntö voidaan ilmaista myös seuraavasti:
; 
; 
; 
,
jossa ja ovat vastaavasti reaktion nopeus ja nopeusvakio lämpötilassa t; ja ovat samat arvot lämpötilassa t +10n; n on "kymmenen asteen" välien lukumäärä ( n =(t 2 –t 1)/10), jolla lämpötila on muuttunut (voi olla kokonaisluku tai murtoluku, positiivinen tai negatiivinen).
Ohjaustehtävä
1. Laske reaktionopeusvakion arvo A + B -> AB, jos aineiden A ja B pitoisuuksilla 0,05 ja B 0,01 mol / l, vastaavasti, reaktionopeus on 5 10 -5 mol / (l-min). ).
2. Kuinka monta kertaa reaktionopeus 2A + B -> A2B muuttuu, jos aineen A pitoisuus kasvaa 2 kertaa ja aineen B pitoisuus pienenee 2 kertaa?
4. Kuinka monta kertaa aineen pitoisuutta tulee suurentaa, B 2 järjestelmässä 2A 2 (g.) + B 2 (g.) \u003d 2A 2 B (g.), niin että kun aineen A pitoisuus pienenee 4 kertaa, suoran reaktion nopeus ei muutu ?
4. Jonkin ajan kuluttua reaktion 3A + B-> 2C + D alkamisesta aineiden pitoisuudet olivat: [A] = 0,04 mol / l; [B] = 0,01 mol/l; [C] \u003d 0,008 mol/l. Mitkä ovat aineiden A ja B alkupitoisuudet?
5. CO + C1 2 = COC1 2 -järjestelmässä pitoisuutta nostettiin 0,04:stä 0,12 mol/l:iin ja kloorin pitoisuutta - 0,02:sta 0,06 mol/l:aan. Kuinka paljon eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus kasvoi?
6. Aineiden A ja B välinen reaktio ilmaistaan yhtälöllä: A + 2B → C. Alkupitoisuudet ovat: [A] 0 \u003d 0,04 mol / l, [B] o \u003d 0,05 mol / l. Reaktionopeusvakio on 0,4. Laske alkureaktionopeus ja reaktionopeus jonkin ajan kuluttua, kun aineen A pitoisuus pienenee 0,01 mol/l.
7. Miten suljetussa astiassa tapahtuvan reaktion 2СО + О2 = 2СО2 nopeus muuttuu, jos paine kaksinkertaistuu?
8. Laske kuinka monta kertaa reaktionopeus kasvaa, jos järjestelmän lämpötila nostetaan 20 °C:sta 100 °C:seen, olettamalla reaktionopeuden lämpötilakertoimeksi 4.
9. Kuinka reaktionopeus 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) muuttuu, jos järjestelmän painetta nostetaan 4 kertaa;
10. Miten reaktionopeus 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) muuttuu, jos järjestelmän tilavuutta pienennetään 4 kertaa?
11. Miten reaktionopeus 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) muuttuu, jos NO:n pitoisuus kasvaa 4 kertaa?
12. Mikä on reaktionopeuden lämpötilakerroin, jos lämpötilan noustessa 40 astetta reaktionopeus
kasvaa 15,6-kertaiseksi?
14. . Laske reaktionopeusvakion arvo A + B -> AB, jos aineiden A ja B pitoisuuksilla, jotka ovat vastaavasti 0,07 ja 0,09 mol / l, reaktionopeus on 2,7 10 -5 mol / (l-min).
14. Aineiden A ja B välinen reaktio ilmaistaan yhtälöllä: A + 2B → C. Alkupitoisuudet ovat: [A] 0 \u003d 0,01 mol / l, [B] o \u003d 0,04 mol / l. Reaktionopeusvakio on 0,5. Laske alkureaktionopeus ja reaktionopeus jonkin ajan kuluttua, kun aineen A pitoisuus pienenee 0,01 mol/l.
15. Kuinka reaktionopeus 2NO(r.) + 0 2 (g.) → 2N02 (r.) muuttuu, jos järjestelmän paine kaksinkertaistuu?
16. Järjestelmässä CO + C1 2 = COC1 2 pitoisuutta nostettiin 0,05:stä 0,1 mol/l:iin ja kloorin pitoisuutta 0,04:stä 0,06 mol/l:aan. Kuinka paljon eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus kasvoi?
17. Laske kuinka monta kertaa reaktionopeus kasvaa, jos järjestelmän lämpötilaa nostetaan 20 °C:sta 80 °C:seen, olettaen, että reaktionopeuden lämpötilakertoimen arvo on 2.
18. Laske kuinka monta kertaa reaktionopeus kasvaa, jos järjestelmän lämpötila nostetaan 40 °C:sta 90 °C:seen, olettaen, että reaktionopeuden lämpötilakertoimen arvo on 4.
KEMIALLINEN SIDOS. MOLEKyyLIEN MUODOSTUS JA RAKENNE
1. Millaisia kemiallisia sidoksia tunnet? Anna esimerkki ionisidoksen muodostumisesta valenssisidosmenetelmällä.
2. Mitä kemiallista sidosta kutsutaan kovalenttiseksi? Mikä on ominaista kovalenttiselle sidokselle?
4. Mitä ominaisuuksia kovalenttinen sidos luonnehtii? Osoita tämä konkreettisilla esimerkeillä.
4. Millainen kemiallinen sidos on H2-molekyyleissä; Cl 2 HC1?
5. Mikä on sidosten luonne molekyyleissä? NCI 4, CS 2, CO 2? Ilmoita jokaiselle niistä yhteisen elektroniparin siirtymäsuunta.
6. Mitä kemiallista sidosta kutsutaan ioniseksi? Mikä on ionisidokselle ominaista?
7. Minkä tyyppinen sidos on NaCl-, N 2-, Cl 2 -molekyyleissä?
8. Piirrä kaikki mahdolliset tavat limittää s-orbitaali p-orbitaalin kanssa;. Määritä tässä tapauksessa yhteyden suunta.
9. Selitä kovalenttisen sidoksen luovuttaja-akseptorimekanismi käyttämällä esimerkkiä fosfoniumionin [РН 4 ]+ muodostumisesta.
10. Onko sidos polaarinen vai ei-polaarinen CO, CO 2 -molekyyleissä? Selittää. Kuvaile vetysidosta.
11. Miksi jotkut molekyylit, joissa on polaarisia sidoksia, ovat yleensä ei-polaarisia?
12. Kovalenttinen tai ioninen sidostyyppi on tyypillinen seuraaville yhdisteille: Nal, S02, KF? Miksi ionisidos on kovalenttisen sidoksen rajatapaus?
14. Mikä on metallisidos? Miten se eroaa kovalenttisesta sidoksesta? Mitä metallien ominaisuuksia se aiheuttaa?
14. Millainen on molekyylien atomien välisten sidosten luonne? KHF2, H20, HNO ?
15. Kuinka selittää typpimolekyylin N 2 atomien välisen sidoksen suuri vahvuus ja fosforimolekyylin P 4 paljon pienempi vahvuus?
16 . Mikä on vetysidos? Miksi vetysidosten muodostuminen ei ole tyypillistä H2S- ja HC1-molekyyleille, toisin kuin H2O ja HF?
17. Mitä sidosta kutsutaan ioniseksi? Onko ionisidoksella kyllästymisen ja suuntaavuuden ominaisuuksia? Miksi se on kovalenttisen sidoksen rajoittava tapaus?
18. Minkä tyyppinen sidos on NaCl, N 2, Cl 2 molekyyleissä?
