Gazele sunt cel mai simplu obiect de cercetare, prin urmare proprietățile și reacțiile lor între substanțele gazoase au fost studiate cel mai pe deplin. Pentru a ne ușura analizarea regulilor de decizie sarcini de calcul,pe baza ecuațiilor reacțiilor chimice,este recomandabil să luăm în considerare aceste legi chiar la începutul studiului sistematic al chimiei generale

Omul de știință francez J.L. Gay-Lussac a făcut legea relații în vrac:

De exemplu, 1 l clor se conectează cu 1 l de hidrogen , formând 2 litri de acid clorhidric ; 2 litri de oxid de sulf (IV) conectat cu 1 litru de oxigen, formând 1 litru de oxid de sulf (VI).

Această lege i-a permis omului de știință italian presupunem că moleculele de gaze simple ( hidrogen, oxigen, azot, clor etc. ) constau din doi atomi identici . Când hidrogenul se combină cu clorul, moleculele acestora se descompun în atomi, iar aceștia din urmă formează molecule de clorură de hidrogen. Dar, deoarece dintr-o moleculă de hidrogen și o moleculă de clor se formează două molecule de acid clorhidric, volumul acesteia din urmă trebuie să fie egal cu suma volumelor gazelor inițiale.
Astfel, rapoartele de volum sunt ușor de explicat dacă pornim de la conceptul de natură diatomică a moleculelor de gaze simple ( H2, Cl2, O2, N2 etc. )- Aceasta, la rândul său, servește drept dovadă a naturii diatomice a moleculelor acestor substanțe.
Studiul proprietăților gazelor i-a permis lui A. Avogadro să exprime o ipoteză, care a fost confirmată ulterior de date experimentale și, prin urmare, a devenit cunoscută drept legea lui Avogadro:

Din legea lui Avogadro rezultă un important consecinţă: în aceleași condiții, 1 mol de orice gaz ocupă același volum.

Acest volum poate fi calculat dacă masa este cunoscută 1 l gaz. În condiții normale condiții, (n.o.) adică temperatura 273K (O°C) si presiune 101 325 Pa (760 mmHg) , masa a 1 litru de hidrogen este de 0,09 g, masa sa molară este de 1,008 2 = 2,016 g / mol. Apoi volumul ocupat de 1 mol de hidrogen în condiții normale este egal cu 22,4 l

În aceleași condiții, masa 1l oxigen 1,492 g ; molar 32 g/mol . Atunci volumul de oxigen la (n.s.) este, de asemenea, egal cu 22,4 mol.

Prin urmare:

Volumul molar al unui gaz este raportul dintre volumul unei substanțe și cantitatea din acea substanță:

Unde V m - volumul molar de gaz (dimensiuneal/mol ); V este volumul substanței sistemului;n este cantitatea de materie din sistem. Exemplu de înregistrare:V m gaz (bine.)\u003d 22,4 l / mol.

Pe baza legii lui Avogadro se determină masele molare ale substanțelor gazoase. Cu cât masa moleculelor de gaz este mai mare, cu atât este mai mare masa aceluiași volum de gaz. Volume egale de gaze în aceleași condiții conțin același număr de molecule și, prin urmare, molii de gaze. Raportul dintre masele de volume egale de gaze este egal cu raportul dintre masele lor molare:

Unde m 1 - masa unui anumit volum a primului gaz; m 2 este masa aceluiași volum a celui de-al doilea gaz; M 1 și M 2 - mase molare ale primului și celui de-al doilea gaz.

De obicei, densitatea unui gaz este determinată în raport cu cel mai ușor gaz - hidrogenul (notat D H2 ). Masa molară a hidrogenului este 2 g/mol . Prin urmare, primim.

Greutatea moleculară a unei substanțe în stare gazoasă este egală cu dublul densității sale de hidrogen.

Densitatea unui gaz este adesea determinată în raport cu aerul. (D B ) . Deși aerul este un amestec de gaze, ei încă vorbesc despre masa sa molară medie. Este egal cu 29 g/mol. În acest caz, masa molară este dată de M = 29D B .

Determinarea greutăților moleculare a arătat că moleculele gazelor simple constau din doi atomi (H2, F2, Cl2, O2 N2) , iar moleculele de gaze inerte - dintr-un atom (El, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Pentru gazele nobile, „moleculă” și „atom” sunt echivalente.

Legea lui Boyle - Mariotte: la temperatură constantă, volumul unei cantități date de gaz este invers proporțional cu presiunea sub care se află.De aici pV = const ,
Unde R - presiune, V - volumul de gaz.

Legea lui Gay-Lussac: la presiune constantă și modificarea volumului gazului este direct proporțională cu temperatura, adică
V/T = const
Unde T - temperatura pe o scară La (kelvin)

Legea combinată a gazelor lui Boyle - Mariotte și Gay-Lussac:
pV/T = const.
Această formulă este de obicei folosită pentru a calcula volumul unui gaz în condiții date, dacă volumul acestuia este cunoscut în alte condiții. Dacă se face o tranziție de la condiții normale (sau la condiții normale), atunci această formulă se scrie după cum urmează:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
Unde R 0 ,V 0 ,T 0 -presiunea, volumul gazului și temperatura în condiții normale ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 K V 0 \u003d 22,4 l / mol) .

Dacă masa și cantitatea de gaz sunt cunoscute, dar este necesar să se calculeze volumul acestuia, sau invers, se utilizează Ecuația Mendeleev-Claiperon:

Unde n - cantitatea de substanță gazoasă, mol; m - masa, g; M este masa molară a gazului, g/yol ; R este constanta universală a gazului. R \u003d 8,31 J / (mol * K)

Unde m este masa, M este masa molară, V este volumul.

4. Legea lui Avogadro.Înființată de fizicianul italian Avogadro în 1811. Aceleași volume ale oricăror gaze, luate la aceeași temperatură și aceeași presiune, conțin același număr de molecule.

Astfel, conceptul de cantitate de substanță poate fi formulat: 1 mol dintr-o substanță conține un număr de particule egal cu 6,02 * 10 23 (numit constanta Avogadro)

Consecința acestei legi este că 1 mol de orice gaz ocupă în condiții normale (P 0 \u003d 101,3 kPa și T 0 \u003d 298 K) un volum egal cu 22,4 litri.

5. Legea Boyle-Mariotte

La temperatură constantă, volumul unei cantități date de gaz este invers proporțional cu presiunea sub care se află:

6. Legea lui Gay-Lussac

La presiune constantă, modificarea volumului unui gaz este direct proporțională cu temperatura:

V/T = const.

7. Relația dintre volumul gazului, presiune și temperatură poate fi exprimată legea combinată a lui Boyle-Mariotte și Gay-Lussac, care este folosit pentru a aduce volumele de gaz de la o stare la alta:

P 0 , V 0 ,T 0 - presiunea volumetrica si temperatura in conditii normale: P 0 =760 mm Hg. Artă. sau 101,3 kPa; T 0 \u003d 273 K (0 0 C)

8. Evaluarea independentă a valorii moleculare mase M se poate face folosind așa-numitul ecuații de stare pentru un gaz ideal sau ecuațiile Clapeyron-Mendeleev :

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

Unde R - presiunea gazului într-un sistem închis, V- volumul sistemului, t - masa de gaz T - temperatura absoluta, R- constanta universală a gazului.

Rețineți că valoarea constantei R se poate obține prin înlocuirea valorilor care caracterizează un mol de gaz la N.C. în ecuația (1.1):

r = (p V) / (T) \u003d (101,325 kPa 22,4 l) / (1 mol 273K) \u003d 8,31J / mol.K)

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplul 1 Aducerea volumului de gaz la condiții normale.

Ce volum (n.o.) va ocupa 0,4×10 -3 m 3 de gaz la 50 0 C şi o presiune de 0,954×10 5 Pa?

Decizie. Pentru a aduce volumul de gaz la condiții normale, utilizați formula generală care combină legile lui Boyle-Mariotte și Gay-Lussac:

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

Volumul gazului (n.o.) este , unde 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.

Când (n.o.) gazul ocupă un volum egal cu 0,32×10 -3 m 3 .

Exemplul 2 Calculul densității relative a unui gaz din greutatea sa moleculară.

Calculați densitatea etanului C 2 H 6 din hidrogen și aer.

Decizie. Din legea lui Avogadro rezultă că densitatea relativă a unui gaz față de altul este egală cu raportul maselor moleculare ( M h) din aceste gaze, i.e. D=M1/M2. În cazul în care un M 1С2Н6 = 30, M 2 H2 = 2, greutatea moleculară medie a aerului este 29, apoi densitatea relativă a etanului în raport cu hidrogenul este D H2 = 30/2 =15.

Densitatea relativă a etanului în aer: D aer= 30/29 = 1,03, adică etanul este de 15 ori mai greu decât hidrogenul și de 1,03 ori mai greu decât aerul.

Exemplul 3 Determinarea masei moleculare medii a unui amestec de gaze prin densitatea relativa.

Calculați greutatea moleculară medie a unui amestec de gaze format din 80% metan și 20% oxigen (în volum) folosind valorile densității relative a acestor gaze în raport cu hidrogenul.

Decizie. Adesea calculele se fac conform regulii de amestecare, care este că raportul dintre volumele de gaze dintr-un amestec de gaze cu două componente este invers proporțional cu diferențele dintre densitatea amestecului și densitățile gazelor care alcătuiesc acest amestec. . Să notăm densitatea relativă a amestecului de gaze în raport cu hidrogenul prin D H2. va fi mai mare decât densitatea metanului, dar mai mică decât densitatea oxigenului:

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

Densitatea hidrogenului acestui amestec de gaze este de 9,6. greutatea moleculară medie a amestecului de gaze M H2 = 2 D H2 = 9,6×2 = 19,2.

Exemplul 4 Calculul masei molare a unui gaz.

Masa de 0,327 × 10 -3 m 3 de gaz la 13 0 C și o presiune de 1,040 × 10 5 Pa este de 0,828 × 10 -3 kg. Calculați masa molară a gazului.

Decizie. Puteți calcula masa molară a unui gaz folosind ecuația Mendeleev-Clapeyron:

Unde m este masa gazului; M este masa molară a gazului; R- constantă de gaz molară (universală), a cărei valoare este determinată de unitățile de măsură acceptate.

Dacă presiunea este măsurată în Pa, iar volumul în m 3, atunci R\u003d 8,3144 × 10 3 J / (kmol × K).

Pentru a cunoaște compoziția oricăror substanțe gazoase, este necesar să puteți opera cu concepte precum volumul molar, masa molară și densitatea unei substanțe. În acest articol, vom lua în considerare ce este volumul molar și cum să-l calculăm?

Cantitate de substanță

Calculele cantitative sunt efectuate pentru a efectua efectiv un anumit proces sau pentru a afla compoziția și structura unei anumite substanțe. Aceste calcule sunt incomod de făcut cu valorile absolute ale maselor de atomi sau molecule din cauza faptului că sunt foarte mici. Masele atomice relative sunt, de asemenea, în cele mai multe cazuri imposibil de utilizat, deoarece nu sunt legate de măsurile general acceptate ale masei sau volumului unei substanțe. Prin urmare, a fost introdus conceptul de cantitate de substanță, care este notat cu litera greacă v (nu) sau n. Cantitatea de substanță este proporțională cu numărul de unități structurale (molecule, particule atomice) conținute în substanță.

Unitatea de măsură a unei substanțe este molul.

Un mol este cantitatea dintr-o substanță care conține tot atâtea unități structurale câte atomi există în 12 g dintr-un izotop de carbon.

Masa unui atom este de 12 a. e. m., deci numărul de atomi din 12 g de izotop de carbon este:

Na \u003d 12g / 12 * 1,66057 * 10 la puterea de -24g \u003d 6,0221 * 10 la puterea de 23

Mărimea fizică Na se numește constantă Avogadro. Un mol din orice substanță conține 6,02 * 10 la puterea a 23 de particule.

Orez. 1. Legea lui Avogadro.

Volumul molar al gazului

Volumul molar al unui gaz este raportul dintre volumul unei substanțe și cantitatea din acea substanță. Această valoare se calculează prin împărțirea masei molare a unei substanțe la densitatea acesteia, conform următoarei formule:

unde Vm este volumul molar, M este masa molară și p este densitatea substanței.

Orez. 2. Formula volumului molar.

În sistemul internațional C, măsurarea volumului molar al substanțelor gazoase se realizează în metri cubi pe mol (m 3 / mol)

Volumul molar al substanțelor gazoase diferă de substanțele în stare lichidă și solidă prin aceea că un element gazos cu o cantitate de 1 mol ocupă întotdeauna același volum (dacă se respectă aceiași parametri).

Volumul de gaz depinde de temperatură și presiune, așa că calculul ar trebui să ia volumul de gaz în condiții normale. Condițiile normale sunt considerate a fi o temperatură de 0 grade și o presiune de 101,325 kPa. Volumul molar al 1 mol de gaz în condiții normale este întotdeauna același și egal cu 22,41 dm 3 /mol. Acest volum se numește volumul molar al unui gaz ideal. Adică, în 1 mol de orice gaz (oxigen, hidrogen, aer), volumul este de 22,41 dm 3 / m.

Orez. 3. Volumul molar de gaz în condiții normale.

Tabelul „volumul molar al gazelor”

Următorul tabel arată volumul unor gaze:

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

Lectia 1.

Subiect: Cantitatea de substanță. cârtiță

Chimia este știința substanțelor. Cum măsurați substanțele? In ce unitati? În moleculele care alcătuiesc substanțele, dar acest lucru este foarte greu de făcut. În grame, kilograme sau miligrame, dar așa se măsoară masa. Dar dacă combinăm masa măsurată pe cântare și numărul de molecule ale unei substanțe, este posibil acest lucru?

a) H-hidrogen

A n = 1a.u.m.

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

Să luăm 1 g de hidrogen și să calculăm numărul de atomi de hidrogen din această masă (oferiți elevilor să facă acest lucru folosind un calculator).

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

b) O-oxigen

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-carbon

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

Să conchidem: dacă luăm o astfel de masă a unei substanțe, care este egală cu masa atomică ca mărime, dar luată în grame, atunci vor exista întotdeauna (pentru orice substanță) 6,02 * 10 23 de atomi ai acestei substanțe.

H2O - apă

18g / (18 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23 de molecule de apă etc.

N a \u003d 6,02 * 10 23 - numărul sau constanta lui Avogadro.

Mol - cantitatea unei substanțe care conține 6,02 * 10 23 molecule, atomi sau ioni, adică. unități structurale.

Există un mol de molecule, un mol de atomi, un mol de ioni.

n este numărul de moli, (numărul de moli este adesea denumit nu),
N este numărul de atomi sau molecule,
N a = constanta lui Avogadro.

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

Afișați un portret al lui Amedeo Avogadro pe o instalație multimedia și vorbiți pe scurt despre el sau instruiți studentul să pregătească un scurt raport despre viața unui om de știință.

Lectia 2

Subiectul „Masa molară a materiei”

Care este masa unui mol de substanță? (Elevii pot trage adesea singuri concluzia.)

Masa unui mol dintr-o substanță este egală cu greutatea sa moleculară, dar exprimată în grame. Masa unui mol dintr-o substanță se numește masă molară și se notează - M.

Formule:

M - masa molara,
n este numărul de moli,
m este masa substanței.

Masa unui mol se măsoară în g/mol, masa unui kmol se măsoară în kg/kmol, iar masa unui mmol se măsoară în mg/mol.

Completați tabelul (tabelele sunt distribuite).

Substanţă	Numărul de molecule N=N a n	Masă molară M= (calculat conform PSCE)	Numărul de alunițe n()=	Masa de materie m = Mn
			5 mol
H2S04
	12 ,0 4*10 26

Lecția 3

Subiect: Volumul molar al gazelor

Să rezolvăm problema. Determinați volumul de apă, a cărui masă în condiții normale este de 180 g.

Dat:

Acestea. volumul corpurilor lichide și solide se calculează prin densitate.

Dar, atunci când se calculează volumul gazelor, nu este necesar să se cunoască densitatea. De ce?

Omul de știință italian Avogadro a stabilit că volume egale de gaze diferite în aceleași condiții (presiune, temperatură) conțin același număr de molecule - această afirmație se numește legea lui Avogadro.

Acestea. dacă în condiții egale V (H 2) \u003d V (O 2), atunci n (H 2) \u003d n (O 2) și invers, dacă în condiții egale n (H 2) \u003d n (O 2) ) atunci volumele acestor gaze vor fi aceleași. Și un mol dintr-o substanță conține întotdeauna același număr de molecule 6,02 * 10 23 .

Încheiem - în aceleași condiții, molii de gaze ar trebui să ocupe același volum.

În condiții normale (t=0, P=101,3 kPa sau 760 mm Hg), molii de orice gaz ocupă același volum. Acest volum se numește molar.

V m \u003d 22,4 l / mol

1 kmol ocupă un volum de -22,4 m 3 / kmol, 1 mmol ocupă un volum de -22,4 ml / mmol.

Exemplul 1(Hotărât la consiliu):

Exemplul 2(Puteți cere elevilor să rezolve):

Dat:	Decizie:
m(H 2) \u003d 20g V(H2)=?

Cereți elevilor să completeze tabelul.

Substanţă	Numărul de molecule N = n N a	Masa de materie m = Mn	Numărul de alunițe n=	Masă molară M= (poate fi determinat de PSCE)	Volum V=V m n

Una dintre unitățile de bază din Sistemul Internațional de Unități (SI) este unitatea de măsură a unei substanțe este molul.

cârtiță – aceasta este o astfel de cantitate dintr-o substanță care conține tot atâtea unități structurale ale unei substanțe date (molecule, atomi, ioni etc.) câte atomi de carbon există în 0,012 kg (12 g) dintr-un izotop de carbon 12 Cu .

Având în vedere că valoarea masei atomice absolute pentru carbon este m(C) \u003d 1,99 10  26 kg, puteți calcula numărul de atomi de carbon N DAR continut in 0,012 kg de carbon.

Un mol din orice substanță conține același număr de particule din această substanță (unități structurale). Numărul de unități structurale conținute într-o substanță cu o cantitate de un mol este 6,02 10 23 și a sunat numărul lui Avogadro (N DAR ).

De exemplu, un mol de cupru conține 6,02 10 23 atomi de cupru (Cu), iar un mol de hidrogen (H 2) conține 6,02 10 23 molecule de hidrogen.

Masă molară(M) este masa unei substanțe luate în cantitate de 1 mol.

Masa molară se notează cu litera M și are unitatea [g/mol]. În fizică, se utilizează dimensiunea [kg/kmol].

În cazul general, valoarea numerică a masei molare a unei substanțe coincide numeric cu valoarea masei sale moleculare relative (atomice relativă).

De exemplu, greutatea moleculară relativă a apei este:

Domnul (H 2 O) \u003d 2Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 ∙ 1 + 16 \u003d 18 a.m.u.

Masa molară a apei are aceeași valoare, dar se exprimă în g/mol:

M (H2O) = 18 g/mol.

Astfel, un mol de apă care conține 6,02 10 23 molecule de apă (respectiv 2 6,02 10 23 atomi de hidrogen și 6,02 10 23 atomi de oxigen) are o masă de 18 grame. 1 mol de apă conține 2 moli de atomi de hidrogen și 1 mol de atomi de oxigen.

1.3.4. Relația dintre masa unei substanțe și cantitatea acesteia

Cunoscând masa unei substanțe și formula ei chimică, și deci valoarea masei sale molare, se poate determina cantitatea unei substanțe și, invers, cunoscând cantitatea unei substanțe, se poate determina masa acesteia. Pentru astfel de calcule, ar trebui să utilizați formulele:

unde ν este cantitatea de substanță, [mol]; m este masa substanței, [g] sau [kg]; M este masa molară a substanței, [g/mol] sau [kg/kmol].

De exemplu, pentru a găsi masa de sulfat de sodiu (Na 2 SO 4) în cantitate de 5 moli, găsim:

1) valoarea masei moleculare relative a Na 2 SO 4, care este suma valorilor rotunjite ale maselor atomice relative:

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

2) valoarea masei molare a substanței egală numeric cu aceasta:

M (Na2SO4) = 142 g/mol,

3) și, în final, o masă de 5 moli de sulfat de sodiu:

m = ν M = 5 mol 142 g/mol = 710 g

Raspuns: 710.

1.3.5. Relația dintre volumul unei substanțe și cantitatea acesteia

În condiții normale (n.o.), adică la presiune R , egal cu 101325 Pa (760 mm Hg) și temperatură T, egal cu 273,15 K (0 С), un mol de diferite gaze și vapori ocupă același volum, egal cu 22,4 l.

Volumul ocupat de 1 mol de gaz sau vapori la n.o. se numește volumul molargaz și are dimensiunea unui litru pe mol.

V mol \u003d 22,4 l / mol.

Cunoscând cantitatea de substanță gazoasă (ν ) și valoarea volumului molar (V mol) puteți calcula volumul său (V) în condiții normale:

V = ν V mol,

unde ν este cantitatea de substanță [mol]; V este volumul substanței gazoase [l]; V mol \u003d 22,4 l / mol.

Dimpotrivă, cunoscând volumul ( V) dintr-o substanță gazoasă în condiții normale, puteți calcula cantitatea acesteia (ν) :