Plyny sú najjednoduchším objektom pre výskum, preto ich vlastnosti a reakcie medzi plynnými látkami boli študované najviac. Aby sme si uľahčili analýzu rozhodovacích pravidiel výpočtové úlohy,na základe rovníc chemických reakcií,je vhodné zvážiť tieto zákony na samom začiatku systematického štúdia všeobecnej chémie

Francúzsky vedec J.L. Gay-Lussac vytvoril zákon hromadné vzťahy:

Napríklad, 1 l chlóru spája s 1 l vodíka , za vzniku 2 litrov chlorovodíka ; 2 litre oxidu sírového (IV) spojit sa s, nadviazat spojenie 1 liter kyslíka, čím sa vytvorí 1 liter oxidu sírového (VI).

Tento zákon umožnil talianskemu vedcovi predpokladať, že molekuly jednoduchých plynov ( vodík, kyslík, dusík, chlór atď. ) skladá sa z dva rovnaké atómy . Keď sa vodík spája s chlórom, ich molekuly sa rozpadajú na atómy a tie tvoria molekuly chlorovodíka. Ale keďže sa z jednej molekuly vodíka a jednej molekuly chlóru tvoria dve molekuly chlorovodíka, objem chlóru sa musí rovnať súčtu objemov počiatočných plynov.
Objemové pomery sa teda dajú ľahko vysvetliť, ak vychádzame z koncepcie dvojatómovej povahy molekúl jednoduchých plynov ( H2, Cl2, O2, N2 atď. )- To zase slúži ako dôkaz diatomickej povahy molekúl týchto látok.
Štúdium vlastností plynov umožnilo A. Avogadrovi vysloviť hypotézu, ktorá bola neskôr potvrdená experimentálnymi údajmi, a preto sa stala známou ako Avogadrov zákon:

Zo zákona Avogadro vyplýva dôležité následok: za rovnakých podmienok 1 mól akéhokoľvek plynu zaberá rovnaký objem.

Tento objem možno vypočítať, ak je známa hmotnosť 1 l plynu. Za normálnych podmienky, (n.o.) teda teplota 273 K (0 °C) a tlak 101 325 Pa (760 mmHg) , hmotnosť 1 litra vodíka je 0,09 g, jeho molárna hmotnosť je 1,008 2 = 2,016 g / mol. Potom sa objem zaberaný 1 mólom vodíka za normálnych podmienok rovná 22,4 l

Za rovnakých podmienok hm 1 l kyslík 1,492 g ; molár 32 g/mol . Potom sa objem kyslíka pri (n.s.) tiež rovná 22,4 mol.

teda:

Molárny objem plynu je pomer objemu látky k množstvu tejto látky:

kde V m - molárny objem plynu (rozmerl/mol ); V je objem látky systému;n je množstvo hmoty v systéme. Príklad nahrávania:V m plynu (dobre.)\u003d 22,4 l / mol.

Na základe Avogadrovho zákona sa určujú molárne hmotnosti plynných látok. Čím väčšia je hmotnosť molekúl plynu, tým väčšia je hmotnosť rovnakého objemu plynu. Rovnaké objemy plynov za rovnakých podmienok obsahujú rovnaký počet molekúl, a teda aj mólov plynov. Pomer hmotností rovnakých objemov plynov sa rovná pomeru ich molárnych hmotností:

kde m 1 - hmotnosť určitého objemu prvého plynu; m 2 je hmotnosť rovnakého objemu druhého plynu; M 1 a M 2 - molárne hmotnosti prvého a druhého plynu.

Hustota plynu sa zvyčajne určuje vo vzťahu k najľahšiemu plynu - vodíku (označ D H2 ). Molárna hmotnosť vodíka je 2 g/mol . Preto dostávame.

Molekulová hmotnosť látky v plynnom stave sa rovná dvojnásobku jej hustoty vodíka.

Hustota plynu sa často určuje vo vzťahu k vzduchu. (D B ) . Hoci je vzduch zmesou plynov, stále hovoria o jeho priemernej molárnej hmotnosti. To sa rovná 29 g/mol. V tomto prípade je molárna hmotnosť daná pomocou M = 29D B .

Stanovenie molekulových hmotností ukázalo, že molekuly jednoduchých plynov pozostávajú z dvoch atómov (H2, F2, Cl2, O2N2) a molekuly inertných plynov - z jedného atómu (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Pre vzácne plyny sú „molekula“ a „atóm“ ekvivalentné.

Boyleov zákon - Mariotte: pri konštantnej teplote je objem daného množstva plynu nepriamo úmerný tlaku, pod ktorým sa nachádza.Odtiaľ pV = konšt ,
kde R - tlak, V - objem plynu.

Gay-Lussacov zákon: pri konštantnom tlaku a zmena objemu plynu je priamo úmerná teplote, t.j.
V/T = konšt
kde T - teplota na stupnici Komu (kelvin)

Kombinovaný zákon o plyne Boyle - Mariotte a Gay-Lussac:
pV/T = konšt.
Tento vzorec sa zvyčajne používa na výpočet objemu plynu za daných podmienok, ak je jeho objem známy za iných podmienok. Ak sa uskutoční prechod z normálnych podmienok (alebo do normálnych podmienok), potom je tento vzorec napísaný takto:
pV/T = p 0 V 0 /T 0 ,
kde R 0 ,V 0 ,T 0 -tlak, objem plynu a teplota za normálnych podmienok ( R 0 = 101 325 Pa , T 0 = 273 tis V 0 \u003d 22,4 l / mol) .

Ak je známa hmotnosť a množstvo plynu, ale je potrebné vypočítať jeho objem alebo naopak, použite Mendelejevova-Claiperonova rovnica:

kde n - množstvo plynnej látky, mol; m — hmotnosť, g; M je molárna hmotnosť plynu, g/yol ; R je univerzálna plynová konštanta. R \u003d 8,31 J / (mol * K)

Kde m je hmotnosť, M je molárna hmotnosť, V je objem.

4. Zákon Avogadro. Založil ho taliansky fyzik Avogadro v roku 1811. Rovnaké objemy akýchkoľvek plynov odobratých pri rovnakej teplote a rovnakom tlaku obsahujú rovnaký počet molekúl.

Môžeme teda formulovať pojem množstva látky: 1 mol látky obsahuje počet častíc rovný 6,02 * 10 23 (nazýva sa Avogadrova konštanta)

Dôsledkom tohto zákona je, že 1 mol akéhokoľvek plynu zaberá za normálnych podmienok (P 0 \u003d 101,3 kPa a T0 \u003d 298 K) objem rovnajúci sa 22,4 litrom.

5. Zákon Boyle-Mariotte

Pri konštantnej teplote je objem daného množstva plynu nepriamo úmerný tlaku, pod ktorým je:

6. Gay-Lussacov zákon

Pri konštantnom tlaku je zmena objemu plynu priamo úmerná teplote:

V/T = konšt.

7. Dá sa vyjadriť vzťah medzi objemom plynu, tlakom a teplotou kombinovaný zákon Boyle-Mariotte a Gay-Lussac, ktorý sa používa na prenos objemov plynu z jedného stavu do druhého:

P 0, V 0 ,T 0 - objemový tlak a teplota za normálnych podmienok: P 0 =760 mm Hg. čl. alebo 101,3 kPa; T 0 \u003d 273 K (0 0 C)

8. Nezávislé posúdenie hodnoty molekul omši M možno vykonať pomocou tzv stavové rovnice pre ideálny plyn alebo Clapeyron-Mendelejevove rovnice :

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

kde R - tlak plynu v uzavretom systéme, V- objem systému, t - hmotnosť plynu T - absolútna teplota, R- univerzálna plynová konštanta.

Všimnite si, že hodnota konštanty R možno získať dosadením hodnôt charakterizujúcich jeden mól plynu pri NC do rovnice (1.1):

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

Príklady riešenia problémov

Príklad 1 Uvedenie objemu plynu do normálnych podmienok.

Aký objem (n.o.) zaberie 0,4×10 -3 m 3 plynu pri 50 0 C a tlaku 0,954×10 5 Pa?

rozhodnutie. Na uvedenie objemu plynu do normálnych podmienok použite všeobecný vzorec, ktorý kombinuje zákony Boyle-Mariotte a Gay-Lussac:

pV/T = p0Vo/To.

Objem plynu (n.o.) je , kde To = 273 K; p 0 \u003d 1,013 × 105 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 \u003d 0,32 × 10 -3 m 3.

Keď (n.o.) plyn zaberá objem rovnajúci sa 0,32×10-3 m3.

Príklad 2 Výpočet relatívnej hustoty plynu z jeho molekulovej hmotnosti.

Vypočítajte hustotu etánu C 2 H 6 z vodíka a vzduchu.

rozhodnutie. Z Avogadrovho zákona vyplýva, že relatívna hustota jedného plynu nad druhým sa rovná pomeru molekulových hmotností ( M h) týchto plynov, t.j. D=M1/M2. Ak M 1С2Н6 = 30, M 2 H2 = 2, priemerná molekulová hmotnosť vzduchu je 29, potom je relatívna hustota etánu vzhľadom na vodík D H2 = 30/2 =15.

Relatívna hustota etánu vo vzduchu: D vzduch= 30/29 = 1,03, t.j. etán je 15-krát ťažší ako vodík a 1,03-krát ťažší ako vzduch.

Príklad 3 Stanovenie priemernej molekulovej hmotnosti zmesi plynov relatívnou hustotou.

Vypočítajte priemernú molekulovú hmotnosť zmesi plynov pozostávajúcej z 80 % metánu a 20 % kyslíka (objemovo) pomocou hodnôt relatívnej hustoty týchto plynov vzhľadom na vodík.

rozhodnutie. Výpočty sa často robia podľa zmiešavacieho pravidla, ktoré spočíva v tom, že pomer objemov plynov v dvojzložkovej zmesi plynov je nepriamo úmerný rozdielom medzi hustotou zmesi a hustotami plynov, ktoré tvoria túto zmes. . Označme relatívnu hustotu zmesi plynov vzhľadom na priechod vodíka D H2. bude väčšia ako hustota metánu, ale menšia ako hustota kyslíka:

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

Hustota vodíka tejto zmesi plynov je 9,6. priemerná molekulová hmotnosť plynnej zmesi M H2 = 2 D H2 = 9,6 x 2 = 19,2.

Príklad 4 Výpočet molárnej hmotnosti plynu.

Hmotnosť 0,327 × 10 -3 m 3 plynu pri 13 0 C a tlaku 1,040 × 10 5 Pa je 0,828 × 10 -3 kg. Vypočítajte molárnu hmotnosť plynu.

rozhodnutie. Molárnu hmotnosť plynu môžete vypočítať pomocou Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice:

kde m je hmotnosť plynu; M je molárna hmotnosť plynu; R- molárna (univerzálna) plynová konštanta, ktorej hodnota je určená akceptovanými jednotkami merania.

Ak sa tlak meria v Pa a objem v m 3, potom R\u003d 8,3144 × 10 3 J / (kmol × K).

Na zistenie zloženia akýchkoľvek plynných látok je potrebné vedieť pracovať s takými pojmami, ako je molárny objem, molárna hmotnosť a hustota látky. V tomto článku zvážime, čo je molárny objem a ako ho vypočítať?

Množstvo hmoty

Kvantitatívne výpočty sa vykonávajú s cieľom skutočne vykonať konkrétny proces alebo zistiť zloženie a štruktúru určitej látky. Tieto výpočty je nepohodlné robiť s absolútnymi hodnotami hmotností atómov alebo molekúl, pretože sú veľmi malé. Vo väčšine prípadov nie je možné použiť aj relatívne atómové hmotnosti, pretože nesúvisia so všeobecne akceptovanými mierami hmotnosti alebo objemu látky. Preto sa zaviedol pojem látkové množstvo, ktoré sa označuje gréckym písmenom v (nu) alebo n. Množstvo látky je úmerné počtu štruktúrnych jednotiek (molekúl, atómových častíc) obsiahnutých v látke.

Jednotkou množstva látky je mol.

Mol je množstvo látky, ktoré obsahuje toľko štruktúrnych jednotiek, koľko je atómov v 12 g izotopu uhlíka.

Hmotnosť 1 atómu je 12 a. m., takže počet atómov v 12 g izotopu uhlíka je:

Na \u003d 12 g / 12 * 1,66057 * 10 na silu -24 g \u003d 6,0221 * 10 na silu 23

Fyzikálna veličina Na sa nazýva Avogadrova konštanta. Jeden mol akejkoľvek látky obsahuje 6,02 * 10 na mocninu 23 častíc.

Ryža. 1. Avogadrov zákon.

Molárny objem plynu

Molárny objem plynu je pomer objemu látky k množstvu tejto látky. Táto hodnota sa vypočíta vydelením molárnej hmotnosti látky jej hustotou podľa nasledujúceho vzorca:

kde Vm je molárny objem, M je molárna hmotnosť a p je hustota látky.

Ryža. 2. Vzorec molárneho objemu.

V medzinárodnom systéme C sa molárny objem plynných látok meria v metroch kubických na mol (m 3 / mol)

Molárny objem plynných látok sa líši od látok v kvapalnom a pevnom skupenstve tým, že plynný prvok s množstvom 1 mol zaberá vždy rovnaký objem (pri dodržaní rovnakých parametrov).

Objem plynu závisí od teploty a tlaku, takže výpočet by mal brať objem plynu za normálnych podmienok. Za normálne podmienky sa považuje teplota 0 stupňov a tlak 101,325 kPa. Molárny objem 1 mol plynu za normálnych podmienok je vždy rovnaký a rovná sa 22,41 dm 3 /mol. Tento objem sa nazýva molárny objem ideálneho plynu. To znamená, že v 1 móle akéhokoľvek plynu (kyslík, vodík, vzduch) je objem 22,41 dm 3 / m.

Ryža. 3. Molárny objem plynu za normálnych podmienok.

Tabuľka "molárny objem plynov"

Nasledujúca tabuľka ukazuje objem niektorých plynov:

Plyn	Molárny objem, l
H2	22,432
O2	22,391
Cl2	22,022
CO2	22,263
NH3	22,065
SO2	21,888
Ideálne	22,41383

Lekcia 1.

Téma: Množstvo látky. Krtko

Chémia je veda o látkach. Ako meriate látky? V akých jednotkách? V molekulách, ktoré tvoria látky, je to však veľmi ťažké. V gramoch, kilogramoch alebo miligramoch, ale takto sa meria hmotnosť. Ale čo ak skombinujeme hmotnosť, ktorá je nameraná na váhe, a počet molekúl látky, je to možné?

a) H-vodík

An = 1a.u.m.

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

Vezmime si 1 g vodíka a vypočítame počet atómov vodíka v tejto hmote (ponúknite študentom, aby to urobili pomocou kalkulačky).

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

b) O-kyslík

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

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

c) C-uhlík

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

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

Urobme záver: ak vezmeme takú hmotnosť látky, ktorá sa veľkosťou rovná atómovej hmotnosti, ale berieme ju v gramoch, potom bude vždy (pre akúkoľvek látku) 6,02 * 10 23 atómov tejto látky.

H 2 O - voda

18 g / (18 * 1,66 * 10 -24) g \u003d 6,02 * 10 23 molekúl vody atď.

Na \u003d 6,02 * 10 23 - Avogadrove číslo alebo konštanta.

Mol - množstvo látky, ktoré obsahuje 6,02 * 10 23 molekúl, atómov alebo iónov, t.j. štruktúrne jednotky.

Existuje mól molekúl, mól atómov, mól iónov.

n je počet mólov (počet mólov sa často označuje ako nu),
N je počet atómov alebo molekúl,
N a = Avogadrova konštanta.

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

Ukážte portrét Amedea Avogadra na multimediálnej inštalácii a krátko o ňom porozprávajte, prípadne požiadajte študenta, aby pripravil krátku správu o živote vedca.

lekcia 2

Téma "Molárna hmotnosť hmoty"

Aká je hmotnosť 1 mólu látky? (Študenti môžu často urobiť záver sami.)

Hmotnosť jedného mólu látky sa rovná jej molekulovej hmotnosti, ale vyjadruje sa v gramoch. Hmotnosť jedného mólu látky sa nazýva molárna hmotnosť a označuje sa - M.

Vzorce:

M - molárna hmotnosť,
n je počet mólov,
m je hmotnosť látky.

Hmotnosť mólu sa meria v g/mol, hmotnosť kmol sa meria v kg/kmol a hmotnosť mmol sa meria v mg/mol.

Vyplňte tabuľku (tabuľky sú distribuované).

Látka	Počet molekúl N=N a n	Molárna hmota M= (vypočítané podľa PSCE)	Počet krtkov n()=	Hmotnosť hmoty m = Mn
			5 mol
H2SO4
	12 ,0 4*10 26

lekcia 3

Téma: Molárny objem plynov

Poďme vyriešiť problém. Určte objem vody, ktorej hmotnosť je za normálnych podmienok 180 g.

Vzhľadom na to:

Tie. objem kvapalných a pevných telies sa vypočíta pomocou hustoty.

Pri výpočte objemu plynov však nie je potrebné poznať hustotu. prečo?

Taliansky vedec Avogadro určil, že rovnaké objemy rôznych plynov za rovnakých podmienok (tlak, teplota) obsahujú rovnaký počet molekúl – toto tvrdenie sa nazýva Avogadrov zákon.

Tie. ak za rovnakých podmienok V (H 2) \u003d V (O 2), potom n (H 2) \u003d n (O 2) a naopak, ak za rovnakých podmienok n (H 2) \u003d n (O 2 ) potom budú objemy týchto plynov rovnaké. A mol látky vždy obsahuje rovnaký počet molekúl 6,02 * 10 23 .

Dospeli sme k záveru - za rovnakých podmienok by moly plynov mali zaberať rovnaký objem.

Za normálnych podmienok (t=0, P=101,3 kPa alebo 760 mm Hg) zaberajú móly akýchkoľvek plynov rovnaký objem. Tento objem sa nazýva molárny.

V m \u003d 22,4 l / mol

1 kmol zaberá objem -22,4 m 3 / kmol, 1 mmol zaberá objem -22,4 ml / mmol.

Príklad 1(Rozhodnuté na rade):

Príklad 2(Môžete požiadať študentov, aby vyriešili):

Vzhľadom na to:	rozhodnutie:
m(H2) \u003d 20 g V(H2)=?

Požiadajte študentov, aby doplnili tabuľku.

Látka	Počet molekúl N = n N a	Hmotnosť hmoty m = Mn	Počet krtkov n=	Molárna hmota M= (môže byť určené PSCE)	Objem V = V m n

Jednou zo základných jednotiek v medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je jednotkou množstva látky je mol.

Krtko – je to také množstvo látky, ktoré obsahuje toľko štruktúrnych jednotiek danej látky (molekúl, atómov, iónov atď.), koľko je atómov uhlíka v 0,012 kg (12 g) izotopu uhlíka. 12 S .

Vzhľadom na to, že hodnota absolútnej atómovej hmotnosti pre uhlík je m(C) \u003d 1,99 10  26 kg, môžete vypočítať počet atómov uhlíka N ALE obsiahnuté v 0,012 kg uhlíka.

Mol akejkoľvek látky obsahuje rovnaký počet častíc tejto látky (štrukturálnych jednotiek). Počet štruktúrnych jednotiek obsiahnutých v látke s množstvom jedného mólu je 6,02 10 23 a volal Avogadroovo číslo (N ALE ).

Napríklad jeden mól medi obsahuje 6,02 10 23 atómov medi (Cu) a jeden mól vodíka (H 2) obsahuje 6,02 10 23 molekúl vodíka.

molárna hmota(M) je hmotnosť látky prijatá v množstve 1 mol.

Molová hmotnosť sa označuje písmenom M a má jednotku [g/mol]. Vo fyzike sa používa rozmer [kg/kmol].

Vo všeobecnom prípade sa číselná hodnota molárnej hmotnosti látky číselne zhoduje s hodnotou jej relatívnej molekulovej (relatívnej atómovej) hmotnosti.

Napríklad relatívna molekulová hmotnosť vody je:

Mr (H20) \u003d 2Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 ∙ 1 + 16 \u003d 18:00 hod.

Molárna hmotnosť vody má rovnakú hodnotu, ale vyjadruje sa v g/mol:

M (H20) = 18 g/mol.

Mol vody obsahujúci 6,02 10 23 molekúl vody (v tomto poradí 2 6,02 10 23 atómov vodíka a 6,02 10 23 atómov kyslíka) má teda hmotnosť 18 gramov. 1 mól vody obsahuje 2 móly atómov vodíka a 1 mól atómov kyslíka.

1.3.4. Vzťah medzi hmotnosťou látky a jej množstvom

Keď poznáme hmotnosť látky a jej chemický vzorec, a teda aj hodnotu jej molárnej hmotnosti, môžeme určiť množstvo látky a naopak, keď poznáme množstvo látky, môžeme určiť jej hmotnosť. Na takéto výpočty by ste mali použiť vzorce:

kde ν je látkové množstvo [mol]; m je hmotnosť látky [g] alebo [kg]; M je molárna hmotnosť látky [g/mol] alebo [kg/kmol].

Napríklad, aby sme našli hmotnosť síranu sodného (Na 2 SO 4) v množstve 5 mol, nájdeme:

1) hodnota relatívnej molekulovej hmotnosti Na2S04, ktorá je súčtom zaokrúhlených hodnôt relatívnych atómových hmotností:

Mr (Na2S04) \u003d 2Ar (Na) + Ar (S) + 4Ar (O) \u003d 142,

2) hodnota molárnej hmotnosti látky, ktorá sa jej číselne rovná:

M (Na2S04) = 142 g/mol,

3) a nakoniec hmotnosť 5 mol síranu sodného:

m = ν M = 5 mol 142 g/mol = 710 g

Odpoveď: 710.

1.3.5. Vzťah medzi objemom látky a jej množstvom

Za normálnych podmienok (n.o.), t.j. pri tlaku R rovná 101325 Pa (760 mm Hg) a teplote T, rovná 273,15 K (0 С), jeden mól rôznych plynov a pár zaberá rovnaký objem, rovnajúci sa 22,4 l.

Objem, ktorý zaberá 1 mól plynu alebo pary pri n.o molárny objemplynu a má rozmer liter na mol.

V mol \u003d 22,4 l / mol.

Poznať množstvo plynnej látky (ν ) a hodnota molárneho objemu (V mol) môžete vypočítať jeho objem (V) za normálnych podmienok:

V = ν V mol,

kde ν je látkové množstvo [mol]; V je objem plynnej látky [l]; V mol \u003d 22,4 l / mol.

Naopak, znalosť hlasitosti ( V) plynnej látky za normálnych podmienok môžete vypočítať jej množstvo (ν) :