Молярный объем расчет. Молярный объем газа

Цель:
Познакомить учащихся с понятиями «количество вещества», «молярная масса» дать представление о постоянной Авогадро. Показать взаимосвязь количества вещества, числа частиц и постоянной Авогадро, а также взаимосвязь молярной массы, массы и количества вещества. Научить производить расчёты.

1)Что такое количество вещества?
2) Что такое моль?
3)Сколько структурных единиц содержится в 1 моле?
4) Через какие величины можно определить количество вещества?
5) Что такое молярная масса, с чем численно совпадает?
6)Что такое молярный объем?

Количество вещества - физическая величина, которая означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов) Обозначается n (эн) измеряется в международной системе единиц (Си) моль
Число Авогадро - показывает число частиц в 1 моль вещества Обозначается NA измеряется в моль-1 имеет числовое значение 6,02*10^23
Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе. Молярная масса - физическая величина, которая показывает массу в 1 моля вещества Обозначается М измеряется в г/моль М = m/n
Молярный объем - физическая величина, которая показывает объем, который занимает любой газ количеством вещества 1 моль Обозначается Vm измеряется в л/моль Vm = V/n При н.у. Vm=22,4л/моль
МОЛЬ - это КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА, равное 6,02 . 10 23 структурных единиц данного вещества – молекул (если вещество состоит из молекул), атомов (если это атомарное вещество), ионов (если вещество является ионным соединением).
1 моль (1 М) воды = 6 . 10 23 молекул Н 2 О,

1 моль (1 М) железа = 6 . 10 23 атомов Fe,

1 моль (1 М) хлора = 6 . 10 23 молекул Cl 2 ,

1 моль (1 М) ионов хлора Cl - = 6 . 10 23 ионов Cl - .

1 моль (1 М) электронов е - = 6 . 10 23 электронов е - .

Задачи:
1)Сколько молей кислорода содержится в 128 г кислорода?

2) При грозовых разрядах в атмосфере происходит следующая реакция: N 2 + O 2 ® NO 2 . Уравняйте реакцию. Сколько молей кислорода потребуется для полного превращения 1 моля азота в NO 2 ? Сколько это будет граммов кислорода? Сколько граммов NO 2 образуется?

3) В стакан налили 180 г воды. Сколько молекул воды в стакане? Сколько это молей H 2 O?

4)Смешали 4 г водорода и 64 г кислорода. Смесь взорвали. Сколько граммов воды получилось? Сколько граммов кислорода осталось не израсходованным?

Домашнее задание: параграф 15, упр. 1-3,5

Молярный объем газообразных веществ.
Цель: образовательная – систематизировать знания учащихся о понятиях количество вещества, число Авогадро, молярная масса, на их основе сформировать представление о молярном объеме газообразных веществ; раскрыть сущность закона Авогадро и его практического применения;

развивающая – формировать способность к адекватному самоконтролю и самооценке; развивать умение логически мыслить, выдвигать гипотезы, делать аргументированные выводы.

Ход урока:
1.Организационный момент.
2.Объявление темы и целей урока.

3.Актуализация опорных знаний
4.Решение задач

Закон Авогадро – это один из самых важных законов химии (сформулирован Амадео Авогадро в 1811г), гласящий, что «в равных объемах разных газов, которые взяты при одинаковом давлении и температуре, содержится одинаковое число молекул».

Молярный объем газов – объем газа, содержащий 1 моль частиц этого газа.

Нормальные условия – температура 0 С (273 K) и давление 1 атм (760 мм ртутного столба или 101 325 Па).

Ответьте на вопросы:

1. Что называется атомом? (Атом – самая мелкая химически неделимая часть химического элемента, которая является носителем его свойств).

2. Что такое моль? (Моль - это количества вещества, которое равно 6,02.10^23 структурных единиц этого вещества – молекул, атомов, ионов. Это количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода).

3. В чем измеряется количество вещества? (В моль).

4. В чем измеряется масса вещества? (Масса вещества измеряется в граммах).

5. Что такое молярная масса и в чем она измеряется? (Молярная масса – это масса 1 моль вещества. Она измеряется в г/моль).

Следствия закона Авогадро.

Из закона Авогадро вытекают 2 следствия:

1. Один моль любого газа занимает одинаковый объем при одинаковых условиях. В частности, при нормальных условиях, т. е. при 0 °C (273К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа равен 22,4 л. Этот объём называют молярным объёмом газа Vm. Пересчитать эту величину на другие температуру и давление можно с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона (Рисунок 3).

Молярный объем газа при нормальных условиях - фундаментальная физическая постоянная, широко используемая в химических расчетах. Она позволяет применять объем газа вместо его массы. Значение молярного объема газа при н.у. является коэффициентом пропорциональности между постоянными Авогадро и Лошмидта

2. Молярная масса первого газа равна произведению массы молярной второго газа на относительную плотность по второму первого газа. Это положение имело огромное значение для развития химии, т.к. оно дало возможность определять частичный вес тел, которые способны переходить в парообразное или газообразное состояние. Следовательно, отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа, взятого при тех же условиях, называется плотностью первого газа по второму

1. Заполните пропуски:

Молярный объем - это физическая величина, которая показывает....................., обозначается...................., измеряется в...................... .

2. Запишите формулу по правилу.

Объем газообразного вещества (V) равен произведению молярного объема

(Vm) на количество вещества (n) ............................. .

3. Используя материал задания 3, выведите формулы для расчета:

а) объема газообразного вещества.

б) молярного объема.

Домашнее задание: параграф 16,упр. 1-5

Решение задач на вычисление количества вещества, массы и объема.

Обобщение и систематизация знаний по теме «Простые вещества»
Цель: обобщить и систематизировать знания обучающихся об основных классах соединений
Ход работы:

1)Организационный момент

2) Обобщение изученного материала:

а)Устный опрос по теме урока

б) Выполнение задания 1 (нахождение оксидов, оснований, кислот, солей среди заданных веществ)

в) Выполнение задания 2 (составление формул оксидов, оснований, кислот, солей)

3. Закрепление (самостоятельная работа)

5. Домашнее задание

2)
а)
- На какие две группы можно разделить вещества?

Какие вещества называются простыми?

На какие две группы делятся простые вещества?

Какие вещества называются сложными?

Какие сложные вещества известны?

Какие вещества называются оксидами?

Какие вещества называются основаниями?

Какие вещества называются кислотами?

Какие вещества называются солями?

б)
Выписать отдельно оксиды, основания, кислоты, соли:

KOH, SO 2 , HCI, BaCI 2 , P 2 O 5 ,

NaOH, CaCO 3 , H 2 SO 4 , HNO 3 ,

MgO, Ca(OH) 2 , Li 3 PO 4

Назвать их.

в)
Составить формулы оксидов, соответствующих основаниям и кислотам:

Гидроксид калия-оксид калия

Гидроксид железа(III)-оксид железа(III)

Фосфорная кислота-оксид фосфора(V)

Серная кислота-оксид серы(VI)

Составить формулу соли нитрата бария; по зарядам ионов, степени окисления элементов записать

формулы соответствующих гидроксидов, оксидов, простых веществ.

1. Степень окисления серы равна +4 в соединении:

2. К оксидам относится вещество:

3. Формула сернистой кислоты:

4. Основанием является вещество:

5. Соль K 2 CO 3 называется:

1- силикат калия

2- карбонат калия

3- карбид калия

4- карбонат кальция

6. В растворе какого вещества лакмус изменит окраску на красную:

2- в щелочи

3- в кислоте

Домашнее задание: повторить параграфы 13-16

Контрольная работа №2
«Простые вещества»

Степень окисления: бинарные соединения

Цель: научить составлять молекулярные формулы веществ, состоящих из двух элементов по степени окисления. продолжить закрепление навыка определения степени окисления элемента по формуле.
1. Степень окисления (с. о.) - это условный заряд атомов химического элемента в сложном веществе, вычисленный на основе предположения, что оно состоит из простых ионов.

Следует знать!

1) В соединениях с. о. водорода = +1, кроме гидридов .
2) В соединениях с. о. кислорода = -2, кроме пероксидов и фторидов
3) Степень окисления металлов всегда положительна.

Для металлов главных подгрупп первых трёх групп с. о. постоянна:
металлы IA группы - с. о. = +1,
металлы IIA группы - с. о. = +2,
металлы IIIA группы - с. о. = +3.
4) У свободных атомов и простых веществ с. о. = 0.
5) Суммарная с. о. всех элементов в соединении = 0.

2. Способ образования названий двухэлементных (бинарных) соединений.

3.

Задания:
Составьте формулы веществ по названию.

Сколько молекул содержится в 48 г оксида серы (IV)?

Степень окисления марганца в соединении К2МnO4 равна:

Максимальную степень окисления хлор проявляет в соединении, формула которого:

Домашнее задание: параграф 17, упр. 2,5,6

Оксиды. Летучие водородные соединения.
Цель: формирование знаний у учащихся о важнейших классах бинарных соединений – оксидах и летучих водородных соединениях.

Вопросы:
– Какие вещества называются бинарными?
– Что называется степенью окисления?
– Какую степень окисления будут иметь элементы, если они отдают электроны?
– Какую степень окисления будут иметь элементы, если они принимают электроны?
– Как определить, сколько электронов будут отдавать, или принимать элементы?
– Какую степень окисления будут иметь одиночные атомы или молекулы?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит сера?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит хлор?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит водород?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит азот?
– Как будут называться соединения, если в формуле на втором месте стоит кислород?
Изучение новой темы:
– Что общего в этих формулах?
– Как будут называться такие вещества?

SiO 2 , H 2 O, CO 2 , AI 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CO.
Оксиды – широко распространенный в природе класс веществ неорганических соединений. К оксидам относят такие хорошо известные соединения, как:

Песок (диоксид кремния SiO2 с небольшим количеством примесей);

Вода (оксид водорода H2O);

Углекислый газ (диоксид углерода CO2 IV);

Угарный газ (CO II оксид углерода);

Глина (оксид алюминия AI2O3 с небольшим количеством других соединений);

Большинство руд черных металлов содержат оксиды, например красный железняк - Fe2O3 и магнитный железняк - Fe3O4.

Летучие водородные соединения - наиболее практически важная группа соединений с водородом. К ним относятся такие часто встречающиеся в природе или используемые в промышленности вещества, как вода, метан и другие углеводороды, аммиак, сероводород, галогеноводороды. Многие из летучих водородных соединений находятся в виде растворов в почвенных водах, в составе живых организмов, а также в газах, образующихся при биохимических и геохимических процессах, поэтому весьма велика их биохимическая и геохимическая роль.
В зависимости от химических свойств различают:

Солеобразующие оксиды:

o основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I-II;

o кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2): оксиды металлов со степенью окисления V-VII и оксиды неметаллов;

o амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3): оксиды металлов со степенью окисления III-IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);

Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.

Домашнее задание: параграф 18, упр.1,4,5

Основания.
Цель:
познакомить учащихся с составом, классификацией и представителями класса оснований

продолжить формирование знаний об ионах на примере сложных гидроксид-ионов

продолжить формирование знаний о степени окисления элементов, химической связи в веществах;

дать понятие о качественных реакциях и индикаторах;

формировать навыки обращения с химической посудой и реактивами;

формировать бережное отношение к своему здоровью.

Кроме бинарных соединений, существуют сложные вещества, например основания, которые состоят из трех элементов: металла, кислорода п водорода.
Водород и кислород в них входит в виде гидроксогруппы ОН -. Следовательно, гидроксогруппа ОН- представляет собой ион, только не простой, как Na+ или Сl-, а сложный - ОН- - гидроксид-ион.

Основания - это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и связанных с ними одного или нескольких гидроксид ионов.
Если заряд иона металла 1+, то, разумеется, с ионом металла связана одна гидроксогруппа ОН-, если 2+, то две и т. д. Следовательно, состав основании можно записать общей формулой: М(ОН)n, где М - металл, m - число групп ОН и в то же время заряд иона (степень окисления) металла.

Названия оснований состоят из слова гидроксид н наименования металла. Например, Na0Н - гидроксид натрия. Са(0Н)2 - гидроксид кальция.
Если же металл проявляет переменную степень окисления, то ее величину так же, как и для бинарных соединений, указывают римской цифрой в скобках и произносят в конце названия основания, например: СuОН - гидроксид меди (I), читается "гидроксид меди один"; Сг(ОН), - гидроксид меди (II), читается «гидроксид меди два».

По отношению к воде основания делятся на две группы: растворимые NaOH, Са(ОН)2, K0Н, Ва(ОН)? и нерастворимые Сг(ОН)7, Ке(ОН)2. Растворимые основания также называют щелочами. О том, растворимо основание или нерастворимо в воде, можно узнать с помощью таблицы "Растворимость оснований, кислот и солей в воде".

Гидроксид натрия NaОН - твердое белое вещество, гигроскопичное и поэтому расплывающееся на воздухе; хорошо растворяется в воде, при этом выделяется теплота. Раствор гидроксида натрия в воде мылкий на ощупь и очень едкий. Он разъедает кожу, ткани, бумагу и другие материалы. За это свойство гидроксид натрия получил название едкого натра. С гидроксидом натрия и его растворами надо обращаться осторожно, опасаясь, чтобы они не попали на одежду, обувь, а тем более на руки и лицо. На коже от этого вещества образуются долго не заживающие раны. NaОН применяют в мыловарении, кожевенной и фармацевтической промышленности.

Гидроксид калия КОН - тоже твердое белое вещество, хорошо растворимое в воде, с выделением большого количества теплоты. Раствор гидроксида калия, как и раствор едкого натра, мылок на ощупь и очень едок. Поэтому гидроксид калия иначе называют едкое кали. Применяют его в качестве добавки при производстве мыла, тугоплавкого стекла.

Гидроксид кальция Са(ОН)2 или гашеная известь, - рыхлый белый порошок, немного растворимый в воде (в таблице растворимости против формулы Са(ОН)а стоит буква М, что означает малорастворимое вещество). Получается при взаимодействии негашеной извести СаО с водой. Этот процесс называют гашением. Гидроксид кальция применяют в строительстве при кладке и штукатурке стен, для побелки деревьев, для получения хлорной извести, которая является дезинфицирующим средством.

Прозрачный раствор гидроксида кальция называется известковой водой. При пропускании через известковую воду СО2 она мутнеет. Такой опыт служит для распознавания углекислого газа.

Реакции, с помощью которых распознают определенные химические вещества, называют качественными реакциями.

Для щелочей тоже существуют качественные реакции, с помощью которых растворы щелочей можно распознать среди растворов других веществ. Это реакции щелочей с особыми веществами - индикаторами (лат. «указателями»). Если к раствору щелочи добавить несколько капель раствора индикатора, то он изменит свой цвет

Домашнее задание: параграф 19 , упр.2-6, таблица 4

Где m-масса,M-молярная масса, V- объем.

4. Закон Авогадро. Установлен итальянским физиком Авогадро в 1811 г. Одинаковые объемы любых газов, отобранные при одной температуре и одинаковом давлении, содержат одно и тоже число молекул.

Таким образом, можно сформулировать понятие количества вещества: 1 моль вещества содержит число частиц, равное 6,02*10 23 (называемое постоянной Авогадро)

Следствием этого закона является то, что 1 моль любого газа занимает при нормальных условиях (Р 0 =101,3кПа и Т 0 =298К) объём, равный 22,4л.

5. Закон Бойля-Мариотта

При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:

6. Закон Гей-Люссака

При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:

V/T = const.

7. Зависимость между объемом газа, давлением и температурой можно выразить объединенным законом Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, которым пользуются для приведения объемов газа от одних условий к другим:

P 0 , V 0 ,T 0 -давление объема и температуры при нормальных условиях: P 0 =760 мм рт. ст. или 101,3 кПа; T 0 =273 К (0 0 С)

8. Независимая оценка значения молекулярноймассы М может быть выполнена с использованием так называемого уравнения состояния идеального газа или уравнения Клапейрона-Менделеева :

pV=(m/M)*RT=vRT. (1.1)

где р - давление газа в замкнутой системе, V - объем системы, т - масса газа, Т - абсолютная температура, R - универсальная газовая постоянная.

Отметим, что значение постоянной R может быть получено подстановкой величин, характеризующих один моль газа при н.у., в уравнение (1.1):

r = (р V)/(Т)=(101,325кПа 22.4 л)/(1 моль 273К)=8.31Дж/моль.К)

Примеры решения задач

Пример 1. Приведение объема газа к нормальным условиям.

Какой объем (н.у.) займут 0,4×10 -3 м 3 газа, находящиеся при 50 0 С и давлении 0,954×10 5 Па?

Решение. Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются общей формулой, объединяющей законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Объем газа (н.у.) равен , где Т 0 = 273 К; р 0 = 1,013×10 5 Па; Т = 273 + 50 = 323 К;

м 3 = 0,32×10 -3 м 3 .

При (н.у.) газ занимает объем, равный 0,32×10 -3 м 3 .

Пример 2. Вычисление относительной плотности газа по его молекулярной массе.

Вычислите плотность этана С 2 Н 6 по водороду и воздуху.

Решение. Из закона Авогадро вытекает, что относительная плотность одного газа по другому равна отношению молекулярных масс (М ч ) этих газов, т.е. D=М 1 /М 2 . Если М 1 С2Н6 = 30, М 2 Н2 = 2, средняя молекулярная масса воздуха равна 29, то относительная плотность этана по водороду равна D Н2 = 30/2 =15.

Относительная плотность этана по воздуху: D возд = 30/29 = 1,03, т.е. этан в 15 раз тяжелее водорода и в 1,03 раза тяжелее воздуха.

Пример 3. Определение средней молекулярной массы смеси газов по относительной плотности.

Вычислите среднюю молекулярную массу смеси газов, состоящей из 80 % метана и 20 % кислорода (по объему), используя значения относительной плотности этих газов по водороду.

Решение. Часто вычисления производят по правилу смешения, которое заключается в том, что отношение объемов газов в двухкомпонентной газовой смеси обратно пропорционально разностям между плотностью смеси и плотностями газов, составляющих эту смесь. Обозначим относительную плотность газовой смеси по водороду через D Н2 . она будет больше плотности метана, но меньше плотности кислорода:

80D Н2 – 640 = 320 – 20D Н2 ; D Н2 = 9,6.

Плотность этой смеси газов по водороду равна 9,6. средняя молекулярная масса газовой смеси М Н2 = 2D Н2 = 9,6×2 = 19,2.

Пример 4. Вычисление молярной массы газа.

Масса0,327×10 -3 м 3 газа при 13 0 С и давлении 1,040×10 5 Па равна 0,828×10 -3 кг. Вычислите молярную массу газа.

Решение. Вычислить молярную массу газа можно, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

где m – масса газа; М – молярная масса газа; R – молярная (универсальная) газовая постоянная, значение которой определяется принятыми единицами измерения.

Если давление измерять в Па, а объем в м 3 , то R =8,3144×10 3 Дж/(кмоль×К).

Для того, чтобы узнать состав любых газообразных веществ необходимо уметь оперировать такими понятиями, как молярный объем, молярная масса и плотность вещества. В данной статье рассмотрим, что такое молярный объем, и как его вычислить?

Количество вещества

Количественные расчеты проводят с целью, чтобы в реальности осуществить тот или иной процесс или узнать состав и строение определенного вещества. Эти расчеты неудобно производить с абсолютными значениями массы атомов или молекул из-за того, что они очень малы. Относительные атомные массы также в большинстве случаев невозможно использовать, так как они не связаны с общепринятыми мерами массы или объема вещества. Поэтому введено понятие количество вещества, которое обозначается греческой буквой v (ню) или n. Количество вещества пропорционально числу содержащихся в веществе структурных единиц (молекул, атомных частиц).

Единицей количества вещества является моль.

Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода.

Масса 1 атома равна 12 а. е. м., поэтому число атомов в 12 г изотопа углерода равно:

Na= 12г/12*1,66057*10в степени-24г=6,0221*10 в степени 23

Физическая величина Na называется постоянной Авогадро. Один моль любого вещества содержит 6,02*10 в степени 23 частиц.

Рис. 1. Закон Авогадро.

Молярный объем газа

Молярный объем газа – это отношение объема вещества к количеству этого вещества. Эту величину вычисляют при делении молярной массы вещества на его плотность по следующей формуле:

где Vm – молярный объем, М – молярная масса, а p – плотность вещества.

Рис. 2. Молярный объем формула.

В международной системе Си измерение молярного объема газообразных веществ осуществляется в кубических метрах на моль (м 3 /моль)

Молярный объем газообразных веществ отличается от веществ, находящихся в жидком и твердом состоянии тем, что газообразный элемент количеством 1 моль всегда занимает одинаковый объем (если соблюдены одинаковые параметры).

Объем газа зависит от температуры и давления, поэтому при расчетах следует брать объем газа при нормальных условиях. Нормальными условиями считается температура 0 градусов и давление 101,325 кПа. Молярный объем 1 моля газа при нормальных условиях всегда одинаков и равен 22,41 дм 3 /моль. Этот объем называется молярным объемом идеального газа. То есть, в 1 моле любого газа (кислород, водород, воздух) объем равен 22,41 дм 3 /м.

Рис. 3. Молярный объем газа при нормальных условиях.

Таблица «молярный объем газов»

В следующей таблице представлен объем некоторых газов:

Газ	Молярный объем, л
H 2	22,432
O 2	22,391
Cl 2	22,022
CO 2	22,263
NH 3	22,065
SO 2	21,888
Идеальный	22,41383

Что мы узнали?

Молярный объем газа, изучаемый по химии (8 класс) наряду с молярной массой и плотностью являются необходимыми величинами для определения состава того или иного химического вещества. Особенностью молярного газа является то, что в одном моле газа всегда содержится одинаковый объем. Этот объем называется молярным объемом газа.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 182.

Где m-масса,M-молярная масса, V- объем.

5. Закон Бойля-Мариотта

6. Закон Гей-Люссака

При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:

V/T = const.

P 0 , V 0 ,T 0 -давление объема и температуры при нормальных условиях: P 0 =760 мм рт. ст. или 101,3 кПа; T 0 =273 К (0 0 С)

pV=(m/M)*RT=vRT. (1.1)

r = (р V)/(Т)=(101,325кПа 22.4 л)/(1 моль 273К)=8.31Дж/моль.К)

Примеры решения задач

Пример 1. Приведение объема газа к нормальным условиям.

Какой объем (н.у.) займут 0,4×10 -3 м 3 газа, находящиеся при 50 0 С и давлении 0,954×10 5 Па?

pV/T = p 0 V 0 /T 0 .

Объем газа (н.у.) равен, где Т 0 = 273 К; р 0 = 1,013×10 5 Па; Т = 273 + 50 = 323 К;

М 3 = 0,32×10 -3 м 3 .

При (н.у.) газ занимает объем, равный 0,32×10 -3 м 3 .

Пример 2. Вычисление относительной плотности газа по его молекулярной массе.

Вычислите плотность этана С 2 Н 6 по водороду и воздуху.

Пример 3. Определение средней молекулярной массы смеси газов по относительной плотности.

80D Н2 – 640 = 320 – 20D Н2 ; D Н2 = 9,6.

Плотность этой смеси газов по водороду равна 9,6. средняя молекулярная масса газовой смеси М Н2 = 2D Н2 = 9,6×2 = 19,2.

Пример 4. Вычисление молярной массы газа.

Масса0,327×10 -3 м 3 газа при 13 0 С и давлении 1,040×10 5 Па равна 0,828×10 -3 кг. Вычислите молярную массу газа.

Решение. Вычислить молярную массу газа можно, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

Если давление измерять в Па, а объем в м 3 , то R =8,3144×10 3 Дж/(кмоль×К).

3.1. При выполнении измерений атмосферного воздуха, воздуха рабочей зоны а также промышленных выбросов и углеводородов в газовых магистралях существует проблема приведения объемов измеряемого воздуха к нормальным (стандартным) условиям. Часто на практике при проведении измерений качества воздуха не используется пересчет измеренных концентраций к нормальным условиям, в результате чего получаются недостоверные результаты.

Приведем выдержку из Стандарта:

«Измерения приводят к стандартным условиям, используя следующую формулу:

С 0 = C 1 * Р 0 Т 1 / Р 1 Т 0

где: С 0 - результат, выраженный в единицах массы на единицу объема воздуха, кг /куб. м, или количества вещества на единицу объема воздуха, моль/куб. м, при стандартных температуре и давлении;

С 1 - результат, выраженный в единицах массы на единицу объема воздуха, кг /куб. м, или количества вещества на единицу объема

воздуха, моль/куб. м, при температуре Т 1 , К, и давлении Р 1 , кПа.»

Формула приведения к нормальным условиям в упрощенном виде имеет вид (2)

С 1 = С 0 * f , где f = Р 1 Т 0 / Р 0 Т 1

стандартный пересчетный коэффициент приведения к нормальным условиям. Параметры воздуха и примесей измеряют при разных значениях температуры, давления и влажности. Результаты приводят к стандартным условиям для сравнения измеренных параметров качества воздуха в различных местах и различных климатических условиях.

3.2.Отраслевые нормальные условия

Нормальные условия это стандартные физические условия, с которыми обычно соотносят свойства веществ (Standard temperature and pressure, STP). Нормальные условия определены IUPAC (Международным союзом практической и прикладной химии) следующим образом: Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт.ст.. Температура воздуха 273,15 K = 0° C.

Стандартные условия (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP) это нормальные окружающие температура и давление: давление 1 Бар = 10 5 Па = 750,06 мм Т. ст.; температура 298,15 К = 25 °С.

Другие области.

Измерения качества воздуха.

Результаты измерений концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны приводят к условиям: температуре 293 К (20°С) и давлению 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Аэродинамические параметры выбросов загрязняющих веществ должны измеряться в соответствии с действующими государственными стандартами. Объемы отходящих газов, полученные по результатам инструментальных измерений, должны быть приведены к нормальным условиям (н.у.): 0°С, 101,3 кПа..

Авиация.

Международная организация гражданской авиации (ICAO) определяет международную стандартную атмосферу (International Standard Atmosphere,ISA) на уровне моря с температурой 15 °C, атмосферным давлением 101325 Па и относительной влажностью 0 %. Эти параметры используется при расчётах движения летательных аппаратов.

Газовое хозяйство.

Газовая отрасль Российской Федерации при расчётах с потребителями использует атмосферные условия по ГОСТ 2939-63:температура 20°С (293,15К); давление 760 мм рт. ст. (101325 Н/м²); влажность равна 0. Таким образом, масса кубометра газа по ГОСТ 2939-63 несколько меньше, чем при «химических» нормальных условиях.

Испытания

Для проведения испытаний машин, приборов и других технических изделий за нормальные значения климатических факторов при испытаниях изделий (нормальные климатические условия испытаний) принимают следующие:

Температура - плюс 25°±10°С; Относительная влажность – 45-80%

Атмосферное давление 84-106 кПа (630-800 мм. рт. ст.)

Поверка измерительных приборов

Номинальные значения наиболее распространенных нормальных влияющих величин выбираются следующие: Температура – 293 К (20°С), атмосферное давление - 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Нормирование

В методических указаниях, касающихся установления норм качества воздуха, указывается, что ПДК в атмосферном воздухе устанавливаются при нормальных условиях в помещении, т.е. 20 С и 760 мм. рт. ст.

Наряду с массой и объемом в химических расчетах часто используется количество вещества, пропорциональное числу содержащихся в веществе структурных единиц. При этом в каждом случае должно быть указано, какие именно структурные единицы (молекулы, атомы, ионы и т. д.) имеются в виду. Единицей количества вещества является моль.

Моль - количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12С.

Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества (постоянная Авогадро) определено с большой точностью; в практических расчетах его принимают равным 6,02 1024 моль -1 .

Нетрудно показать, что масса 1 моля вещества (мольная масса), - выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе этого вещества.

Так, относительная молекулярная масса (или, сокращенно молекулярная масса) свободного хлора С1г равна 70,90. Следовательно, мольная масса молекулярного хлора составляет 70,90 г/моль. Однако мольная масса атомов хлора вдвое меньше (45,45 г/моль), так как 1 моль молекул хлора Сl содержит 2 моля атомов хлора.

Согласно закону Авогадро, в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул. Иными словами, одно и то же число молекул любого газа занимает при одинаковых условиях один и тот же объем. Вместе с тем 1 моль любого газа содержит одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется мольным объемом газа и при нормальных условиях (0°С, давление 101, 425 кПа) равен 22,4 л.

Например, утверждение «содержание диоксида углерода в воздухе составляет 0,04% (об.)» означает, что при парциальном давлении СО 2 , равном давлению воздуха, и при той же температуре диоксид углерода, содержащийся в воздухе, займет 0,04% общего объема, занимаемого воздухом.

Контрольное задание

1. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NH 4 и в 1 г N 2 . В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

2. Выразить в граммах массу одной молекулы диоксида серы.

4. Сколько молекул содержится в 5,00 мл хлора при нормальных условиях?

4. Какой объем при нормальных условиях занимают 27 10 21 молекул газа?

5. Выразить в граммах массу одной молекулы NО 2 -

6. Каково соотношение объемов, занимаемых 1 молем О 2 и 1 молем Оз (условия одинаковые)?

7. Взяты равные массы кислорода, водорода и метана при одинаковых условиях. Найти отношение объемов взятых газов.

8. На вопрос, какой объем займет 1 моль воды при нормальных условиях, получен ответ: 22,4 л. Правильный ли это ответ?

9. Выразить в граммах массу одной молекулы HCl.

Сколько молекул диоксида углерода находится в 1 л воздуха, если объемное содержание СО 2 составляет 0,04% (условия нормальные)?

10. Сколько молей содержится в 1 м 4 любого газа при нормальных условиях?

11. Выразить в граммах массу одной молекулы Н 2 О-

12. Сколько молей кислорода находится в 1 л воздуха, если объемное

14. Сколько молей азота находится в 1 л воздуха, если объемное содержание его составляет 78% (условия нормальные)?

14. Взяты равные массы кислорода, водорода и азота при одинаковых условиях. Найти отношение объемов взятых газов.

15. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NО 2 и в 1 г N 2 . В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

16. Сколько молекул содержится в 2,00 мл водорода при нормальных условиях?

17. Выразить в граммах массу одной молекулы Н 2 О-

18. Какой объем при нормальных условиях занимают 17 10 21 молекул газа?

СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

При определении понятия скорости химической реакции необходимо различать гомогенные и гетерогенные реакции. Если реакция протекает в гомогенной системе, например, в растворе или в смеси газов, то она идет во всем объеме системы. Скоростью гомогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени в единице объема системы. Поскольку отношение числа молей вещества к объему, в котором оно распределено, есть молярная концентрация вещества, скорость гомогенной реакции можно также определить как изменение концентрации в единицу времени какого-либо из веществ: исходного реагента или продукта реакции . Чтобы результат расчета всегда был положительным, независимо, от того, производится он по реагенту или продукту, в формуле используется знак «±»:

В зависимости от характера реакции время может быть выражено не только в секундах, как требует система СИ, но также в минутах или часах. В ходе реакции величина ее скорости не постоянна, а непрерывно изменяется: уменьшается, так как уменьшаются концентрации исходных веществ. Вышеприведенный расчет дает среднее значение скорости реакции за некоторый интервал времени Δτ = τ 2 – τ 1 . Истинная (мгновенная) скорость определяется как предел к которому стремится отношение ΔС / Δτ при Δτ → 0, т. е. истинная скорость равна производной концентрации по времени.

Для реакции, в уравнении которой есть стехиометрические коэффициенты, отличающиеся от единицы, значения скорости, выраженные по разным веществам, неодинаковы. Например для реакции А + 4В = D + 2Е расход вещества А равен одному молю, вещества В – трем молям, приход вещества Е – двум молям. Поэтому υ (А) = ⅓υ (В) = υ (D) =½υ (Е) или υ (Е) . = ⅔υ (В) .

Если реакция протекает между веществами, находящимися в различных фазах гетерогенной системы, то она может идти только на поверхности раздела этих фаз. Например, взаимодействие раствора кислоты и куска металла происходит только на поверхности металла. Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз:

Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, возведенных в степени, равные коэффициентам при формулах этих веществ в уравнении реакции . Тогда для реакции

2А + В → продукты

справедливо соотношение υ ~ ·С А 2 ·С В, а для перехода к равенству вводится коэффициент пропорциональности k , называемый константой скорости реакции :

υ = k ·С А 2 ·С В = k ·[А] 2 ·[В]

(молярные концентрации в формулах могут обозначаться как буквой С с соответствующим индексом, так и формулой вещества, заключенной в квадратные скобки). Физический смысл константы скорости реакции – скорость реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л. Размерность константы скорости реакции зависит от числа сомножителей в правой части уравнения и может быть с –1 ; с –1 ·(л/моль); с –1 ·(л 2 /моль 2) и т. п., то есть такой, чтобы в любом случае при вычислениях скорость реакции выражалась в моль·л –1 ·с –1 .

Для гетерогенных реакций в уравнение закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, представляет постоянную величину и входит в константу скорости, например, для процесса горения угля С + О 2 = СО 2 закон действия масс записывается:

υ = k I ·const··= k ·,

где k = k I ·const.

В системах, где одно или несколько веществ являются газами, скорость реакции зависит также и от давления. Например, при взаимодействии водорода с парами иода H 2 + I 2 =2HI скорость химической реакции будет определяться выражением:

υ = k ··.

Если увеличить давление, например, в 4 раза, то во столько же раз уменьшится объем, занимаемый системой, и, следовательно, во столько же раз увеличатся концентрации каждого из реагирующих веществ. Скорость реакции в этом случае возрастет в 9 раз

Зависимость скорости реакции от температуры описывается правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2‑4 раза . Это означает, что при повышении температуры в арифметической прогрессии скорость химической реакции возрастает в геометрической прогрессии. Основанием в формуле прогрессии является температурный коэффициент скорости реакции γ, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость данной реакции (или, что то же самое – константа скорости) при росте температуры на 10 градусов. Математически правило Вант-Гоффа выражается формулами:

или

где и – скорости реакции соответственно при начальной t 1 и конечной t 2 температурах. Правило Вант-Гоффа может быть также выражено следующими соотношениями:

; ; ; ,

где и – соответственно скорость и константа скорости реакции при температуре t ; и – те же величины при температуре t +10n ; n – число «десятиградусных» интервалов (n =(t 2 –t 1)/10), на которые изменилась температура (может быть числом целым или дробным, положительным или отрицательным).

Контрольное задание

1. Найти значение константы скорости реакции А + В -> АВ, если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,05 и 0,01 моль/л, скорость реакции равна 5 10 -5 моль/(л-мин).

2. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В -> А2В, если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?

4. Во сколько раз следует увеличить концентрацию вещества, В 2 в системе 2А 2 (г.) + В 2 (г.) = 2А 2 В(г.), чтобы при уменьшении концентрации вещества А в 4 раза скорость прямой реакции не изменилась?

4. Через некоторое время после начала реакции ЗА+В->2C+D концентрации веществ составляли: [А] =0,04 моль/л; [В] = 0,01 моль/л; [С] =0,008 моль/л. Каковы исходные концентрации веществ А и В?

5. В системе СО + С1 2 = СОС1 2 концентрацию увеличили от 0,04 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора - от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

6. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А + 2В → С. Начальные концентрации составляют: [А] 0 = 0,04 моль/л, [В] о = 0,05 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,01 моль/л.

7. Как изменится скорость реакции 2СO + О2 = 2СО2 , протекающей в закрытом сосуде, если увеличить давление в 2 раза?

8. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 20 °С до 100 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 4.

9. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если увеличить давление в системе в 4 раза;

10. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если уменьшить объем системы в 4 раза?

11. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если повысить концентрацию NO в 4 раза?

12. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 40 градусов скорость реакции

возрастает в 15,6 раза?

14. . Найти значение константы скорости реакции А + В -> АВ, если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,07 и 0,09 моль/л, скорость реакции равна 2,7 10 -5 моль/(л-мин).

14. Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А + 2В → С. Начальные концентрации составляют: [А] 0 = 0,01 моль/л, [В] о = 0,04 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,5. Найти начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,01 моль/л.

15. Как изменится скорость реакции 2NO(r.) + 0 2 (г.) → 2N02(r.), если увеличить давление в системе в 2 раза;

16. В системе СО + С1 2 = СОС1 2 концентрацию увеличили от 0,05 до 0,1 моль/л, а концентрацию хлора - от 0,04 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

17. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 20 °С до 80 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 2.

18. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 40 °С до 90 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 4.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. ОБРАЗОВАНИЕ Й СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ

1.Какие типы химической связи Вам известны? Приведите пример образования ионной связи по методу валентных связей.

2. Какую химическую связь называют ковалентной? Что характерно для ковалентного типа связи?

4. Какими свойствами характеризуется ковалентная связь? Покажите это на конкретных примерах.

4. Какой тип химической связи в молекулах Н 2; Cl 2 НС1?

5.Какой характер имеют связи в молекулах NCI 4 , CS 2 , СО 2 ? Укажите для каждой нз них направление смещения общей электронной пары.

6. Какую химическую связь называют ионной? Что характерно для ионного типа связи?

7. Какой тип связи в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2 ?

8. Изобразите все возможные способы перекрывания s-орбитали с р-орбиталью;. Укажите направленность связи при этом.

9. Объясните донорно-акцепторный механизм ковалентной связи на примере образования иона фосфония [РН 4 ]+.

10.В молекулах СО, С0 2 , связь полярная или неполярная? Объясните. Опишите водородную связь.

11. Почему некоторые молекулы, имеющие полярные связи, в целом являются неполярными?

12.Ковалентный или ионный тип связи характерен для следующих соединений: Nal, S0 2 , KF? Почему ионная связь является предельным случаем ковалентной?

14. Что такое металлическая связь? Чем она отличается от ковалентной связи? Какие свойства металлов она обусловливает?

14. Каков характер связей между атомами в молекулах; KHF 2 , Н 2 0, HNO?

15. Чем объяснить высокую прочность связи между атомами в молекуле азота N 2 и значительно меньшую в молекуле фосфора Р 4 ?

16 . Какую связь называют водородной? Почему для молекул H2S и НС1 в отличие от Н2О и HF образование водородных связей не характерно?

17. Какую связь называют ионной? Обладает ли ионная связь свойствами насыщаемости и направленности? Почему она является предельным случаем ковалентной связи?

18. Какой тип связи в молекулах NaCl, N 2 , Cl 2 ?