Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 23. Молярний об’єм газів. Закон Авогадро. Обчислення з його використанням
Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:
- розповісти про молярний об’єм газів за нормальних умов;
- установлювати взаємозв’язок між фізичними величинами (масою, молярною масою, молярним об’ємом, кількістю речовини);
- обчислювати об’єм певної маси або кількості речовини газу за нормальних умов.
Як вам відомо, речовини можуть перебувати у твердому, рідкому й газоподібному агрегатних станах. Особливості газоподібного стану полягають у тому, що між молекулами, які є структурними частинками газів, відстані в тисячі разів більші, ніж відстані між структурними частинками рідкої, а тим більше — твердої речовини.
МОЛЯРНИЙ ОБ’ЄМ ГАЗІВ. Обчислимо, чому дорівнює об’єм азоту (в літрах) кількістю речовини 1 моль та деяких інших газів. Для цього скористаємося такою відомою вам фізичною характеристикою речовини, як густина (ρ), та формулою для її визначення:
Оскільки тиск і температура суттєво впливають на об’єм газів, для проведення обчислень оберемо однакові температуру (0 °С) і тиск (1 атм, або 101,3 кПа).
Температура 0 °С і тиск 101,3 кПа дістали назву нормальні умови. Нормальні умови скорочено позначають першими малими літерами з крапкою після кожної в круглих дужках — (н.у.).
Обчислення об’єму азоту кількістю речовини 1 моль розпочнемо зі знаходження його відносної молекулярної маси:
Μr(Ν2) = 2 • 14 = 28.
Як ви знаєте, молярна маса речовини дорівнює відносній молекулярній, тому
Отже, азот кількістю речовини 1 моль за нормальних умов займає об’єм 22,4 л. Зауважимо, що, обчислений за інших умов, об’єм матиме інші значення. Так, за температури 20 °С (кімнатної температури) і тиску 101,3 кПа він дорівнюватиме 24 л, а за температури 100 °С і за цього самого тиску — 30,6 л.
Попрацюйте групами
Якби ви продовжили обчислювати за нормальних умов молярний об’єм інших газів, то здобули б значення, близькі до 22,4 л (мал. 39).
Однією з величин, що характеризує будь-яку газоподібну речовину за нормальних умов, є її молярний об’єм (Vm). Молярний об’єм газоподібної речовини за нормальних умов записують Vm, і він дорівнює приблизно 22,4 л/моль.
Мал. 39. Об’єм і маса 1 моль газоподібних речовин, а також кількість молекул у ньому.
Як бачимо за нормальних умов порції газів з однаковою кількістю речовини містять однакову кількість молекул і займають однаковий об’єм. Різною є лише маса порцій.
Попрацюйте групами
З огляду на те, що молярні об’єми різних газів за однакових умов однакові, обчисліть усно об’єм 2 моль кожної із зазначених на малюнку 39 речовин та кількість молекул у цьому об’ємі.
ЗАКОН АВОГАДРО. На початку XIX ст. Амедео Авогадро дійшов такого висновку:
в однакових об’ємах різних газів за однакових умов (температури й тиску) міститься однакова кількість молекул.
Ця закономірність увійшла в історію науки як закон Авогадро.
Відтепер ви знаєте, що за нормальних умов 1 моль будь-якого газу займає об’єм 22,4 л і кількість молекул у ньому дорівнює 6,02 • 1023.
Звідси, якщо порції різних газів за однакових умов містять однакову кількість речовини, то вони займатимуть однакові об’єми.
Ви, очевидно, звертали увагу на те, що найуживанішою фізичною величиною для рідин є об’єм, тоді як для твердих речовин — маса. Це тому, що тверді речовини зберігають свою форму, а рідини — ні (вони набувають форми посудини, у якій містяться). У цьому плані гази подібні до рідин, оскільки власної форми в них теж немає.
ОБЧИСЛЕННЯ ОБ’ЄМУ ПЕВНОЇ МАСИ АБО КІЛЬКОСТІ РЕЧОВИНИ ВІДОМОГО ГАЗУ ЗА НОРМАЛЬНИХ УМОВ. Крім відомої вам формули для обчислення кількості речовини в її порції певної маси n = m/M, існує формула, за якою обчислюють кількість речовини в порції газу певного об’єму (н.у.):
Звідси, за відомою кількістю речовини можна обчислювати об’єм порції газу (н. у.) V = n • Vm.
Приклад 1. Обчисліть об’єм (н. у.) порції карбон(ІІ) оксиду кількістю речовини 5 моль.
Розв’язання
Скористаємося формулою V = n • Vm.
V(СО) = 5 • 22,4 = 112 (л).
Відповідь: об’єм карбон(ІІ) оксиду CO кількістю речовини 5 моль дорівнює 112 л (н. у.).
Приклад 2. Обчисліть об’єм азоту кількістю речовини 0,5 моль.
Розв’язання
Скористаємося формулою V = n • Vm.
Відповідь: об’єм азоту кількістю речовини 0,5 моль становить 11,2 л (н.у.)·
Приклад 3. Обчисліть об’єм порції леткої сполуки Нітрогену з Гідрогеном (н. у.) масою 68 г.
Розв’язання
1. За положенням Нітрогену в таблиці періодичної системи встановлюємо, що молекулярна формула сполуки — ΝΗ3. Це амоніак.
2. Обчислюємо молярну масу сполуки. Для цього спочатку визначаємо її відносну молекулярну масу: Mr(NH3) = Ar(N) + 3 • Аr(Н) = 14 + 3 = 17. Отже, молярна маса амоніаку M(NH3) = 17 г/моль.
3. Обчислюємо кількість речовини амоніаку в порції масою 68 г. 68 г : 17 г/моль = 4 моль.
4. Обчислюємо об’єм порції амоніаку кількістю речовини 4 моль за формулою V = n • Vm. V = 4 • 22,4 = 89,6 (л).
Відповідь: об’єм амоніаку масою 68 г за нормальних умов становить 89,6 л.
Усі три формули широко використовуються в хімічній практиці для газоподібних речовин. Наприклад, якщо у формулу 1 підставити значення об’єму відомої речовини, то відразу обчислимо масу порції цієї речовини.
Якщо ж у формулу 2 підставити значення маси порції відомої речовини, то обчислимо об’єм цієї порції за нормальних умов.
Молярну масу невідомої речовини можна обчислити за допомогою однієї дії за формулою 3. Для цього потрібно знати масу та об’єм порції речовини.
Стисло про основне
• Нормальні умови (н.у.) — температура 0 °С і тиск 101,3 кПа.
• Порція будь-якого газу кількістю речовини 1 моль за нормальних умов займає об’єм 22,4 л.
• Об’єм 1 моль будь-якого газу речовини дістав назву молярного об’єму, що позначається Vm.
• Італійський учений Амедео Авогадро відкрив закон, названий на його честь законом Авогадро: в однакових об’ємах різних газів за однакових температури й тиску міститься однакова кількість молекул.
• Для обчислення об’єму порції газу потрібно кількість речовини в цій порції помножити на молярний об’єм: V= n • Vm.
Знаємо, розуміємо
1. Що розуміють під молярним об’ємом газів? Які умови дістали назву нормальних?
2. Дослідіть за малюнком 39, скільки молекул міститься в різних газах кількістю речовини 1 моль.
3. Дослідіть за малюнком 39, який об’єм займає 1 моль будь-якої газоподібної речовини за нормальних умов.
Застосовуємо
63. Обчисліть молярний об’єм водню за нормальних умов, якщо його густина дорівнює 0,089285 г/л.
64. Обчисліть кількість речовини кисню, що за нормальних умов має об’єм 56 л.
65. Обчисліть об’єм за нормальних умов порції вуглекислого газу масою 88 г.
66. Обчисліть об’єм (н.у.) порції азоту, що містить 24,08 • 1023 атомів.
67. Поміркуйте, більший чи менший об’єм займе кисень кількістю речовини 1 моль за температури 40 °С, ніж за нормальних умов.
