§ 24. Відношення об’ємів газів у хімічних реакціях

Матеріал параграфа допоможе вам:

з’ясувати, чому об’єми газів, що беруть участь у реакції, відносяться як невеликі цілі числа;
визначати відношення об’ємів газів за хімічними рівняннями.

Закон об’ємних відношень. Найважливіші вуглеводні — метан, етан та деякі інші — за звичайних умов перебувають у газуватому стані. Гази відрізняються від рідин і твердих речовин тим, що відстані між їхніми частинками (молекулами, а в інертних газах — 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, наприклад, 1 л етану С₂Н₆. У 2 л метану або етану кількість молекул удвічі більша, у 3 л — утричі більша і т. д.

Під час згоряння метану

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О

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). Отже, відношення об’ємів цих реагентів

V(СН₄) : V(О₂) = 1 : 2.

Доходимо й іншого висновку: внаслідок згоряння певного об’єму метану утворюється такий самий об’єм вуглекислого газу.

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

об’єми газів, що взаємодіють і утворюються під час реакції, відносяться між собою 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 ΝΗ₃, і запишіть відношення 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. В разі утворення водяної пари закон об’ємних відношень газів поширюється і на неї. Якщо ж відбувається конденсація пари, то об’єм речовини зменшується приблизно в тисячу разів. У такому випадку 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 відношень.

ЗАДАЧА 1. Визначити об’єм кисню, необхідний для спалювання метану об'ємом 0,8 л.

ЗАДАЧА 2. Суміш етану об'ємом 100 мл і кисню об'ємом 400 мл 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. Обчислити об’єми пропану і кисню (в перерахунку на нормальні умови), що прореагували, якщо після охолодження продуктів реакції утворилася вода об’ємом 36 мл.

ВИСНОВКИ

Об’єми газів, що взаємодіють і утворюються під час реакції, відносяться як невеликі цілі числа (закон об’ємних відношень газів). Ці числа є відповідними коефіцієнтами в хімічному рівнянні.

182. Збільшується, зменшується чи залишається постійним сумарний об’єм реагентів і продуктів під час горіння вуглеводнів (вода утворюється у вигляді пари):

а) СН₄ + О₂→СО₂ + Н₂О;
б) С₂Н₆ + О₂→ СО₂ + Н₂О;
в) С₃Н₈ + О₂→ СО₂ + Н₂О?

183. Який об’єм кисню витрачається на згоряння бутану об’ємом 2 л?

184. За нормальних умов змішали етан об’ємом 1 л і кисень об’ємом 5 л. Суміш газів підпалили. Які гази було виявлено після реакції і повернення умов до початкових? Обчисліть об’єм кожного із цих газів.

185. Після реакції в суміші кисню і водню, об’єм якої становив 40 мл, залишився кисень об’ємом 10 мл. Які об’єми газів були до реакції?

186. У якому об’ємному відношенні потрібно змішати вуглеводень і повітря, щоб їх було достатньо для реакції С₅Н₁₂ + О₂ → СО₂ + Н₂О? Вважайте, що об’ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.

187. Обчисліть об’єм повітря, який витрачається на спалювання газуватої пропан-бутанової суміші об’ємом 1,4 м³, що містить 60 % пропану за об’ємом. Вважайте, що об’ємна частка кисню в повітрі становить 20 %.

188. Який об’єм кисню необхідний для спалювання суміші водню та карбон(ІІ) оксиду, об’єм якої становить 200 мл?

189. У результаті повного згоряння газуватого вуглеводню об’ємом 10 мл утворилися вуглекислий газ і водяна пара об’ємами 40 мл і 50 мл відповідно. Об’єми газів виміряні за однакових умов. Яка формула вуглеводню? (Усно.)

190. Назвіть газуватий гомолог метану, якщо після його спалювання утворився удвічі більший об’єм вуглекислого газу. Обчисліть густину цього вуглеводню за нормальних умов.

191. У результаті спалювання 0,1 моль вуглеводню утворилися 0,2 моль вуглекислого газу і вода масою 5,4 г. Запишіть формулу вуглеводню. (Спробуйте розв’язати задачу усно.)

Зміст