Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 24. Відносна густина газів. Обчислення з використанням відносної густини газів

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

давати визначення відносної густини газів;
розрізняти густину речовини та відносну густину газів;
обчислювати відносну густину газу за іншим газом.

Під час вивчення речовин та явищ не обійтися без порівнянь. Їх здійснюють за різними характеристиками — масою, розмірами, зарядами структурних частинок, фізичними чи хімічними властивостями тощо. Ви вже ознайомлені з такою фізичною величиною, як густина (або її ще називають дійсна густина), яку позначають ρ (вимовляється «ро»). Вона є характеристикою речовини, що кількісно визначається відношенням маси до об’єму в абсолютно густому стані (без урахування пор, тріщин).

ВІДНОСНА ГУСТИНА ГАЗІВ. Для газів досить уживаною ознакою порівняння є не дійсна, а відносна густина газів (позначається великою літерою D (вимовляється «де») латинського алфавіту).

Відносна густина одного газу за іншим газом (D) — це відношення густини одного газу (ρ₁) до густини іншого газу (ρ₂), виміряних за однакових умов:

Оскільки густина — це маса одного об’єму речовини, а молярний об’єм усіх газів за нормальних умов однаковий — 22,4 л, робимо висновок про те, що густини газів відносяться між собою, як їхні молярні маси. Вам відомо, що молярні маси чисельно дорівнюють відносним молекулярним масам речовин. Звідси відносна густина газів може бути обчислена за формулою:

де М_r₁ — відносна молекулярна маса газу, для якого визначають відносну густину; М_r₂ — відносна молекулярна маса газу, за яким визначають густину.

Внизу справа після літери D пишуть формулу газу, за яким обчислюють густину іншого газу. Наприклад, густина за воднем позначається D_Н2, густина за киснем — D_O₂·

Як і відносна молекулярна маса, відносна густина газу — величина безрозмірна, бо показує, у скільки разів один газ легший або важчий за інший.

ОБЧИСЛЕННЯ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ОДНОГО ГАЗУ ЗА ІНШИМ. Відносну густину газів можна обчислювати за будь-яким газом — воднем, киснем (мал. 40), вуглекислим газом тощо, а також за газоподібними сумішами. Якщо говорять про газоподібні суміші речовин, то йдеться про середню відносну молекулярну масу суміші, встановлену на основі обчислення маси суміші за нормальних умов в об’ємі 22,4 л. Найчастіше відносну густину газів обчислюють за воднем і повітрям.

Мал. 40. Відносні густини газів: а — метану за повітрям; б — озону за киснем; в — пропану за карбон(ІV) оксидом

Середня відносна молекулярна маса повітря за нормальних умов дорівнює 29.

Це означає, що порція повітря об’ємом 22,4 л за нормальних умов має масу 29 г.

ОБЧИСЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ГАЗІВ.

Приклад 1. Обчисліть відносну густину кисню за воднем (D_Н2).

Розв’язання

М_r(О₂) = 2 • 16 = 32;

М_r(Н₂) =1 • 2 = 2.

Обчислення проведемо за формулою:

Відповідь: густина кисню за воднем дорівнює 16, тобто кисень у 16 разів важчий за водень, а водень у стільки само разів легший від кисню.

Щоразу, обчислюючи відносну густину газу за воднем, у знаменнику маємо записувати число 2 (саме такою є відносна молекулярна маса цієї речовини). Тому формулу для обчислення відносної густини газів за воднем подають у такому вигляді.

На практиці найчастіше виникає потреба в обчисленнях відносної густини газу за повітрям.

Оскільки відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29, то обчислення відносної густини за повітрям здійснюють за поданою формулою.

Звідси: М_r = D_пов • 29.

Пригадайте! У 7 класі ви вивчали добування та збирання кисню. Поміркуйте, як треба розташовувати посудину для збирання газоподібної речовини, легшої за повітря, щоб зібрати її способом витіснення повітря.

Приклад 2. Обчисліть відносну густину кисню за повітрям (D_пов).

Розв’язання

М_r(О₂) = 2 • 16 = 32; М_r(пов) = 29;

Відповідь: відносна густина кисню за повітрям D_пов = 1,1.

Як бачимо, кисень дещо важчий за повітря, тому для його збирання витісненням повітря посудину розташовують донизу дном.

Приклад 3. Обчисліть відносну густину водню за повітрям (D_пов).

Розв’язання

М_r(Н₂) = 2 • 1 = 2; М_r(пов) = 29;

Відповідь: відносна густина водню за повітрям D_пов = 0,07.

У розглянутих прикладах кисень важчий за водень та повітря, тоді як водень легший від повітря. Ці та інші приклади доводять: якщо відносна густина газу більша за одиницю, він важчий, ніж той, з яким його порівнюють. І навпаки, якщо одержана величина менша від одиниці, газ легший, ніж той, з яким його порівнюють.

Похідними формули відносної густини газів є такі формули:

Приклад 4. Обчисліть відносну молекулярну масу газу, відносна густина якого за повітрям дорівнює 2.

Розв’язання

Відповідь: відносна молекулярна маса газу дорівнює 58.

Приклад 5. Бінарна сполука Нітрогену з Гідрогеном має густину за воднем 8,5. Установіть хімічну формулу речовини, якщо масова частка Нітрогену в речовині дорівнює 82 % .

Стисло про основне

• Густину речовини обчислюють за формулою ρ = m/V.

• Відносна густина газів — безрозмірна величина, що показує, у скільки разів один газ важчий або легший за інший.

• За відомою відносною густиною газу можна обчислювати його молярну масу.

• Вибір способу збирання газів витісненням повітря здійснюють на основі результатів обчислення відносної густини газів за повітрям: якщо вона більша за одиницю, то посудину для наповнення газом тримають донизу дном, а якщо менша — догори дном.

Знаємо, розуміємо

1. Сформулюйте визначення фізичної величини «густина речовини».

2. Дайте визначення відносної густини газів. За якими формулами її обчислюють?

3. Обчисліть густину хлору за воднем та повітрям.

4. Учням потрібно дослідним шляхом добути та зібрати в пробірку нітроген(ІV) оксид. Думки учнів щодо способу збирання цього газу розділились. Одні учні вирішили збирати нітроген(IV) оксид, тримаючи пробірку донизу дном, інші — догори дном. Поясніть, хто з них помилявся та чому.

5. Які з перелічених газів підходять для наповнення аеростатів: водень, кисень, гелій, карбон(ІV) оксид? Відповідь поясніть.

6. Зазначте правильне розташування пробірки для збирання карбон(ІV) оксиду. Обґрунтуйте свій вибір.

7. Що важче: 1 л кисню чи 1 л чадного газу CO (н. у.)? Відповідь обґрунтуйте.

Застосовуємо

68. Розгляньте малюнок 40 на с. 130 і поясніть, чому саме так розташовані шальки терезів за зважування однакових об’ємів зазначених на малюнках газів. Як, на вашу думку, розташуються шальки терезів, якщо на них помістити кульки однакового об’єму, наповнені:

а) повітрям і воднем;
б) карбон(ІІ) оксидом і азотом;
в) карбон(IV) оксидом і хлором;
г) воднем і гелієм?

69. Ми звикли говорити й чути вислови порожня чашка, порожня банка. Чи правильно це? Наскільки легшою є насправді порожня посудина об’ємом 3 л, яку після викачування повітря герметично закрили, від тієї, що стоїть у кімнаті відкритою (н.у.)?

70. Обчисліть відносну густину: а) азоту за нітроген(II) оксидом; б) метану за повітрям.

71. Обчисліть молярну масу газу, густина за киснем якого дорівнює 2.