Хімія. Повторне видання. 8 клас. Попель

§ 21. Відносна густина газу

Матеріал параграфа допоможе вам:

• з’ясувати суть відносної густини газу;
• зрозуміти, як обчислити відносну густину одного газу за іншим газом;
• розв’язувати задачі з використанням відносної густини газів.

Відносна густина газу. В однакових об’ємах різних газів міститься одна й та сама кількість молекул¹. Однак маси однакових об’ємів газів зазвичай різні, бо молекули різних речовин здебільшого мають різну масу. Маса 1 см³ кисню за нормальних умов становить 0,00143 г, а маса такого самого об’єму водню — 0,0000893 г. Отже, кисень важчий за водень (мал. 38). А у скільки разів? Поділимо масу 1 см³ кисню на масу 1 см³ водню:

Мал. 38. Порівняння мас однакових об’ємів газів

¹ За одних і тих самих умов.

Число 16 називають відносною густиною кисню за воднем. Цю фізичну величину позначають літерою D і записують так:

D_H2(O₂) = 16.

Відносна густина газу за іншим газом — це відношення маси певного об’єму газу до маси такого самого об’єму іншого газу (за однакових температури і тиску).

Маса 1 см³ речовини чисельно дорівнює її густині. Густини кисню і водню (за нормальних умов) такі:

ρ(О₂) = 0,00143 г/см³,

ρ(Η₂) = 0,0000893 г/см3.

Дізнатися, у скільки разів кисень важчий за водень, можна, поділивши густину кисню на густину водню:

Із цієї формули зрозуміло, чому фізичну величину, про яку йдеться в параграфі, названо відносною густиною.

Цікаво знати

Найлегший з усіх газів — водень Н₂, найважчий — радон Rn.

Відносна густина, як і відносна атомна або молекулярна маса, не має розмірності.

Якщо взяти по 22,4 л кисню і водню за нормальних умов, то маси газів (у грамах) чисельно дорівнюватимуть їхнім молярним або відносним молекулярним масам. Тому можливі такі варіанти обчислення відносної густини кисню за воднем:

Перетворимо всі наведені вище формули на загальні. Важчий газ позначимо літерою B, легший — літерою A, а відносну густину першого газу за другим — D_A(B):

Запам’ятайте: маси газів можна використовувати для розрахунку відносної густини лише за умови, що V(B) = V(A).

• Обчисліть відносну густину вуглекислого газу за гелієм.

Гази часто порівнюють із повітрям. Хоча повітря — суміш газів, проте його можна умовно вважати газом із відносною молекулярною масою 29. Це число називають середньою відносною молекулярною масою повітря. Воно перебуває у проміжку між числами 32 та 28 — відносними молекулярними масами кисню O₂ та азоту N₂, основних компонентів повітря.

М_r(пов.) = 29

• Доведіть, що гази водень, гелій і метан легші за повітря.

Установити, легший чи важчий певний газ за повітря, дуже просто. Достатньо заповнити ним гумову кульку і відпустити її (мал. 39).

Мал. 39. Рух у повітрі кульок, заповнених різними газами

Формули для розрахунку відносної густини газу В за повітрям мають такий вигляд:

Розв’язування задач. Покажемо, як розв’язують задачі з використанням викладеного в параграфі матеріалу.

ЗАДАЧА 1. Обчислити відносну густину вуглекислого газу за воднем і за повітрям.

Згідно з отриманим результатом вуглекислий газ у 1,52 раза важчий за повітря. Зрозуміло, що повітря у стільки ж разів легше за вуглекислий газ.

Знаючи відносну густину невідомого газу B за відомим газом A, можна обчислити молярну масу газу В за формулою

M(B) = D_A(B) • M(A).

ЗАДАЧА 2. Відносна густина газу Х (сполука Сульфуру) за воднем становить 17. Обчислити молярну масу газу Х і визначити його формулу.

ВИСНОВКИ

Відносна густина газу за іншим газом — це відношення маси певного об’єму газу до маси такого самого об’єму іншого газу (за однакових температури і тиску). Значення відносної густини газу показує, у скільки разів він важчий за інший газ.

Газом порівняння часто слугує повітря, яке поводиться як газ із відносною молекулярною масою 29.

За відносною густиною газу можна обчислити його молярну масу.

142. Зіставте фізичні величини «відносна густина» і «густина».

143. Чому для відносної густини газу не вказують умови — тиск і температуру?

144. Визначте густину повітря за нормальних умов.

145. Обчисліть відносну густину за воднем газів із такими формулами: He, Ne, СН₄, NH₃, N₂, CO, SiH₄, SO₂. (Усно.)

146. Назвіть два-три гази, які важчі за повітря, і доведіть це.

147. Газоподібна проста речовина має відносну густину за воднем 24. Визначте формулу речовини. (Усно.)

148. Відносна густина газу А за повітрям становить 1,59. Обчисліть відносну молекулярну масу цього газу.

149. Існує газ, який легший за повітря в 1,7 раза. Важчий чи легший він за метан CH₄ й у скільки разів?

150. Маса 2 л газу Х становить 3,75 г, а маса такого самого об’єму газу Y — 2,32 г. Визначте густину газу Х, а також його відносну густину за газом Y.

151. Один літр газу за нормальних умов має масу 1,96 г. Яка відносна густина цього газу за азотом?

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Про середню молярну масу повітря

Середня відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29, а не 30 — середньому арифметичному відносних молекулярних мас кисню (32) й азоту (28). Причина полягає в тому, що в повітрі містяться неоднакові кількості цих газів — 21 % кисню за об’ємом і 78 % азоту.

Обчислимо середню молярну масу повітря (вона кількісно дорівнює середній відносній молекулярній масі).

Припустимо, що повітря складається лише з кисню й азоту. Візьмемо наближені значення об’ємних часток¹ цих газів у повітрі:

φ(O₂) = 0,2; φ(Ν₂) = 0,8.

В 1 л повітря перебуватиме 0,2 л кисню і 0,8 л азоту, а у 22,4 л — 0,2 • 22,4 л, тобто 0,2 моль, кисню і 0,8 • 22,4 л, тобто 0,8 моль, азоту.

Визначаємо масу порції повітря, в якій сума кількостей речовини газів становить 1 моль:

m(пов.) = n(О₂) • М(О₂) + n(N₂) • М(N₂) = 0,2 моль • 32 г/моль + 0,8 моль • 28 г/моль = 28,8 г ≈ 29 г.

Отже, M(пов.) = 29 г/моль.

¹ Об’ємну частку позначають грецькою літерою φ («фі»).