Закон Авогадро. Молярный объём газов

Закон Авогадро. Молярный объём газов Кислород

Формулировка закона, основная формула

Определение

Закон Авогадро: в равных объемах различных газов, взятых при одинаковых температурах и давлениях, содержится одно и то же количество молекул.

I. особенности строения веществ в различных агрегатных состояниях

В твер­дых телах, по срав­не­нию с жид­ко­стя­ми и тем более га­за­ми, ча­сти­цы ве­ще­ства на­хо­дят­ся в тес­ной вза­и­мо­свя­зи, на неболь­ших рас­сто­я­ни­ях. В га­зо­об­раз­ных же ве­ще­ствах рас­сто­я­ния между мо­ле­ку­ла­ми на­столь­ко ве­ли­ки, что прак­ти­че­ски ис­клю­ча­ет вза­и­мо­дей­ствие между ними.

При от­сут­ствии вза­и­мо­дей­ствия между мо­ле­ку­ла­ми их ин­ди­ви­ду­аль­ность не про­яв­ля­ет­ся. Зна­чит, можно счи­тать, что между мо­ле­ку­ла­ми в любых газах рас­сто­я­ния оди­на­ко­вые. Но при усло­вии, что эти газы на­хо­дят­ся в оди­на­ко­вых усло­ви­ях – при оди­на­ко­вых дав­ле­нии и тем­пе­ра­ту­ре.

Раз рас­сто­я­ния между мо­ле­ку­ла­ми газов равны, зна­чит, рав­ные объ­е­мы газов со­дер­жат рав­ное число мо­ле­кул. Такое пред­по­ло­же­ние вы­ска­зал в 1811 г. ита­льян­ский уче­ныйАме­део Аво­га­д­ро.Впо­след­ствии его пред­по­ло­же­ние было до­ка­за­но и на­зва­но за­ко­ном Аво­га­д­ро.

Iii. модели молекул некоторых газообразных веществ

Свою ги­по­те­зу Аво­га­д­ро ис­поль­зо­вал для объ­яс­не­ния ре­зуль­та­тов опы­тов с га­зо­об­раз­ны­ми ве­ще­ства­ми. В про­цес­се рас­суж­де­ний он смог сде­лать важ­ные вы­во­ды о со­ста­ве мо­ле­кул неко­то­рых ве­ществ.

Рас­смот­рим ре­зуль­та­ты экс­пе­ри­мен­тов, на ос­но­ва­нии ко­то­рых Аво­га­д­ро смог смо­де­ли­ро­вать мо­ле­ку­лы неко­то­рых ве­ществ.

Вы уже зна­е­те, что при про­пус­ка­нии через воду элек­три­че­ско­го тока, вода раз­ла­га­ет­ся на два га­зо­об­раз­ных ве­ще­ства  — во­до­род и кис­ло­род.

Опыт по раз­ло­же­нию воды про­ве­дем в элек­тро­ли­зе­ре. При про­пус­ка­нии элек­три­че­ско­го тока через воду на элек­тро­дах нач­нут вы­де­лять­ся газы, ко­то­рые вы­тес­нят воду из про­би­рок. Газы по­лу­чат­ся чи­сты­ми, по­то­му что воз­ду­ха в про­бир­ках, за­пол­нен­ных водой, нет. При­чем объем вы­де­лив­ше­го­ся во­до­ро­да будет в 2 раза боль­ше, чем объем вы­де­лив­ше­го­ся кис­ло­ро­да.

Какой вывод сде­лал из этого Аво­га­д­ро? Если объем во­до­ро­да в два раза боль­ше объ­е­ма кис­ло­ро­да, зна­чит, мо­ле­кул во­до­ро­да об­ра­зо­ва­лось тоже в 2 раза боль­ше. Сле­до­ва­тель­но, в мо­ле­ку­ле воды на два атома во­до­ро­да при­хо­дит­ся один атом кис­ло­ро­да.

Рас­смот­рим ре­зуль­та­ты дру­гих опы­тов, ко­то­рые поз­во­ля­ют сде­лать пред­по­ло­же­ние о стро­е­нии мо­ле­кул ве­ществ. Из­вест­но, что при раз­ло­же­нии 2 л ам­ми­а­ка об­ра­зу­ет­ся 1 л азота и 3 л во­до­ро­да (Рис. 2).

От­сю­да можно сде­лать вывод, что в мо­ле­ку­ле ам­ми­а­ка на один атом азота при­хо­дит­ся три атома во­до­ро­да. Но по­че­му тогда для ре­ак­ции по­тре­бо­ва­лось не 1л ам­ми­а­ка, а 2л?

Если вос­поль­зо­вать­ся мо­де­ля­ми мо­ле­кул во­до­ро­да и ам­ми­а­ка, ко­то­рые пред­ло­жил Д. Даль­тон, то по­лу­чил ре­зуль­тат, про­ти­во­ре­ча­щий экс­пе­ри­мен­ту, т.к. из 1 атома азота и трех ато­мов во­до­ро­да по­лу­чит­ся толь­ко 1 мо­ле­ку­ла ам­ми­а­ка. Таким об­ра­зом, по за­ко­ну Аво­га­д­ро объем раз­ло­жив­ше­го­ся ам­ми­а­ка в этом слу­чае будет равен 1 л.

Если же пред­по­ло­жить, что каж­дая мо­ле­ку­ла во­до­ро­да и азота со­сто­ит из двух ато­мов, то у мо­де­ли не будет про­ти­во­ре­чия с экс­пе­ри­мен­таль­ным ре­зуль­та­том. В этом слу­чае  одна мо­ле­ку­ла азота и три мо­ле­ку­лы во­до­ро­да об­ра­зу­ют­ся из двух мо­ле­кул ам­ми­а­ка.

Рас­смот­рим ре­зуль­та­ты еще од­но­го опыта. Из­вест­но, что при вза­и­мо­дей­ствии 1 л кис­ло­ро­да с 2 л во­до­ро­да об­ра­зо­ва­лось 2 л паров воды (т.к. ре­ак­цию про­во­дят при тем­пе­ра­ту­ре боль­ше 100 С). Какой вывод можно сде­лать о со­ста­ве мо­ле­кул кис­ло­ро­да, во­до­ро­да и воды?Такое со­от­но­ше­ние можно объ­яс­нить, если пред­по­ло­жить, что мо­ле­ку­лы во­до­ро­да и кис­ло­ро­да со­сто­ят из двух ато­мов:

Из двух мо­ле­кул во­до­ро­да и 1 мо­ле­ку­лы кис­ло­ро­да об­ра­зу­ет­ся 2 мо­ле­ку­лы воды.

IV. Закон Авогадро и его следствия

В равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. 

Cледствия из закона Авогадро:

1 следствие:

Одинаковое число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объём.

Так, 6,02 ∙ 1023 молекул (1 моль) любого газа и любой смеси газов при (н.у.) занимает объём равный 22,4 л.

Такой объём называется молярным объёмом и обозначается Vm

Молярный объём – это постоянная величина для веществ – газов при нормальных условиях (н.у.):

Vm = 22,4 л/моль

н.у.  – это

p = 1амт (101325 Па)

t = 0 ˚C (273 К)

Взаимосвязь молярной массы, молярного объёма, числа Авогадро и количества вещества:

υ = V / Vm = N / Na = m / M

M = ρVm

V. Решение задач

Задача №1 (образец)

Какой объем занимает 0,2 моль N2 при н.у.?

Дано: н.у.

Vm = 22, 4 л/моль

ν (N2) = 0,2 моль

Решение:

ν (N2) = V(N2 ) / Vm , следовательно

V (N2 ) = ν (N2) · Vm = 0,2 моль · 22,4 л / моль = 4,48 л

Ответ: V (N2 ) = 4,48 л

Найти:

V — ?

Задачи для самостоятельного решения

Решите задачи по приведённому образцу:

1. Какой объем занимают 5 моль О2 при н.у.?

2. Какой объем занимают 2,5 моль Н2 при н.у.?

Задача №2 (образец)

Какое количество вещества содержит водород объемом 33,6 л при н.у.?

Дано: н.у.

Vm = 22, 4 л/моль

V (H2) = 33,6 л

Решение:

ν (Н2) = V(N2 ) / Vm = 33,6 л / 22,4 л/моль = 1,5 моль

Ответ: ν (Н2) = 1,5 моль

Найти:

ν — ?

Задачи для самостоятельного решения

Решите задачи по приведённому образцу:

1. Какое количество вещества содержит кислород объемом 0,224 л при н.у.?

2. Какое количество вещества содержит углекислый газ объемом 4,48  л при н.у.?

Задача №3 (образец)

Какой объем займут 56 г. газа СО при н.у.?

Дано: н.у.

Vm = 22, 4 л/моль

m (CO) = 56 г

Решение:

ν (CO) = V(CO) / Vm , следовательно

V (CO ) = ν (CO) · Vm

Неизвестное количество вещества найдём по формуле: ν = m/M

M(CO) = Ar(C) Ar(O) = 12 16 = 28 г/моль

ν (СО) = m/M = 56 г / 28 г/моль = 2 моль

V (CO ) = ν (CO) · Vm = 2 моль · 22,4 л/моль 

= 44,8 л

Ответ: V (CO ) = 44,8 л

Найти:

 V — ?

Задачи для самостоятельного решения

Решите задачи по приведённому образцу:

1. Какой объем займут 8 г. газа  О2  при н.у.?

2. Какой объем займут 64 г. газа  SО2  при н.у.?

Задача №4 (образец)

В каком объеме содержится 3·1023 молекул водорода Н2 при н.у.?

Дано: н.у.

Vm = 22, 4 л/моль

N = 3·1023 молекул

Na = 6,02 ·1023 моль-1

Решение:

ν (Н2) = V(Н2) / Vm , следовательно

V (Н2 ) = ν (Н2) · Vm

Неизвестное количество вещества найдём по формуле:

ν = N / Na = 3·1023 /  6,02 ·1023 моль-1 = 0,48 моль

V (Н2 ) = ν (Н2) · Vm = 0,48 моль · 22,4 л/моль = 10,752 л

Ответ: V (Н2 ) = 10,752 л

Найти:

 V — ?

Задачи для самостоятельного решения

Решите задачи по приведённому образцу:

1. В каком объеме содержится 12,04 ·1023 молекул углекислого газа — СО2 при н.у.?

2. В каком объеме содержится 3,01·1023 молекул кислорода — О2 при н.у.?

Решите задачи для закрепления:

1. Найдите массу (н.у.):

а) 6 л. О3; 

б) 14 л. газа Н2S?

2. Какой объём водорода при н.у. образуется при взаимодействии 0,23 г натрия с водой?

3. Какова молярная масса газа, если 1 л. его имеет массу 3,17 г.? (Подсказка! m = ρ·V)

Массовая доля — ω


Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит
как растворитель, так и само растворенное вещество.

Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю
в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.

Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.

Моль и число авогадро

Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц
этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа 12C, т.е. 6 × 1023.


Число Авогадро (постоянная Авогадро, NA) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.

Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая
показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества.

Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии
обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).


Рассчитаем по формуле: ν = N/NA количество вещества 3.01 × 1023 молекул воды и 12.04 × 1023 атомов углерода.

Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода. Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти
количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.

Особенности применения, примеры решения задач

Простейший анализ одно(СН2)nго из углеводородов, который провел А. М. Бутлеров, демонстрирует отношение количественного содержания атомов углерода и водорода, равное 1 к 2.

В связи с этим, его относительный состав допустимо записать, как формулу СН2 или C2H4, C4H8 и в общем виде C11H22 отвечает молекулярная масса 154 а.е.м., формуле C12H24 — 168 а.е.м., а C13H26 — 182 а.е.м. Молекулярная масса C12H24 (циклододекана) приближена к наблюдаемой величине.

Примечание

Газообразные вещества, молярная масса которых меньше 29, легче, чем воздух. В том случае, когда молекулярная масса газа больше 29, вещество тяжелее воздуха.

В задачах по химии можно встретить заданные относительные плотности неизвестного газа по азоту, кислороду и другим газам. Тогда, чтобы найти молярную массу неизвестного газообразного вещества, следует умножить относительную плотность на молярную массу соответственно азота (28 г/моль), кислорода (32 г/моль) и т. д.

Закон Авогадро нашел широкое применение в расчетах в химии. В связи с тем, что для газов объемы пропорциональны количествам (моль) веществ, коэффициенты в уравнении реакции между газообразными веществами, которые отражают количественное соотношение реагирующих веществ, пропорциональны объемам взаимодействующих газов. Измерения объемов проводят при одинаковых условиях.

Задача
Задача
Задача
Задача
Задача
Задача
Задача
Задача
Задача
Задача
Задача

Относительная атомная масса — ar

Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической
таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.

Относительная молекулярная масса — mr

Mr (O2) = (2 × Ar(O)) = 2 × 16 = 32


Mr (H2O) = (2 × Ar(H)) Ar(O) = (2 × 1) 16 = 18

Mr (KMnO4) = Ar(K) Ar(Mn) (4 × Ar(O)) = 39 55 (4 * 16) = 158

Относительная плотность и водный раствор — ρ

Пишу об этом из-за исключительной важности в решении
сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность. Обозначается греческой буквой ρ.

Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы
измерения плотности: г/мл, г/см3, кг/м3 и т.д.

Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не
запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так
вы точно не запутаетесь.

Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки,
если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.

В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае
вы бы получили граммы в квадрате 🙂


К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.76 г/мл. Нужно найти объем раствора.

Первое и второе следствия из закона авогадро

Следствие

Парциальное давление — такое, которое в смеси газов создает каждый газ в отдельности, как будто он один занимает весь объем.

Определение

В частности, при нормальных условиях объем одного моля идеального газа равен 22,4 л. Данную величину называют молярным объемом Vμ.

Молярный объем:

Vμ=Vn

где Vμ — является молярным объемом газообразного вещества (размерность л/моль);

V — объем вещества системы;

n — определяет количество вещества системы.

Можно записать следующее справедливое равенство:

Vμ газа (н.у.) = 22,4 л/моль.

Следствие

Второе следствие из закона Авогадро: отношение масс одинаковых объемов двух газов есть величина постоянная для данных газов.

Определение

Величина, описанная во втором следствии закона Авогадро, то есть отношение масс одинаковых объемов двух газов, является относительной плотностью D.

Относительная плотность:

D=m1m2=μ1μ2

где μ1 и μ2 — молярные массы двух газов.

Параметр D рассчитывается по результатам экспериментальных опытов как отношение масс одинаковых объемов рассматриваемого газообразного вещества m1 и эталонного газа, молекулярная масса которого известна (μ1=D·μ2

Относительную плотность в распространенных случаях определяют по отношению к воздуху или водороду, зная, что молярные массы водорода и воздуха известны и равны, соответственно:

μH2=2·10-3кгмоль

μvozd=29·10-3кгмоль

В процессе решения многих задач используют тот факт, что при нормальных условиях (н.у.) (давлении в одну атмосферу или p=105Па=760 мм рт.ст, t=0oC) молярный объем любого идеального газа:

RTp=Vμ=22,4·10-3м3моль=22,4лмоль

Концентрация молекул идеального газа при нормальных условиях:

nL=NAVμ=2,686754·1025м-3

Данная величина носит название числа Лошмидта.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий