Хімія. 9 клас. Попель

§ 25. Співвідношення об'ємів газів у хімічних реакціях

Матеріал параграфа допоможе вам:

• з'ясувати, чому об'єми газів, що беруть участь у реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа;
• визначати співвідношення об'ємів газів за хімічними рівняннями.

Закон об'ємних співвідношень. Найважливіші вуглеводні — метан, етан, етилен, ацетилен та інші — за звичайних умов перебувають у газуватому стані.

Гази відрізняються від рідин і твердих речовин тим, що відстані між їхніми частинками (молекулами, а у випадку інертних газів — атомами) дуже великі. Завдяки цьому порції різних газів, що містять однакову кількість молекул, займають однаковий об'єм (за одних і тих самих температури й тиску). Це засвідчує закон Авогадро, з яким ви ознайомились у 8 класі. Згідно з ним 1 л метану СН₄ містить стільки молекул, скільки й 1 л етилену С₂Н₄ чи 1 л ацетилену С₂Н₂. У 2 л метану (етилену, ацетилену) кількість молекул удвічі більша, у 3 л — утричі більша і т. д.

Розглянемо реакції, які відбуваються за участю газів.

При згорянні метану

СН₄ + 2O₂ → СО₂ + 2H₂O

кожна його молекула взаємодіє з двома молекулами кисню. На підставі закону Авогадро можна стверджувати, що певний об'єм метану має реагувати з удвічі більшим об'ємом кисню (наприклад, 1 л СН₄— із 2 л О₂).

Метан за високої температури розкладається на ацетилен і водень:

Згідно з хімічним рівнянням, із кожних двох молекул метану утворюються одна молекула ацетилену і три молекули водню. Звідси співвідношення об'ємів продуктів реакції

V(C₂H₂) : V(H₂) = 1 : 3.

Аналізуючи результати дослідів із газами, французький учений Ж. Гей-Люссак сформулював у 1808 р. закон об'ємних співвідношень:

об'єми газів, що вступають у реакцію й утворюються внаслідок реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа.

Згодом з'ясувалося, що ці числа є відповідними коефіцієнтами в рівняннях хімічних реакцій.

Закон Гей-Люссака поширюється на всі речовини, що перебувають у газоподібному стані, — органічні й неорганічні.

• Складіть рівняння реакції водню з азотом, у результаті якої утворюється газ амоніак NH₃, і запишіть співвідношення об'ємів реагентів і продукту реакції.

Звертаємо вашу увагу на реакції між газами, під час яких утворюється вода. Ця речовина, наприклад, є одним із продуктів горіння будь-якого вуглеводню. При утворенні водяної пари закон об'ємних співвідношень газів поширюється і на неї. Якщо ж відбувається конденсація пари, то об'єм речовини зменшується приблизно в тисячу разів. У цьому разі закон Гей-Люссака щодо води не діє (як і щодо інших рідких і твердих речовин).

Розв'язування задач. Розглянемо, як розв'язують задачі з використанням закону об'ємних співвідношень.

ЗАДАЧА 1. Розрахувати об'єм ацетилену, який утворюється внаслідок термічного розкладу 0,8 л метану.

ЗАДАЧА 2. Суміш зі 100 мл ацетилену і 400 мл кисню підпалили. Чи залишився після реакції один із реагентів? У разі позитивної відповіді обчислити об'єм залишку цієї речовини (вважати, що температура й тиск до і після реакції були однаковими).

ЗАДАЧА 3. Які об'єми пропану і кисню (в перерахунку на нормальні умови) вступили в реакцію горіння, якщо після охолодження продуктів реакції утворилося 36 мл води?

ВИСНОВКИ

Об'єми газів, що вступають у реакцію й утворюються внаслідок реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа (закон об'ємних співвідношень газів). Ці числа є відповідними коефіцієнтами в хімічному рівнянні.

• 189. Збільшується, зменшується чи залишається постійним сумарний об'єм речовин унаслідок таких перетворень (вода утворюється у вигляді пари):

а) СН₄ + О₂ → СО₂ + Н₂О;

б) С₂Н₄ + О₂ → СО₂ + Н₂О;

в) С₂Н₂ + О₂ → СО₂ + Н₂О?

• 190. Який об'єм кисню витрачається на згоряння 2 л етилену?
• 191. За нормальних умов змішали 1 л етану і 5 л кисню. Суміш газів підпалили. Які гази було виявлено після реакції і приведення умов до початкових? Обчисліть об'єм кожного із цих газів.
• 192. Після реакції в 40 мл суміші кисню і водню залишилося 10 мл кисню. Які об'єми кисню і водню були до реакції?
• 193. У якому об'ємному співвідношенні потрібно змішати вуглеводень і повітря, щоб їх було достатньо для перебігу реакції С₅Н₁₂ + O₂ → СO₂ + H₂O? Вважайте, що об'ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.
• 194. Який об'єм кисню витратиться на спалювання 200 мл суміші водню та карбон(ІІ) оксиду? Чи потрібно для розв'язання задачі знати кількісний склад суміші цих газів? Відповідь поясніть.
• 195. Під час згоряння в кисні одного об'єму вуглеводню утворюються два об'єми вуглекислого газу й один об'єм водяної пари. Знайдіть формулу вуглеводню. (Усно.)
• 196. При повному згорянні 10 мл газуватого вуглеводню утворилося 40 мл вуглекислого газу і 50 мл водяної пари. Об'єми газів виміряні за однакових умов. Виведіть формулу вуглеводню. (Усно.)
• 197. Яка формула газуватого вуглеводню, якщо внаслідок його спалювання утворюється вдвічі більший об'єм вуглекислого газу, а густина вуглеводню за нормальних умов становить 1,34 г/л?