Gas adalah objek paling sederhana untuk penelitian, oleh karena itu sifat dan reaksinya antara zat gas telah dipelajari paling lengkap. Untuk memudahkan kita mengurai aturan keputusan tugas perhitungan,berdasarkan persamaan reaksi kimia,disarankan untuk mempertimbangkan hukum-hukum ini di awal studi sistematis kimia umum

Ilmuwan Prancis J.L. Gay-Lussac membuat hukum hubungan massal:

Sebagai contoh, 1 liter klorin terhubung dengan 1 liter hidrogen , membentuk 2 liter hidrogen klorida ; 2 liter sulfur oksida (IV) terhubung dengan 1 liter oksigen, membentuk 1 liter sulfur oksida (VI).

Hukum ini memungkinkan ilmuwan Italia mengasumsikan bahwa molekul gas sederhana ( hidrogen, oksigen, nitrogen, klorin, dll. ) terdiri dari dua atom identik . Ketika hidrogen bergabung dengan klorin, molekulnya terurai menjadi atom, dan yang terakhir membentuk molekul hidrogen klorida. Tetapi karena dua molekul hidrogen klorida terbentuk dari satu molekul hidrogen dan satu molekul klorin, volume yang terakhir harus sama dengan jumlah volume gas awal.
Dengan demikian, rasio volume mudah dijelaskan jika kita melanjutkan dari konsep sifat diatomik molekul gas sederhana ( H2, Cl2, O2, N2, dll. )- Ini, pada gilirannya, berfungsi sebagai bukti sifat diatomik dari molekul zat ini.
Studi tentang sifat-sifat gas memungkinkan A. Avogadro untuk mengungkapkan hipotesis, yang kemudian dikonfirmasi oleh data eksperimen, dan karena itu dikenal sebagai hukum Avogadro:

Dari hukum Avogadro berikut yang penting konsekuensi: dalam kondisi yang sama, 1 mol gas menempati volume yang sama.

Volume ini dapat dihitung jika massanya diketahui 1 l gas. Di bawah normal kondisi, (n.o.) yaitu suhu 273K (O°C) dan tekanan 101.325 Pa (760 mmHg) , massa 1 liter hidrogen adalah 0,09 g, massa molarnya adalah 1,008 2 = 2,016 g / mol. Maka volume yang ditempati oleh 1 mol hidrogen dalam kondisi normal sama dengan 22,4 liter

Di bawah kondisi yang sama, massa 1l oksigen 1.492g ; geraham 32g/mol . Maka volume oksigen pada (n.s.) juga sama dengan 22,4 mol.

Karena itu:

Volume molar suatu gas adalah perbandingan antara volume suatu zat dengan jumlah zat tersebut:

di mana V m - volume molar gas (dimensil/mol ); V adalah volume zat sistem;n adalah jumlah materi dalam sistem. Contoh rekaman:V m gas (dengan baik.)\u003d 22,4 l / mol.

Berdasarkan hukum Avogadro, massa molar zat gas ditentukan. Semakin besar massa molekul gas, semakin besar massa gas dengan volume yang sama. Volume yang sama dari gas dalam kondisi yang sama mengandung jumlah molekul yang sama, dan karenanya mol gas. Rasio massa gas dengan volume yang sama sama dengan rasio massa molarnya:

di mana m 1 - massa volume tertentu dari gas pertama; m 2 adalah massa volume yang sama dari gas kedua; M 1 dan M 2 - massa molar gas pertama dan kedua.

Biasanya, kerapatan gas ditentukan dalam kaitannya dengan gas paling ringan - hidrogen (dilambangkan D H2 ). Massa molar hidrogen adalah 2g/mol . Oleh karena itu, kita dapatkan.

Berat molekul suatu zat dalam keadaan gas sama dengan dua kali kerapatan hidrogennya.

Kepadatan gas sering ditentukan relatif terhadap udara. (D B ) . Meskipun udara adalah campuran gas, mereka masih berbicara tentang massa molar rata-rata. Ini sama dengan 29g/mol. Dalam hal ini, massa molar diberikan oleh M = 29D B .

Penentuan berat molekul menunjukkan bahwa molekul gas sederhana terdiri dari dua atom (H2, F2, Cl2, O2 N2) , dan molekul gas inert - dari satu atom (Dia, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Untuk gas mulia, "molekul" dan "atom" adalah setara.

Hukum Boyle - Mariotte: pada suhu konstan, volume sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanan di mana ia berada.Dari sini pV = konstanta ,
di mana R - tekanan, V - volume gas.

Hukum Gay-Lussac: pada tekanan konstan dan perubahan volume gas berbanding lurus dengan suhu, yaitu
V/T = konstanta
di mana T - suhu pada skala Ke (kelvin)

Hukum gas gabungan Boyle - Mariotte dan Gay-Lussac:
pV/T = konstanta.
Rumus ini biasanya digunakan untuk menghitung volume gas dalam kondisi tertentu, jika volumenya diketahui dalam kondisi lain. Jika dilakukan transisi dari kondisi normal (atau ke kondisi normal), maka rumus ini ditulis sebagai berikut:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
di mana R 0 ,V 0 ,T 0 -tekanan, volume gas dan suhu dalam kondisi normal ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 K V 0 \u003d 22,4 l / mol) .

Jika massa dan jumlah gas diketahui, tetapi perlu untuk menghitung volumenya, atau sebaliknya, gunakan Persamaan Mendeleev-Claiperon:

di mana n - jumlah zat gas, mol; m — massa, g; M adalah massa molar gas, g/yol ; R adalah konstanta gas universal. R \u003d 8,31 J / (mol * K)

Dimana m adalah massa, M adalah massa molar, V adalah volume.

4. Hukum Avogadro. Didirikan oleh fisikawan Italia Avogadro pada tahun 1811. Setiap gas dengan volume yang sama, yang diambil pada suhu dan tekanan yang sama, mengandung jumlah molekul yang sama.

Dengan demikian, konsep jumlah suatu zat dapat dirumuskan: 1 mol zat mengandung jumlah partikel yang sama dengan 6,02 * 10 23 (disebut konstanta Avogadro)

Akibat dari hukum ini adalah 1 mol gas apa pun menempati dalam kondisi normal (P 0 \u003d 101,3 kPa dan T 0 \u003d 298 K) volume yang sama dengan 22,4 liter.

5. Hukum Boyle-Mariotte

Pada suhu konstan, volume sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanan di mana itu adalah:

6. Hukum Gay-Lussac

Pada tekanan tetap, perubahan volume gas berbanding lurus dengan suhu:

V/T = konstanta.

7. Hubungan antara volume gas, tekanan dan suhu dapat dinyatakan hukum gabungan Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac, yang digunakan untuk membawa volume gas dari satu kondisi ke kondisi lain:

P 0 , V 0 ,T 0 - tekanan volume dan suhu dalam kondisi normal: P 0 =760 mm Hg. Seni. atau 101,3 kPa; T 0 \u003d 273 K (0 0 C)

8. Penilaian independen terhadap nilai molekul massa M dapat dilakukan dengan menggunakan apa yang disebut persamaan keadaan untuk gas ideal atau persamaan Clapeyron-Mendeleev :

pV=(m/M)*RT=vRT.(1.1)

di mana R - tekanan gas dalam sistem tertutup, V- volume sistem, t - massa gas T - suhu mutlak, R- konstanta gas universal.

Perhatikan bahwa nilai konstanta R dapat diperoleh dengan mensubstitusi nilai-nilai yang mencirikan satu mol gas pada N.C. ke dalam persamaan (1.1):

r = (p V) / (T) \u003d (101,325kPa 22,4 l) / (1 mol 273K) \u003d 8.31J / mol.K)

Contoh pemecahan masalah

Contoh 1 Membawa volume gas ke kondisi normal.

Berapa volume (n.o.) yang akan menempati 0,4×10 -3 m 3 gas pada 50 0 C dan tekanan 0,954×10 5 Pa?

Keputusan. Untuk membawa volume gas ke kondisi normal, gunakan rumus umum yang menggabungkan hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Volume gas (n.o.) adalah , di mana T 0 = 273 K; p 0 \u003d 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 \u003d 0,32 × 10 -3 m 3.

Ketika (n.o.) gas menempati volume yang sama dengan 0,32×10 -3 m 3 .

Contoh 2 Perhitungan densitas relatif gas dari berat molekulnya.

Hitung massa jenis etana C 2 H 6 dari hidrogen dan udara.

Keputusan. Ini mengikuti dari hukum Avogadro bahwa kerapatan relatif satu gas di atas yang lain sama dengan rasio massa molekul ( M h) dari gas-gas ini, yaitu D = M 1 / M 2. Jika sebuah M 1 2Н6 = 30, M 2 H2 = 2, berat molekul rata-rata udara adalah 29, maka kerapatan relatif etana terhadap hidrogen adalah D H2 = 30/2 =15.

Kepadatan relatif etana di udara: D udara= 30/29 = 1,03, mis. etana 15 kali lebih berat dari hidrogen dan 1,03 kali lebih berat dari udara.

Contoh 3 Penentuan berat molekul rata-rata campuran gas dengan kepadatan relatif.

Hitung berat molekul rata-rata campuran gas yang terdiri dari 80% metana dan 20% oksigen (berdasarkan volume) menggunakan nilai kerapatan relatif gas-gas ini terhadap hidrogen.

Keputusan. Seringkali perhitungan dibuat sesuai dengan aturan pencampuran, yaitu bahwa rasio volume gas dalam campuran gas dua komponen berbanding terbalik dengan perbedaan antara kerapatan campuran dan kerapatan gas yang membentuk campuran ini. . Mari kita tunjukkan kerapatan relatif campuran gas terhadap hidrogen melalui D H2. itu akan lebih besar dari kepadatan metana, tetapi kurang dari kepadatan oksigen:

80D H2 - 640 = 320 - 20 D H2; D H2 = 9,6.

Densitas hidrogen dari campuran gas ini adalah 9,6. berat molekul rata-rata campuran gas M H2 = 2 D H2 = 9,6×2 = 19,2.

Contoh 4 Perhitungan massa molar gas.

Massa 0,327 × 10 -3 m 3 gas pada 13 0 C dan tekanan 1,040 × 10 5 Pa adalah 0,828 × 10 -3 kg. Hitung massa molar gas tersebut.

Keputusan. Anda dapat menghitung massa molar gas menggunakan persamaan Mendeleev-Clapeyron:

di mana m adalah massa gas; M adalah massa molar gas; R- konstanta gas molar (universal), yang nilainya ditentukan oleh unit pengukuran yang diterima.

Jika tekanan diukur dalam Pa, dan volume dalam m3, maka R\u003d 8,3144 × 10 3 J / (kmol × K).

Untuk mengetahui komposisi zat gas, perlu untuk dapat beroperasi dengan konsep seperti volume molar, massa molar dan kepadatan suatu zat. Pada artikel ini, kita akan membahas apa itu volume molar, dan bagaimana cara menghitungnya?

jumlah zat

Perhitungan kuantitatif dilakukan untuk benar-benar melakukan proses tertentu atau mengetahui komposisi dan struktur suatu zat tertentu. Perhitungan ini tidak nyaman untuk dilakukan dengan nilai absolut massa atom atau molekul karena fakta bahwa mereka sangat kecil. Massa atom relatif juga dalam banyak kasus tidak mungkin digunakan, karena tidak terkait dengan ukuran massa atau volume suatu zat yang diterima secara umum. Oleh karena itu, konsep jumlah zat diperkenalkan, yang dilambangkan dengan huruf Yunani v (nu) atau n. Jumlah suatu zat sebanding dengan jumlah unit struktural (molekul, partikel atom) yang terkandung dalam zat tersebut.

Satuan besaran suatu zat adalah mol.

Satu mol adalah jumlah zat yang mengandung unit struktural sebanyak jumlah atom dalam 12 g isotop karbon.

Massa 1 atom adalah 12 a. e.m., jadi jumlah atom dalam 12 g isotop karbon adalah:

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

Besaran fisika Na disebut konstanta Avogadro. Satu mol zat apa pun mengandung 6,02 * 10 pangkat 23 partikel.

Beras. 1. Hukum Avogadro.

Volume mol gas

Volume molar suatu gas adalah perbandingan antara volume suatu zat dengan jumlah zat tersebut. Nilai ini dihitung dengan membagi massa molar suatu zat dengan kerapatannya sesuai dengan rumus berikut:

di mana Vm adalah volume molar, M adalah massa molar, dan p adalah massa jenis zat.

Beras. 2. Rumus volume molar.

Dalam sistem C internasional, volume molar zat gas diukur dalam meter kubik per mol (m 3 / mol)

Volume molar zat gas berbeda dari zat dalam keadaan cair dan padat karena unsur gas dengan jumlah 1 mol selalu menempati volume yang sama (jika parameter yang sama diamati).

Volume gas tergantung pada suhu dan tekanan, sehingga perhitungan harus mengambil volume gas dalam kondisi normal. Kondisi normal dianggap suhu 0 derajat dan tekanan 101,325 kPa. Volume molar 1 mol gas dalam kondisi normal selalu sama dan sama dengan 22,41 dm 3 /mol. Volume ini disebut volume molar gas ideal. Artinya, dalam 1 mol gas apa pun (oksigen, hidrogen, udara), volumenya adalah 22,41 dm 3 / m.

Beras. 3. Volume molar gas dalam kondisi normal.

Tabel "volume molar gas"

Tabel berikut menunjukkan volume beberapa gas:

Gas	Volume molar, l
H2	22,432
O2	22,391
Cl2	22,022
CO2	22,263
NH3	22,065
SO2	21,888
Ideal	22,41383

Pelajaran 1.

Topik: Jumlah zat. tahi lalat

Kimia adalah ilmu tentang zat. Bagaimana cara mengukur zat? Di unit apa? Dalam molekul yang membentuk zat, tetapi ini sangat sulit dilakukan. Dalam gram, kilogram, atau miligram, tetapi beginilah cara mengukur massa. Tetapi bagaimana jika kita menggabungkan massa yang diukur pada skala dan jumlah molekul suatu zat, apakah ini mungkin?

a) H-hidrogen

A n = 1 pagi

1 pagi = 1,66 * 10 -24 g

Mari kita ambil 1 g hidrogen dan hitung jumlah atom hidrogen dalam massa ini (tawarkan siswa untuk melakukannya menggunakan kalkulator).

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

b) O-oksigen

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

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

c) C-karbon

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

Mari kita simpulkan: jika kita mengambil massa suatu zat yang sama dengan besaran massa atom, tetapi diambil dalam gram, maka akan selalu ada (untuk zat apa pun) 6,02 * 10 23 atom dari zat ini.

H 2 O - air

18g / (18 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23 molekul air, dll.

N a \u003d 6.02 * 10 23 - bilangan atau konstanta Avogadro.

Mol - jumlah zat yang mengandung 6,02 * 10 23 molekul, atom atau ion, mis. unit struktural.

Ada mol molekul, mol atom, mol ion.

n adalah jumlah mol, (jumlah mol sering disebut sebagai nu),
N adalah jumlah atom atau molekul,
N a = konstanta Avogadro.

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

Perlihatkan potret Amedeo Avogadro pada instalasi multimedia dan bicarakan secara singkat tentangnya, atau perintahkan siswa untuk menyiapkan laporan singkat tentang kehidupan seorang ilmuwan.

Pelajaran 2

Topik "Massa molar materi"

Berapa massa 1 mol suatu zat? (Siswa sering dapat menarik kesimpulan sendiri.)

Massa satu mol zat sama dengan berat molekulnya, tetapi dinyatakan dalam gram. Massa satu mol zat disebut massa molar dan dilambangkan - M.

Rumus:

M - massa molar,
n adalah jumlah mol,
m adalah massa zat.

Massa mol diukur dalam g/mol, massa kmol diukur dalam kg/kmol, dan massa mmol diukur dalam mg/mol.

Isi tabel (tabel didistribusikan).

Zat	Jumlah molekul N=tidak ada	Masa molar M = (dihitung menurut PSCE)	Jumlah tahi lalat n()=	massa materi m = Mn
			5 mol
H2SO4
	12 ,0 4*10 26

Pelajaran 3

Topik: Volume molar gas

Mari kita selesaikan masalahnya. Tentukan volume air, yang massanya dalam kondisi normal adalah 180 g.

Diberikan:

Itu. volume benda cair dan benda padat dihitung melalui massa jenis.

Tetapi, ketika menghitung volume gas, tidak perlu diketahui massa jenisnya. Mengapa?

Ilmuwan Italia Avogadro menentukan bahwa volume yang sama dari gas yang berbeda di bawah kondisi yang sama (tekanan, suhu) mengandung jumlah molekul yang sama - pernyataan ini disebut hukum Avogadro.

Itu. jika dalam kondisi yang sama V (H 2) \u003d V (O 2), maka n (H 2) \u003d n (O 2), dan sebaliknya, jika dalam kondisi yang sama n (H 2) \u003d n (O 2 ) maka volume gas-gas tersebut akan sama. Dan satu mol zat selalu mengandung jumlah molekul yang sama 6,02 * 10 23 .

Kami menyimpulkan - dalam kondisi yang sama, mol gas harus menempati volume yang sama.

Dalam kondisi normal (t=0, P=101,3 kPa atau 760 mm Hg), mol gas menempati volume yang sama. Volume ini disebut molar.

V m \u003d 22,4 l / mol

1 kmol menempati volume -22,4 m 3 / kmol, 1 mmol menempati volume -22,4 ml / mmol.

Contoh 1(Diputuskan di papan):

Contoh 2(Anda dapat meminta siswa untuk memecahkan):

Diberikan:	Keputusan:
m(H 2) \u003d 20g V(H2)=?

Mintalah siswa untuk melengkapi tabel tersebut.

Zat	Jumlah molekul N = n N a	massa materi m = Mn	Jumlah tahi lalat n=	Masa molar M = (dapat ditentukan oleh PSCE)	Volume V = V m n

Salah satu satuan dasar dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah satuan besaran suatu zat adalah mol.

tahi lalat – ini adalah jumlah zat yang mengandung unit struktural zat tertentu (molekul, atom, ion, dll.) sebanyak jumlah atom karbon dalam 0,012 kg (12 g) isotop karbon 12 Dengan .

Mengingat bahwa nilai massa atom absolut untuk karbon adalah m(C) \u003d 1,99 10 26 kg, Anda dapat menghitung jumlah atom karbon N TETAPI terkandung dalam 0,012 kg karbon.

Satu mol zat apa pun mengandung jumlah partikel zat ini (unit struktural) yang sama. Banyaknya satuan struktur yang terkandung dalam suatu zat dengan jumlah satu mol adalah 6,02 10 23 dan disebut Bilangan Avogadro (N TETAPI ).

Misalnya, satu mol tembaga mengandung 6,02 10 23 atom tembaga (Cu), dan satu mol hidrogen (H 2) mengandung 6,02 10 23 molekul hidrogen.

masa molar(M) adalah massa suatu zat yang diambil dalam jumlah 1 mol.

Massa molar dilambangkan dengan huruf M dan memiliki satuan [g/mol]. Dalam fisika, dimensi [kg/kmol] digunakan.

Dalam kasus umum, nilai numerik dari massa molar suatu zat secara numerik bertepatan dengan nilai massa molekul relatif (atom relatif).

Misalnya, berat molekul relatif air adalah:

Tuan (H 2 O) \u003d 2Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 1 + 16 \u003d 18 pagi.

Massa molar air memiliki nilai yang sama, tetapi dinyatakan dalam g/mol:

M (H2O) = 18 gram/mol.

Jadi, satu mol air yang mengandung 6,02 10 23 molekul air (masing-masing 2 6,02 10 23 atom hidrogen dan 6,02 10 23 atom oksigen) memiliki massa 18 gram. 1 mol air mengandung 2 mol atom hidrogen dan 1 mol atom oksigen.

1.3.4. Hubungan antara massa suatu zat dan kuantitasnya

Mengetahui massa suatu zat dan rumus kimianya, dan karenanya nilai massa molarnya, seseorang dapat menentukan jumlah suatu zat dan, sebaliknya, mengetahui jumlah suatu zat, seseorang dapat menentukan massanya. Untuk perhitungan seperti itu, Anda harus menggunakan rumus:

di mana adalah jumlah zat, [mol]; m adalah massa zat, [g] atau [kg]; M adalah massa molar zat, [g/mol] atau [kg/kmol].

Misalnya, untuk mencari massa natrium sulfat (Na 2 SO 4) dalam jumlah 5 mol, kami menemukan:

1) nilai berat molekul relatif Na 2 SO 4, yang merupakan jumlah dari nilai pembulatan massa atom relatif:

Mr (Na 2 SO 4) \u003d 2Ar (Na) + Ar (S) + 4Ar (O) \u003d 142,

2) nilai massa molar zat yang secara numerik sama dengannya:

M (Na2SO4) = 142 g/mol,

3) dan, akhirnya, massa 5 mol natrium sulfat:

m = M = 5 mol 142 g/mol = 710 g

Jawaban: 710.

1.3.5. Hubungan antara volume suatu zat dan kuantitasnya

Dalam kondisi normal (tidak ada), yaitu pada tekanan R , sama dengan 101325 Pa (760 mm Hg), dan suhu T, sama dengan 273,15 K (0 ), satu mol berbagai gas dan uap menempati volume yang sama, sama dengan 22,4 liter.

Volume yang ditempati oleh 1 mol gas atau uap pada n.o. disebut volume molargas dan memiliki dimensi liter per mol.

V mol \u003d 22,4 l / mol.

Mengetahui jumlah zat gas (ν ) dan nilai volume molar (V mol) Anda dapat menghitung volumenya (V) dalam kondisi normal:

V = V mol,

di mana adalah jumlah zat [mol]; V adalah volume zat gas [l]; V mol \u003d 22,4 l / mol.

Sebaliknya, mengetahui volume ( V) dari zat gas dalam kondisi normal, Anda dapat menghitung jumlahnya (ν) :