Підручник з Хімії. 8 клас. Григорович - Нова програма

§ 27. Відносна густина газів

Пригадайте:

• густина — це фізична величина, що дорівнює відношенню маси речовини до її об'єму;

• одиниця вимірювання густини — кг/м³ (або г/л, г/мл).

Відносна густина газів

Густина газів дуже невелика, тому вимірювати маси газуватих речовин дуже незручно. Набагато зручніше порівнювати густини газів, тобто визначати відношення їхніх густин. Цю величину називають відносною густиною газу В за газом А і позначають D_А( В). Методику експериментального визначення відносної густини газів розробив французький хімік Жан Дюма й за допомогою цього методу визначав молекулярні маси невідомих газуватих речовин. Це можливо завдяки тому, що відносна густина газів дорівнює як відношенню густин газуватих речовин, так і відношенню їхніх молярних мас:

Оскільки відносна густина є відношенням двох величин з однаковою розмірністю, то сама відносна густина є безрозмірною величиною.

Для обчислення відносної густини газів за певним газом необхідно обчислити відношення молярних мас газів.

Так, наприклад, відносна густина кисню за воднем дорівнюватиме:

Жан Батист Андре Дюма (1800-1884)

Відомий французький хімік-органік і державний діяч, президент французького хімічного товариства. В юності працював аптекарем. Із 1823 р. працював у Парижі спочатку репетитором, а потім професором у Сорбонні. У 1832 р. заснував власну лабораторію, в якій працював разом із численними учнями. Основні праці Дюма належать до органічної хімії. Своїми працями він суттєво вплинув на розвиток органічної хімії, уперше добув багато органічних речовин (хлороформ, хлороцтову кислоту), розробив нові методи органічного синтезу. Запропонував метод визначення відносної густини випарів, за допомогою якого визначив атомну масу багатьох хімічних елементів і молекулярну масу багатьох сполук.

Відносну густину кисню за гелієм, азотом або повітрям обчислюють у такий самий спосіб. Для обчислення відносної густини за повітрям використовують середню молярну масу повітря, що дорівнює 29 г/моль.

Відносна густина показує, у скільки разів густина одного газу більша за густину іншого. Наприклад, якщо відносна густина вуглекислого газу за воднем дорівнює 22 (D_H2(СO₂) = 22), це означає, що вуглекислий газ важчий за водень у 22 рази. А якщо відносна густина метану за киснем дорівнює 0,5 (D_O2 (СН₄) = 0,5), це означає, що метан легший за кисень у два рази.

Формулюючи свій закон, Авогадро писав: «Густина різних газів є мірою маси їхніх молекул». Розглянемо два гази — А і В — кількістю один моль, що перебувають за однакових умов. Густину газу можна визначити як відношення його маси до об'єму:

Якщо маса й об'єм відомі для одного моля газу, то в це рівняння можна підставити, відповідно, молярну масу й молярний об'єм:

Молярні об'єми різних газів за однакових умов є однаковими, тому густина газу за заданих умов прямо пропорційна його молярній масі. Тобто чим більшою є маса однієї молекули (одного моля молекул), тим більшою буде маса певного об'єму газу — його густина. А відношення густин двох газів дорівнюватиме відношенню їхніх молярних мас:

Розрахунки з використанням відносної густини газів

Задача 1. Обчисліть, у скільки разів азот важчий за гелій.

Задача 2. Відносна густина газуватої простої речовини за повітрям дорівнює 2,45. Обчисліть молярну масу цієї речовини. Яка це може бути речовина?

Висновки

1. Якщо взяти два зразки газуватих речовин однакового об'єму за однакових умов, то можна виміряти відношення їхніх густин та отримати відносну густину цих газів.

2. Відносна густина газів — безрозмірна величина, вона показує, який з газів важчий (має більшу густину) і у скільки разів. Вона дорівнює відношенню молярних мас газів, тому дозволяє визначити молярну масу невідомого газу.

Контрольні запитання

1. Який фізичний зміст має значення відносної густини газу?

2. Запишіть формулу для обчислення відносної густини невідомого газу за воднем, гелієм та вуглекислим газом.

3. Чому дорівнює середня молярна маса повітря?

4. Для визначення відносної густини будь-якого газу за воднем необхідно молярну масу цього газу: а) помножити на молярну масу водню; б) розділити на молярну масу водню; в) скласти з молярною масою водню.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Чому для повітря не можна використовувати поняття «молярна маса», а користуються тільки середньою молярною масою?

2. У скільки разів кисень важчий за; а) водень; б) азот?

3. У якого з газів найменша відносна густина за воднем; азот; кисень; гелій?

4. Знайдіть відносну густину гелію й неону: а) за воднем; б) за повітрям.

5. Знайдіть відносну густину за гелієм таких газів: Н₂, СН₄, N₂, O₂, SO₂.

6. Обчисліть відносну густину: а) хлору Сl за повітрям; б) амоніаку NH₃ за киснем; в) пропану С₃Н₈ за хлором; г) вуглекислого газу СO₂ за повітрям; д) амоніаку NH₃ за воднем; е) сірчистого газу SO₂ за озоном; є) кисню за азотом N₂; ж) метану СН₄ за хлором Сl₂.

7. Відносна густина невідомого газу за воднем дорівнює 17. Визначте молярну масу цього газу. Запишіть його хімічну формулу.

8. Маса 1 л газу за нормальних умов дорівнює 1,251 г. Обчисліть густину цього газу за воднем.

9. Густина невідомого газу за повітрям 1,656. Обчисліть масу 1 л цього газу за нормальних умов. Який газ це міг би бути?

10. Поясніть, чому відносні густини всіх газів за воднем більші за 1.

11. Густина деякого газу за киснем дорівнює 2. Чому дорівнює густина цього газу за воднем?

12. Який газ важчий за кисень у 1,5 разу й утворений одним елементом? важчий у 2 рази й утворений двома елементами?

13. Сполуки Карбону й Нітрогену з Оксигеном за однакових умов мають однакову густину. Визначте формули цих сполук.

14*. Запропонуйте спосіб, у який можна експериментально виміряти відносну густину двох газів.

Перевірте свої знання за темою «Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами».