Решебник по химии 8 класс Габриелян §19

Молярный объем газов

Стр. 84

Вопрос

В 1811 г. Амедео Авогадро сформулировал закон: «В равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул». Как можно сформулировать этот закон наоборот?

Этот закон можно сформулировать в обратном порядке следующим образом: Одинаковое число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает равные объёмы.

Это означает, что если взять одинаковое количество молекул любого газа, то при одинаковых температуре и давлении их объёмы будут одинаковыми, независимо от химической природы газа. Данное утверждение подтверждается молярным объёмом газа: 1 моль любого газа (то есть количество вещества, содержащее одинаковое число молекул – число Авогадро) при нормальных условиях занимает 22,4 л.

Таким образом, обратная формулировка закона Авогадро также подчёркивает универсальность данного физического закона для всех газов, объясняя, почему их поведение можно описывать с помощью одинаковых параметров.

Стр. 85

Проверьте свои знания

1. Какие условия называются нормальными?

Нормальные условия – это условия, при которых температура составляет 0 °C (273,15 К), а давление равно 760 мм рт. ст. (1 атм). Именно при этих условиях рассчитывается молярный объём газов и выполняются законы газового состояния.

2. Сформулируйте закон Авогадро и следствия, вытекающие из этого закона.

Закон Авогадро: Одинаковое число молекул различных газов при одинаковых условиях занимает одинаковый объём.

Следствия из закона Авогадро:

1. Одна моль любого газа при нормальных условиях занимает одинаковый объём, равный 22,4 л. Это называется молярным объёмом газа: (Vₘ = 22,4 л/моль).

2. Если известен объём газа при нормальных условиях, можно вычислить количество его молей по формуле: (n = V / Vₘ), где n – количество вещества в молях, V – объём газа в литрах, Vₘ – молярный объём газа.

3. Относительная плотность одного газа по другому (D) определяется как отношение их молярных масс: (D = M(газа 1) / M(газа 2)).

Это показывает, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого.

3. Какую информацию несёт формула газообразного вещества?

1. Состав молекулы – показывает, из каких атомов состоит газ. Например, формула (O₂) означает, что молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода.

2. Молекулярная масса – можно вычислить, сложив атомные массы элементов, входящих в состав молекулы. Например, молекулярная масса кислорода (O₂) равна 32 (16 × 2).

3. Относительная плотность газа – по формуле можно определить относительную плотность одного газа по другому, зная их молекулярные массы.

4. Количество вещества в молях – зная массу газа и его молекулярную массу, можно определить количество вещества:

   (n = m / M), где m – масса газа, M – молярная масса газа.

5. Объём газа при нормальных условиях – для одного моля любого газа он составляет 22,4 л. Если газ указан в химическом уравнении реакции, можно определить объём, который он займёт в результате реакции.

Стр. 85

Примените свои знания

4. Какое количество вещества (н. у.) составляют указанные объёмы различных газов:

а) 11,2 л кислорода;

б) 5,6 л метана;

в) 896 мл сероводорода;

г) 1 м³ углекислого газа?

Изменятся ли ответы, если в условии задания не указывать названия газов?

5. Найдите плотности (массу 1 л) следующих газов (н. у.):

а) углекислого газа CO₂;

б) сернистого газа SO₂;

в) аммиака NH₃;

г) метана CH₄.

Плотность газа рассчитывается по формуле:

(d = M / Vₘ), где (M) – молярная масса газа, (Vₘ = 22,4 л/моль).

а) Для (CO₂):

(M(CO₂) = 12 + 16 × 2 = 44) г/моль.

(d = 44 / 22,4 = 1,96) г/л.

б) Для (SO₂):

(M(SO₂) = 32 + 16 × 2 = 64) г/моль.

(d = 64 / 22,4 ≈ 2,86) г/л.

в) Для (NH₃):

(M(NH₃) = 14 + 1 × 3 = 17) г/моль.

(d = 17 / 22,4 ≈ 0,76) г/л.

г) Для (CH₄):

(M(CH₄) = 12 + 1 × 4 = 16) г/моль.

(d = 16 / 22,4 ≈ 0,71) г/л.

6. Найдите плотность кислорода: а) по водороду; б) по воздуху.

Относительная плотность одного газа по другому рассчитывается по формуле:

(D(газ 1 / газ 2) = M(газ 1) / M(газ 2)).

а) По водороду:

(D(O₂ / H₂) = M(O₂) / M(H₂) = 32 / 2 = 16).

То есть кислород тяжелее водорода в 16 раз.

б) По воздуху:

Молярная масса воздуха принимается за (M(воздуха) = 29) г/моль.

(D(O₂ / воздух) = M(O₂) / M(воздуха) = 32 / 29 ≈ 1,1).

То есть кислород немного тяжелее воздуха.

7. Одно из газообразных соединений углерода с кислородом массой 6,25 г занимает (н. у.) объём, равный 5 л. Определите молярную массу соединения.

Молярная масса соединения определяется по формуле:

(M = m / n), где (m) – масса вещества (6,25 г), (n) – количество вещества, вычисляемое по формуле:

(n = V / Vₘ), где (V = 5 л), (Vₘ = 22,4 л/моль).

Сначала найдём (n): (n = 5 / 22,4 ≈ 0,223) моль.

Теперь найдём молярную массу (M):

(M = 6,25 / 0,223 ≈ 28) г/моль.

Соединение с молярной массой 28 г/моль – это (CO), угарный газ.

8. Рассчитайте количество вещества, массу и объём (н. у.) порции азота (N₂), содержащей (9,03 × 10²³) атомов азота.

Количество вещества (n):

Используем формулу:

(n = N / Nₐ), где

(N = 9,03 × 10²³) – число атомов,

(Nₐ = 6,022 × 10²³) – число Авогадро.

Так как молекула (N₂) состоит из двух атомов азота, найдём число молекул:

(N(молекул) = (9,03 × 10²³) / 2 = 4,515 × 10²³).

Теперь вычисляем (n):

(n = (4,515 × 10²³) / (6,022 × 10²³) ≈ 0,75) моль.

Масса (m):

Используем формулу:

(m = n × M), где (M(N₂) = 28 г/моль).

(m = 0,75 × 28 = 21) г.

Объём (V):

Используем формулу:

(V = n × Vₘ), где (Vₘ = 22,4 л/моль).

(V = 0,75 × 22,4 = 16,8) л.

Ответ:

Количество вещества: (0,75) моль.

Масса: (21) г.

Объём: (16,8) л.

9. Какая масса углерода содержится: а) в 2 моль углекислого газа; б) в 67,2 л угарного газа (CO) (н. у.); в) в 13 мг ацетилена (C₂H₂)?

а) Для CO₂:

Молярная масса (CO₂): (M(CO₂) = 12 + 16 × 2 = 44) г/моль.

Доля углерода: (12 / 44).

Масса углерода в 2 моль (CO₂):

(m(C) = 2 × 44 × (12 / 44) = 24) г.

б) Для CO:

1 моль (CO) занимает 22,4 л, следовательно, количество вещества:

(n = 67,2 / 22,4 = 3) моль.

Молярная масса (CO): (M(CO) = 12 + 16 = 28) г/моль.

Доля углерода: (12 / 28).

Масса углерода в 3 моль (CO):

(m(C) = 3 × 28 × (12 / 28) = 36) г.

в) Для C₂H₂:

Молярная масса (C₂H₂): (M(C₂H₂) = 12 × 2 + 1 × 2 = 26) г/моль.

Доля углерода: (24 / 26).

Масса ацетилена: (m = 13 мг = 0,013 г).

Масса углерода:

(m(C) = 0,013 × (24 / 26) ≈ 0,012) г или 12 мг.

10. Расположите газы в порядке возрастания их плотности (н. у.): неон (Ne), сернистый газ (SO₂), метан (CH₄), фтор (F₂), аммиак (NH₃).

Плотность газа определяется по формуле:

(d = M / Vₘ), где (Vₘ = 22,4 л/моль).

Вычисляем молярные массы:

• (M(NH₃) = 14 + 1 × 3 = 17) г/моль.

• (M(CH₄) = 12 + 1 × 4 = 16) г/моль.

• (M(Ne) = 20) г/моль.

• (M(F₂) = 19 × 2 = 38) г/моль.

• (M(SO₂) = 32 + 16 × 2 = 64) г/моль.

Теперь располагаем газы в порядке увеличения плотности:

CH₄ (0,71 г/л) < NH₃ (0,76 г/л) < Ne (0,89 г/л) < F₂ (1,7 г/л) < SO₂ (2,86 г/л).

Стр. 85

Используйте дополнительную информацию

11. Подготовьте сообщение о жизни и деятельности А. Авогадро.

Сообщение

Амедео Авогадро: жизнь и научная деятельность

Амедео Авогадро (1776–1856) – выдающийся итальянский учёный, химик и физик, который внёс огромный вклад в развитие молекулярной теории. Его исследования стали основой для понимания газовых законов и количественных отношений в химии.

Биография

Амедео Авогадро родился 9 августа 1776 года в Турине, Италия, в знатной семье юристов. Его полное имя – Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро. Изначально он получил юридическое образование, как того требовали семейные традиции, и даже работал адвокатом. Однако вскоре он увлёкся естественными науками и начал изучать физику и химию, полностью посвятив себя научным исследованиям.

В 1809 году Авогадро стал профессором физики в Королевском колледже Верчелли, а позже – в Туринском университете. В этом учебном заведении он провёл большую часть своей научной деятельности, продолжая исследования в области химии газов.

Научные открытия и закон Авогадро

Самым значительным достижением Авогадро стало открытие, сделанное в 1811 году. Он сформулировал закон, который позже был назван в его честь:

"В равных объёмах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул."

Это открытие стало революционным для науки, так как помогло объяснить количественные соотношения газов в химических реакциях. Однако при жизни Авогадро его идеи не получили широкого признания, поскольку химики того времени ещё не различали атомы и молекулы, и его гипотеза казалась спорной.

Только в 1860 году, спустя четыре года после смерти учёного, на международном химическом конгрессе в Карлсруэ его идеи были признаны благодаря работам Станислао Канниццаро. С тех пор закон Авогадро стал неотъемлемой частью химии и физики.

Число Авогадро

На основе его работ было введено понятие числа Авогадро – (6,022 × 10²³), которое обозначает количество частиц (атомов или молекул) в одном моле вещества. Это число является одним из фундаментальных понятий в химии и физике, позволяя проводить расчёты, связанные с веществами в молекулярном масштабе.

Вклад в науку

Исследования Авогадро привели к развитию атомно-молекулярной теории, уточнению понятий молярной массы и молярного объёма газов. Закон Авогадро сыграл ключевую роль в развитии стехиометрии и количественного анализа веществ.

Его труды позволили:

• объяснить поведение газов,

• определить молекулярные массы веществ,

• вычислить состав сложных соединений,

• заложить основы для химической термодинамики и кинетической теории газов.

Заключение

Амедео Авогадро был выдающимся учёным, идеи которого опередили своё время. Его закон стал фундаментальным для химии и физики, а число Авогадро – одной из важнейших физических констант. Хотя его открытия долгое время оставались незамеченными, сегодня его имя неразрывно связано с молекулярной наукой и изучением строения вещества.