Хімія. 8 клас. Гранкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 16. Відносна густина газів. Другий наслідок із закону Авогадро

— Чому не літає повітряна куля, заповнена СО₂?

— А кулька, заповнена гелієм, — літає!

• Відношення маси певного об'єму одного газу до маси такого самого об'єму іншого газу (за однакових умов) називають відносною густиною першого газу за другим і позначають літерою D.

По суті, відносна густина газів показує, у скільки разів один газ легше або важче іншого газу. Щоби з'ясувати, який газ легше або важче, слід порівняти густини газів.

де М₁— це молярна маса газу 1, густину якого ми визначаємо, а М₂— молярна маса газу 2, за яким густину визначають. D — відносна густина газів, величина безрозмірна.

Приклад

Щоби визначити густину газу Х за воднем, треба молярну масу газу Х розділити на молярну масу водню:

або, знаючи, що молярна маса водню дорівнює 2 г/моль:

Можна в такий спосіб обчислити густину газу Х за будь-яким іншим газом, наприклад, за киснем:

або, враховуючи, що молярна маса кисню дорівнює 32 г/моль:

Завдання

Спробуйте розв'язати самостійно:

• Визначте густину вуглекислого газу за воднем.

Підказка: спочатку визначте молярні маси газів, а потім застосуйте формулу розрахунку відносної густини за воднем.

• У скільки разів амоніак NH₃ легший за кисень?

Підказка: якщо в задачі запитується, у скільки разів один газ легше або важче від іншого — треба розраховувати відносну густину. Визначте молярні маси газів, а потім застосуйте формулу розрахунку відносної густини.

Часто обчислюють відносну густину газу за повітрям, але повітря — суміш газів, молекули повітря не існує, тому для розрахунків беруть умовну середню молярну масу повітря 29 г/моль. Цю величину розраховують як середнє значення молярних мас азоту і кисню з урахуванням відсотків вмісту їх у повітрі за масою (w(N₂) — 75,5%, w(О₂) — 23,15%). Спробуйте самі розрахувати!

Густина газу Х за повітрям буде дорівнювати:

Поміркуємо, чому піднімаються вгору кульки, наповнені гелієм.

Молярна маса Не дорівнює 4 г/моль, отже,

Тобто, Не в 7,25 разу легше повітря.

Молярна маса вуглекислого газу більше, ніж середня молярна маса повітря, тому СО₂ за деякий час може скупчуватися в глибоких колодязях, печерах. Вуглекислий газ отруйний, тому є випадки загибелі людей.

До речі, перш ніж людина збирається спуститися в глибокий колодязь, фахівці радять опустити туди запалену свічку. Навіщо?

Підказка: точно не тому, щоб світліше було.

Під час розв'язування задач, у яких дано (або потрібно обчислити) відносну густину за будь-яким з інертних газів, необхідно враховувати, що їхні молекули одноатомні, тобто молекула, наприклад, гелію записується як Не (але не Не₂), і його молярна маса дорівнює 4 г/моль.

Відносну густину часто використовують для визначення молярної маси невідомого газу.

Зробимо висновок:

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1. Сформулюйте другий наслідок із закону Авогадро.

2. Що називають:

а) густиною речовини;
б) відносною густиною одного газу за іншим?

В яких одиницях виражають ці величини?

3. Якому числу дорівнює середня молярна маса повітря? Як її розраховують?

4. Під час яких розрахунків використовують поняття відносної густини газів?

5. Як ви вважаєте, чому повітряні кульки, які ми самі надуваємо, не підіймаються в небо?

НАВЧАЄМОСЬ РОЗВ'ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Обчислення відносної густини газів

Спочатку розглянемо приклади розв'язування задач, а потім виконаємо завдання для самостійного розв'язування.

Приклад 1. Обчисліть відносну густину за воднем метану CH₄.

Пояснення до розв'язання:

Відповідь: відносна густина метану за воднем дорівнює 8, тобто метан у 8 разів легше водню.

1. Відносна густина газу за воднем дорівнює 17. Визначте молярну масу газу.

Відповідь: 34 г/моль.

2. Обчисліть відносну густину хлору за повітрям. Виберіть правильну відповідь: а) 2,45; б) 3,0; в) можна визначити тільки дослідним шляхом.

Відповідь: а).

3. Обчисліть відносну густину за гелієм:

а) азоту; б) кисню; в) амоніаку; г) метану.

Відповідь: 7; 8; 4,25; 4.

Приклад 2. Відносна густина газу за повітрям дорівнює 0,966. Визначте молярну масу газу.

Пояснення до розв'язання:

4. Деякий газ має відносну густину за повітрям 4,41. Визначте відносну густину цього газу за воднем.

Відповідь: 64.

5. Визначте відносну густину за воднем і за повітрям карбон(IV) оксиду.

Відповідь: за воднем — 22, за повітрям — 1,5.

6. Відносна густина деякого газу за повітрям дорівнює 2,448. Визначте молярну масу цього газу.

Відповідь: 71 г/моль.

Приклад 3. Маса одного літра газуватої сполуки за н. у. становить 1,52 г. Визначте молярну масу газу та його відносну густину за воднем.

Пояснення до розв'язання:

Відповідь: молярна маса газу 34 г/моль; густина за воднем 17.

7. Розташуйте наведені гази за збільшенням їхньої відносної густини за воднем: N₂, H₂, CH₄, CO₂, CO, N₂O, NO₂.

8. Відносна густина газу за воднем становить 8. Карбон складає 75 % його маси, Гідроген — 25 %. Визначте молекулярну формулу речовини.

Відповідь: CH₄.

9. *Густина сполуки Гідрогену з галогеном за воднем становить 10. Визначте, атоми якого галогену входять до складу сполуки. Скільки молекул галогеноводню міститься у зразку масою 16 г?

Відповідь: Флуору; 4,8 · 10²³.

10. *Обчисліть відносну густину за воднем газової суміші, яка складається з нітроген(ІІ) оксиду об'ємом 86 л і нітроген(ІV) оксиду об'ємом 18 л.

Відповідь: 16,35.

11. *Маса 1 л газу за н. у. дорівнює 1,251 г. Обчисліть відносну густину газу за воднем.

Відповідь: 14.

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Обчисліть відносну густину метану, вуглекислого газу, звеселяючого газу (нітроген(І) оксиду), амоніаку (гідроген нітриду), сірководню (гідроген сульфіду) за: а) воднем, б) киснем, в) повітрям.

2. Зразок безбарвного газу містить 12,04 · 10²³молекул і має масу 88 г. Обчисліть молярну масу цього газу й виберіть із запропонованих формул можливу формулу цього газу (можливі декілька варіантів):

СО, O₂, N₂, CO₂, CH₄, N₂O, NO, C₃H₈.

3. Яким газом можна заповнити повітряну кульку, щоб вона полетіла:

СО, O₂, N₂, CO₂, CH₄, N₂O, NO, C₃H₈, Не, F₂?

4. Одним зі способів збирання газів є витіснення повітря, яким можна збирати будь-який газ. Які з газів — Не, O₂, H₂, CO₂, CH₄, Cl₂, N₂O, C₃H₈ — можна збирати у спосіб А, а який — у спосіб Б?

5. Невідомий газ, що є простою, дуже отруйною речовиною жовто-зеленого кольору і складається з двохатомних молекул, має відносну густину за воднем 35,5. Визначте формулу цієї сполуки. Як треба держати ємність при його збиранні методом витіснення повітря під витяжною шафою?

6. Пари білого фосфору мають густину за гелієм 31. Визначте формулу білого фосфору, якщо відомо, що він є простою речовиною.

7. Заповніть прогалини в тексті, виконуючи всі розрахунки усно:

Азот кількістю речовини 3 моль має масу... г і містить... молекул і... атомів. Він займає об'єм... л за н. у.
У воді масою 36 г кількістю речовини... моль міститься... молекул і... атомів. Ця маса містить... моль атомів Гідрогену і... моль атомів Оксигену.

8. Визначте формули оксидів Нітрогену, якщо відносна густина першого за воднем дорівнює 15, а другого — 23. Назвіть їх. Чи полетять дві повітряні кульки, якщо їх заповнити цими газами?

9. Визначте формули оксидів Карбону, якщо відносна густина першого за азотом дорівнює 1 і відносна густина другого за нітроген(І) оксидом також дорівнює 1. Виведіть формули відповідних оксидів і назвіть їх.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

1. *Один газуватий вуглеводень C_xH₂_x має відносну густину за гелієм 14, а другий газуватий вуглеводень C_xH₂_x₊₂ має відносну густину за повітрям 2. Визначте формули цих речовин. Чи полетять догори дві повітряні кульки, якщо їх заповнити цими газами?

2. Густина газу А, що є простою речовиною і складається з двохатомних молекул, за н. у. дорівнює 1,43 г/л. Обчисліть молярну масу газу А й назвіть його.

3. Маса газу А об'ємом 4 л дорівнює 7,5 г, а газу Б такого самого об'єму — 4,64 г. Який із газів важче? Визначте:

а) молярні маси газів, якщо об'єми газів виміряно за н. у.,
б) відносну густину газу А за газом Б,
в) густини газів.

4. Дві однакові колби об'ємом 1 л заповнили газами киснем і азотом за н. у. і поставили на терези. Чи буде порушена рівновага? Якщо так, який газ переважить?

5. *Дві однакові колби заповнені за н. у. газами: киснем і невідомим газом. Маса кисню 8 г, а маса невідомого газу — 0,5 г. Обчисліть молярну масу невідомого газу, напишіть його формулу, якщо відомо, що він є простою речовиною й містить двохатомні молекули. Назвіть його. Який із двох газів можна збирати в колбу, перевернуту догори дном, а який — у колбу звичайним чином?

6. Сполука складається з Карбону й Гідрогену, їхні маси відносяться як 3:1. Виведіть формулу сполуки, назвіть її. Чи полетить кулька, заповнена цим газом? Чи можна цей газ збирати в колбу методом витіснення повітря?

Поясніть свою точку зору.

7. *Маса колби з киснем дорівнює 158 г, маса цієї ж колби з азотом дорівнює 157 г. Якщо цю колбу заповнити сумішшю двох газів — киснем і невідомим газом — у співвідношенні 1:1, тоді маса колби буде дорівнювати 159 г. Обчисліть масу колби, молярну масу невідомого газу, назвіть цей газ, якщо відомо, що він є простою речовиною.

8. Обчисліть середню молярну масу суміші, що містить два гази в мольному співвідношенні 1:1:

а) із завдання 9,
б) із завдання 8.

Обчисліть відносну густину першої суміші за воднем, другої суміші — за гелієм. Чи полетять повітряні кульки, заповнені цими сумішами?

ДОМАШНІ ЕКСПЕРИМЕНТИ

(Просимо допомоги батьків!)

Перед виконанням експерименту треба підготувати на кухні робоче місце, надіти спеціальний одяг, наприклад фартух, заслати стіл клейонкою, підібрати спеціальний посуд і обладнання, які потім не використовуватимуться для приготування їжі. Після закінчення роботи все прибрати та помити руки.

1. Надування кульок

У півлітрову пластикову пляшку налити розчин оцту на 1/4 її об'єму. У надувну кульку насипати питну соду й надіти цю кульку із содою обережно на шийку пляшки. Висипати з кульки соду в пляшку з оцтом. Спостерігати як кулька буде надуватися газом. Яким газом заповнилася кулька? Зав'яжіть кульку й покладіть її на стіл.

Чи піднімається кулька вгору? Зробіть висновок про густину газу порівняно з повітрям (легше він чи важче від повітря).

Підтвердьте ваш висновок розрахунками відносної густини цього газу за повітрям.

2. Цікавий дослід з мильними бульбашками

У широкий невеличкий тазок насипте півпачки питної соди (200-250 г) і налийте півпляшки оцту. Почекайте 1-2 хвилини й почніть опускати свічку, що горить, у тазок. Чи одразу згасла свічка?

В атмосфері якого газу вона згасла? Витягніть свічку й почніть видувати мильні бульбашки в тазок. Чому мильні бульбашки не опускаються в самий низ, а начебто зависають і гойдаються на невидимому батуті?

Покажіть цей дослід своїм молодшим друзям і поясніть їм усе, що вони побачили.

Зміст