Моларният обем на газа е. Количество вещество, мол, моларна маса и моларен обем. Химическа връзка. образуване и структура на молекулите

P1V1=P2V2 или, което е същото, PV=const (закон на Бойл-Мариот). При постоянно налягане съотношението на обема към температурата остава постоянно: V/T=const (закон на Гей-Лусак). Ако фиксираме обема, тогава P/T=const (закон на Чарлз). Комбинирането на тези три закона дава универсален закон, който гласи, че PV/T=const. Това уравнение е създадено от френския физик Б. Клапейрон през 1834 г.

Стойността на константата се определя само от количеството вещество газ. DI. Менделеев извежда уравнение за един мол през 1874 г. Така че това е стойността на универсалната константа: R=8,314 J/(mol∙K). Така че PV=RT. В случай на произволно количество газνPV=νRT. Количеството на самото вещество може да се намери от маса до моларна маса: ν=m/M.

Моларната маса е числено равна на относителната молекулна маса. Последният може да бъде намерен от периодичната таблица, той е посочен в клетката на елемента, като правило, . Молекулното тегло е равно на сумата от молекулните тегла на съставните му елементи. В случай на атоми с различна валентност е необходим индекс. На пример, M(N2O)=14∙2+16=28+16=44 g/mol.

Нормални условия за газове приОбикновено се приема, че P0 = 1 atm = 101,325 kPa, температура T0 = 273,15 K = 0°C. Сега можете да намерите обема на един мол газ принормално условия: Vm=RT/P0=8,314∙273,15/101,325=22,413 l/mol. Тази таблична стойност е моларният обем.

При нормални условия условияколичество спрямо обем газкъм моларен обем: ν=V/Vm. За произволни условиятрябва да използвате директно уравнението на Менделеев-Клапейрон: ν=PV/RT.

По този начин, за да намерите обема газ принормално условия, имате нужда от количеството вещество (брой молове) от това газумножете по моларния обем, равен на 22,4 l/mol. Използвайки обратната операция, можете да намерите количеството вещество от даден обем.

За да намерите обема на един мол вещество в твърдо или течно състояние, намерете неговата моларна маса и разделете на неговата плътност. Един мол от всеки газ при нормални условия има обем от 22,4 литра. Ако условията се променят, изчислете обема на един мол, като използвате уравнението на Клапейрон-Менделеев.

Ще имаш нужда

• Периодична таблица на Менделеев, таблица на плътността на веществата, манометър и термометър.

Инструкции

Определяне на обема на един мол или твърдо вещество
Определете химичната формула на твърдото или течното вещество, което изучавате. След това, като използвате периодичната таблица, намерете атомните маси на елементите, които са включени във формулата. Ако някой е включен във формулата повече от веднъж, умножете неговата атомна маса по това число. Съберете атомните маси и получете молекулната маса на това, от което е направено твърдото или течното вещество. Тя ще бъде числено равна на моларната маса, измерена в грамове на мол.

Използвайки таблицата с плътностите на веществата, намерете тази стойност за материала на изследваното тяло или течност. След това разделете моларната маса на плътността на веществото, измерена в g/cm³ V=M/ρ. Резултатът е обемът на един мол в cm³. Ако веществото остане неизвестно, ще бъде невъзможно да се определи обемът на един мол от него.

Масата на 1 мол вещество се нарича моларна. Как се нарича обемът на 1 мол вещество? Очевидно това се нарича още моларен обем.

Какъв е моларният обем на водата? Когато измерихме 1 мол вода, не претеглихме 18 g вода на кантара - това е неудобно. Използвахме мерителни прибори: цилиндър или чаша, тъй като знаехме, че плътността на водата е 1 g/ml. Следователно моларният обем на водата е 18 ml/mol. За течности и твърди вещества моларният обем зависи от тяхната плътност (фиг. 52, а). Друг е въпросът за газовете (фиг. 52, b).

Ориз. 52.
Моларни обеми (n.s.):
а - течности и твърди вещества; b - газообразни вещества

Ако вземете 1 мол водород H2 (2 g), 1 mol кислород O2 (32 g), 1 mol озон O3 (48 g), 1 mol въглероден диоксид CO2 (44 g) и дори 1 mol водна пара H2 O (18 g) при същите условия, например нормални (в химията е обичайно да се наричат ​​нормални условия (n.s.) температура от 0 ° C и налягане от 760 mm Hg, или 101,3 kPa), тогава се оказва че 1 mol от който и да е от газовете ще заема същия обем, равен на 22,4 литра, и ще съдържа същия брой молекули - 6 × 10 23.

И ако вземете 44,8 литра газ, тогава колко от неговото вещество ще бъде поето? Разбира се, 2 мола, тъй като даденият обем е два пъти моларния обем. Следователно:

където V е обемът на газа. Оттук

Моларен обем е физическо количество, равно на съотношението на обема на веществото към количеството вещество.

Моларният обем на газообразните вещества се изразява в l/mol. Vm - 22,4 l/mol. Обемът на един киломол се нарича киломолар и се измерва в m 3 /kmol (Vm = 22,4 m 3 /kmol). Съответно, милимоларният обем е 22,4 ml/mmol.

Задача 1. Намерете масата на 33,6 m 3 амоняк NH 3 (n.s.).

Задача 2. Намерете масата и обема (n.v.) на 18 × 10 20 молекули сероводород H 2 S.

Когато решаваме задачата, нека обърнем внимание на броя на молекулите 18 × 10 20. Тъй като 10 20 е 1000 пъти по-малко от 10 23, очевидно изчисленията трябва да се извършват с помощта на mmol, ml/mmol и mg/mmol.

Ключови думи и фрази

1. Моларни, милимоларни и киломоларни обеми на газовете.
2. Моларният обем на газовете (при нормални условия) е 22,4 l/mol.
3. Нормални условия.

Работа с компютър

1. Вижте електронното приложение. Проучете материала на урока и изпълнете поставените задачи.
2. Намерете имейл адреси в интернет, които могат да служат като допълнителни източници, които разкриват съдържанието на ключови думи и фрази в параграфа. Предложете помощта си на учителя при подготовката на нов урок - направете доклад за ключовите думи и фрази от следващия параграф.

Въпроси и задачи

1. Намерете масата и броя на молекулите при n. u. за: а) 11,2 литра кислород; b) 5,6 m3 азот; в) 22,4 ml хлор.
2. Намерете обема, който при n. u. ще отнеме: а) 3 g водород; б) 96 kg озон; в) 12 × 10 20 азотни молекули.
3. Намерете плътностите (маса 1 литър) на аргон, хлор, кислород и озон при стайна температура. u. Колко молекули от всяко вещество ще се съдържат в 1 литър при същите условия?
4. Изчислете масата на 5 литра (н.с.): а) кислород; б) озон; в) въглероден диоксид CO2.
5. Посочете кое е по-тежко: а) 5 литра серен диоксид (SO 2) или 5 литра въглероден диоксид (CO 2); б) 2 литра въглероден диоксид (CO 2) или 3 литра въглероден оксид (CO).

Където m е маса, M е моларна маса, V е обем.

4. Закон на Авогадро.Създаден от италианския физик Авогадро през 1811 г. Еднакви обеми от всякакви газове, взети при една и съща температура и същото налягане, съдържат еднакъв брой молекули.

По този начин можем да формулираме концепцията за количеството на веществото: 1 мол вещество съдържа брой частици, равен на 6,02 * 10 23 (наречен константа на Авогадро)

Последицата от този закон е, че При нормални условия (P 0 =101,3 kPa и T 0 =298 K) 1 мол от всеки газ заема обем, равен на 22,4 литра.

5. Закон на Бойл-Мариот

При постоянна температура обемът на дадено количество газ е обратно пропорционален на налягането, под което се намира:

6. Закон на Гей-Люсак

При постоянно налягане промяната в обема на газа е право пропорционална на температурата:

V/T = конст.

7. Може да се изрази връзката между обема на газа, налягането и температурата комбиниран закон на Бойл-Мариот и Гей-Лусак,който се използва за преобразуване на газови обеми от едно състояние в друго:

P 0 , V 0 , T 0 - обемно налягане и температура при нормални условия: P 0 =760 mm Hg. Изкуство. или 101,3 kPa; T 0 =273 K (0 0 C)

8. Независима оценка на молекулярната стойност маси М може да се направи с помощта на т.нар уравнения на състоянието на идеалния газ или уравнения на Клапейрон-Менделеев :

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

Където R -налягане на газ в затворена система, V- обем на системата, T -газова маса, T -абсолютна температура, Р-универсална газова константа.

Обърнете внимание, че стойността на константата Рможе да се получи чрез заместване на стойности, характеризиращи един мол газ при нормални условия в уравнение (1.1):

r = (p V)/(T)=(101,325 kPa 22,4 l)/(1 mol 273K)=8,31J/mol.K)

Примери за решаване на проблеми

Пример 1.Довеждане на обема на газа до нормални условия.

Какъв обем (n.s.) ще бъде зает от 0,4 × 10 -3 m 3 газ, намиращ се при 50 0 C и налягане от 0,954 × 10 5 Pa?

Решение.За да доведете обема на газа до нормални условия, използвайте обща формула, комбинираща законите на Бойл-Мариот и Гей-Лусак:

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

Обемът на газа (n.s.) е равен на, където T 0 = 273 K; p 0 = 1,013 × 10 5 Pa; T = 273 + 50 = 323 K;

M 3 = 0,32 × 10 -3 m 3.

При (норма) газът заема обем, равен на 0,32×10 -3 m 3 .

Пример 2.Изчисляване на относителната плътност на газ от неговото молекулно тегло.

Изчислете плътността на етан C 2 H 6 на базата на водород и въздух.

Решение.От закона на Авогадро следва, че относителната плътност на един газ спрямо друг е равна на отношението на молекулните маси ( М ч) от тези газове, т.е. D=M 1 /M 2. Ако М 1 C2H6 = 30, М 2 H2 = 2, средното молекулно тегло на въздуха е 29, тогава относителната плътност на етана по отношение на водорода е D H2 = 30/2 =15.

Относителна плътност на етан във въздуха: D въздух= 30/29 = 1,03, т.е. етанът е 15 пъти по-тежък от водорода и 1,03 пъти по-тежък от въздуха.

Пример 3.Определяне на средното молекулно тегло на смес от газове чрез относителна плътност.

Изчислете средното молекулно тегло на смес от газове, състояща се от 80% метан и 20% кислород (по обем), като използвате относителните плътности на тези газове по отношение на водорода.

Решение.Често изчисленията се правят съгласно правилото за смесване, което гласи, че съотношението на обемите на газовете в двукомпонентна газова смес е обратно пропорционално на разликите между плътността на сместа и плътностите на газовете, които съставляват тази смес . Нека означим относителната плътност на газовата смес по отношение на водорода с д H2. ще бъде по-голяма от плътността на метана, но по-малка от плътността на кислорода:

80д H2 – 640 = 320 – 20 дН2; дН2 = 9,6.

Плътността на водорода на тази смес от газове е 9,6. средното молекулно тегло на газовата смес М H2 = 2 д H2 = 9,6×2 = 19,2.

Пример 4.Изчисляване на моларната маса на газ.

Масата на 0,327×10 -3 m 3 газ при 13 0 C и налягане 1,040×10 5 Pa е равна на 0,828×10 -3 kg. Изчислете моларната маса на газа.

Решение.Моларната маса на газ може да се изчисли с помощта на уравнението на Менделеев-Клапейрон:

Където м– маса на газа; М– моларна маса на газа; Р– моларна (универсална) газова константа, чиято стойност се определя от приетите мерни единици.

Ако налягането се измерва в Pa и обемът в m3, тогава Р=8,3144×103 J/(kmol×K).

3.1. При извършване на измервания на атмосферния въздух, въздуха в работната зона, както и промишлени емисии и въглеводороди в газопроводите, има проблем с привеждането на обемите на измервания въздух до нормални (стандартни) условия. Често на практика, когато се правят измервания на качеството на въздуха, измерените концентрации не се преизчисляват към нормални условия, което води до ненадеждни резултати.

Ето извадка от стандарта:

„Измерванията водят до стандартни условия, като се използва следната формула:

C 0 = C 1 * P 0 T 1 / P 1 T 0

където: C 0 - резултат, изразен в единици маса на единица обем въздух, kg / кубичен метър. m, или количеството вещество на единица обем въздух, mol/куб. m, при стандартна температура и налягане;

C 1 - резултат, изразен в единици маса на единица обем въздух, kg / кубичен метър. m, или количеството вещество на единица обем

въздух, мол/куб. m, при температура T 1, K и налягане P 1, kPa.”

Формулата за привеждане до нормални условия в опростена форма има формата (2)

C 1 = C 0 * f, където f = P 1 T 0 / P 0 T 1

стандартен коефициент на преобразуване за нормализация. Параметрите на въздуха и примесите се измерват при различни стойности на температура, налягане и влажност. Резултатите предоставят стандартни условия за сравняване на измерените параметри на качеството на въздуха на различни места и различни климатични условия.

3.2 Нормални условия в промишлеността

Нормалните условия са стандартни физически условия, с които обикновено са свързани свойствата на веществата (стандартна температура и налягане, STP). Нормалните условия са определени от IUPAC (Международен съюз за практическа и приложна химия), както следва: Атмосферно налягане 101325 Pa = 760 mm Hg Температура на въздуха 273,15 K = 0° C.

Стандартните условия (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP) са нормална околна температура и налягане: налягане 1 Bar = 10 5 Pa = 750,06 mm T. Art.; температура 298,15 K = 25 °C.

Други области.

Измервания на качеството на въздуха.

Резултатите от измерването на концентрациите на вредни вещества във въздуха на работната зона водят до следните условия: температура 293 K (20 ° C) и налягане 101,3 kPa (760 mm Hg).

Аеродинамичните параметри на емисиите на замърсители трябва да се измерват в съответствие с действащите държавни стандарти. Обемите на отработените газове, получени от резултатите от инструменталните измервания, трябва да бъдат намалени до нормални условия (норма): 0°C, 101,3 kPa..

Авиация.

Международната организация за гражданска авиация (ICAO) определя Международната стандартна атмосфера (ISA) като морско равнище с температура от 15 °C, атмосферно налягане от 101325 Pa и относителна влажност от 0%. Тези параметри се използват при изчисляване на движението на самолета.

Газова индустрия.

Газовата промишленост на Руската федерация, когато извършва плащания към потребителите, използва атмосферни условия в съответствие с GOST 2939-63: температура 20 ° C (293,15 K); налягане 760 mm Hg. Изкуство. (101325 N/m²); влажността е 0. По този начин масата на кубичен метър газ съгласно GOST 2939-63 е малко по-малка, отколкото при „химически“ нормални условия.

Тестове

За изпитване на машини, инструменти и други технически продукти се приемат следните нормални стойности на климатичните фактори при изпитване на продукти (нормални условия на климатични изпитвания):

Температура - плюс 25°±10°С; Относителна влажност – 45-80%

Атмосферно налягане 84-106 kPa (630-800 mmHg)

Проверка на средства за измерване

Номиналните стойности на най-често срещаните нормални въздействащи величини са избрани, както следва: Температура - 293 K (20 ° C), атмосферно налягане - 101,3 kPa (760 mm Hg).

Нормиране

Насоките относно установяването на стандарти за качество на въздуха показват, че максимално допустимите концентрации в атмосферния въздух се установяват при нормални условия на закрито, т.е. 20 С и 760 мм. rt. Изкуство.

: V = n*Vm, където V е обемът на газа (l), n е количеството вещество (mol), Vm е моларният обем на газа (l/mol), при норма (норма) е стандартна стойност и е равно на 22, 4 l/mol. Случва се условието да не съдържа количеството на веществото, но има маса на определено вещество, тогава правим това: n = m/M, където m е масата на веществото (g), M е моларна маса на веществото (g/mol). Намираме моларната маса с помощта на таблицата D.I. Менделеев: под всеки елемент е неговата атомна маса, съберете всички маси и ще получите това, от което се нуждаем. Но такива задачи са доста редки, обикновено присъстват в задачите. Решението на такива проблеми се променя леко. Нека разгледаме един пример.

Какъв обем водород ще се отдели при нормални условия, ако алуминий с тегло 10,8 g се разтвори в излишък от солна киселина.

Ако имаме работа с газова система, тогава важи следната формула: q(x) = V(x)/V, където q(x)(phi) е частта от компонента, V(x) е обемът на компонент (l), V – обем на системата (l). За да намерим обема на даден компонент, получаваме формулата: V(x) = q(x)*V. И ако трябва да намерите обема на системата, тогава: V = V(x)/q(x).

Забележка

Има и други формули за намиране на обем, но ако трябва да намерите обема на газ, подходящи са само формулите, дадени в тази статия.

източници:

• "Ръководство по химия", G.P. Хомченко, 2005.
• как да намерите количеството работа
• Намерете обема на водорода по време на електролизата на разтвор на ZnSO4

Идеален газ е този, при който взаимодействието между молекулите е незначително. В допълнение към налягането състоянието на газа се характеризира с температура и обем. Връзките между тези параметри са отразени в газовите закони.

Инструкции

Налягането на газа е право пропорционално на неговата температура, количеството вещество и обратно пропорционално на обема на съда, зает от газа. Коефициентът на пропорционалност е универсалната газова константа R, приблизително равна на 8,314. Измерва се в джаули, разделени на молове и на .

Тази позиция формира математическата зависимост P=νRT/V, където ν е количеството вещество (mol), R=8,314 е универсалната газова константа (J/mol K), T е температурата на газа, V е обемът. Налягането се изразява в. Може да се изрази с и , като 1 atm = 101,325 kPa.

Разгледаната зависимост е следствие от уравнението на Менделеев-Клапейрон PV=(m/M) RT. Тук m е масата на газа (g), M е неговата моларна маса (g/mol), а фракцията m/M дава общото количество вещество ν или броя на моловете. Уравнението на Менделеев-Клапейрон е валидно за всички газове, които могат да бъдат разгледани. Това е физическият закон за газа.