§ 32. Молярний об’єм газів. Закон Авогадро

У цьому параграфі ви:

дізнаєтеся, що таке молярний об’єм газу;
навчитеся виконувати обчислення на підставі закону Авогадро.

Відстані між частинками в речовинах, які перебувають у твердому та рідкому станах, незначною мірою відрізняються від розмірів цих частинок. Тому об’єм твердих і рідких речовин практично не залежить від величини зовнішнього тиску. Відстані ж між частинками в речовинах у газуватому стані значно більші, ніж їхні розміри. Розмір і склад їхніх молекул не впливають на величину об’єму, що займає газ (рис. 36).

Рис. 36. Розміри молекул газуватих речовин не впливають на об’єм газу

Щоб порівнювати об’єми різних газів, заведено вимірювати ці об’єми за однакових умов, а саме: за температури 273 К (0 °С) і тиску 101 325 Па, або 101,3 кПа (760 мм рт. ст., або 1 атм). Такі умови називають ще нормальними умовами та скорочено позначають «н. у.». Таким чином,

газувата речовина кількістю 1 моль незалежно від її природи за нормальних умов займає об’єм 22,4 л або дм³.

Цей об’єм називають молярним об’ємом газу. Молярний об’єм газу — це об’єм 1 моль даного газу за нормальних умов. Його позначають V_m і виражають у л/моль (л · моль^-1). Молярний об’єм V_m газу визначають із відношення об’єму V(Х) газу (н. у.) до відповідної кількості речовини n(Х):

Отже, властивості газуватої речовини, що перебуває за нормальних умов, можна схематично подати так:

Виявлення подібної залежності на початку XIX ст. дало можливість італійському вченому А. Авогадро висунути гіпотезу, яка згодом стала законом Авогадро:

в однакових об’ємах різних газів за однакових умов (температури та тиску) міститься однакове число молекул.

Якщо кількість газуватої речовини n відрізняється від 1 моль, то її можна визначити за формулою

У такому разі для однакової кількості речовини справедливі такі співвідношення:

Приклади розв’язування задач

На відміну від твердих речовин, гази найчастіше характеризують не масою, а об’ємом.

Приклад 1. Скільки молекул сульфур(ІV) оксиду міститься в його порції кількістю речовини 1,5 моль? Яка її маса та об’єм за нормальних умов?

Приклад 2. Визначте кількість речовини та число атомів Нітрогену, що містяться в порції азоту Ν₂, який займає об’єм 280 л (н. у.).

Приклад 3. У порції води масою 400 г розчинили НСl об’ємом 89,6 л (н. у.). Обчисліть масову частку (%) хлоридної кислоти, що утворилася.

За умовою задачі відомо об’єм гідроген хлориду, а тому, скориставшись першою формулою, обчислимо кількість речовини:

Із другої формули визначаємо масу гідроген хлориду:

m(НСl) = n(НСl) · М(НСl) = 4 моль · 36,5 г/моль = 146 г.

Далі, як у способі І.

Відповідь: w(НСl) = 26,7 %.

Запитання та завдання

°1. Що таке молярний об’єм газу?

°2. Які умови називають нормальними?

°3. Сформулюйте закон Авогадро.

4. Чи однакові числа молекул за нормальних умов: а) в 1 г кисню О₂ і в 1 г сульфур(ІV) оксиду SO₂; б) в 1 л О₂ та в 1 л SO₂; в) в 1 моль О₂ та в 1 моль SO₂?

5. Яку масу матимуть гази, об’єми яких виміряно за нормальних умов: а) 4,48 л О₂; б) 13,44 л SO₂; в) 3,36 л НСl; г) 5,6 л СН₄?

6. Який об’єм (н. у.) займає: а) хлор Сl₂, маса якого становить 28,4 г; б) гідроген йодид НІ, кількість речовини якого дорівнює 0,6 моль; в) кисень О₂, маса якого становить 64 г?

7. Яка відносна молекулярна маса газу, якщо його об’єм (н. у.) становить 0,32 л, а маса — 1,144 г?

8. Визначте молярну масу газу, якщо його густина за нормальних умов дорівнює 1,964 г/л.

*9. Який об’єм (н. у.) займає суміш 0,5 моль карбон(ІV) оксиду СО₂ і 0,5 моль кисню О₂?

*10. Який із газів — NH₃, HF, NO₂ — узяли, якщо його маса дорівнює 11,5 г і він займає об’єм (н. у.) 5,6 л?

11. Визначте масу порції вуглекислого газу СО₂, у якій міститься стільки молекул, скільки їх міститься у порції метану СН₄ об’ємом 6,72 л (н. у.).

12. У порції води масою 239 г розчинили 5,6 л (н.у.) карбон(ІV) оксиду. Якою є масова частка цього газу в розчині?

*13. У посудину налили 500 г розчину з масовою часткою амоніаку NH₃ 25 %. Розчин обережно нагріли, унаслідок чого випарилося 3,35 л (н.у.) амоніаку та 5 г води. Обчисліть масову частку амоніаку в утвореному розчині.