- Формулировка закона, основная формула
- I. особенности строения веществ в различных агрегатных состояниях
- Iii. модели молекул некоторых газообразных веществ
- Массовая доля — ω
- Моль и число авогадро
- Особенности применения, примеры решения задач
- Относительная атомная масса — ar
- Относительная молекулярная масса — mr
- Относительная плотность и водный раствор — ρ
- Первое и второе следствия из закона авогадро
Формулировка закона, основная формула
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.
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.
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
Парциальное давление — такое, которое в смеси газов создает каждый газ в отдельности, как будто он один занимает весь объем.
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.
Второе следствие из закона Авогадро: отношение масс одинаковых объемов двух газов есть величина постоянная для данных газов.
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.